Innehåll
I teknikmekanikklasser är studiet av termisk spänning och dess effekt på olika material viktigt. Kyla och värme kan påverka material som betong och stål. Om ett material inte kan sammandras eller expandera när det finns temperaturskillnader, kan termiska spänningar uppstå och orsaka strukturella problem. För att kontrollera om det finns problem, såsom vridning och sprickor i betong, kan ingenjörer beräkna värmespänningsvärden för olika material och jämföra dem med etablerade parametrar.
Hitta formeln för termisk spänning genom att använda ekvationerna för stam och Youngs modul. Dessa ekvationer är:
Ekvation 1.) Stam (e) = A * d (T)
Ekvation 2.) Youngs modul (E) = Stress (S) / Strain (e).
I töjningsekvationen avser termen "A" den linjära värmeutvidgningskoefficienten för ett givet material och d (T) är temperaturskillnaden. Youngs modul är förhållandet som relaterar stress till belastning. (Referens 3)
Byt ut värdet för Strain (e) från den första ekvationen i den andra ekvationen som ges i steg 1 för att få Youngs modul (E) = S /.
Multiplicera varje sida av ekvationen i steg 2 genom att hitta den E *. = S, eller den termiska spänningen.
Använd ekvationen i steg 3 för att beräkna värmespänningen i en aluminiumstång som genomgår en temperaturförändring eller d (T) på 80 grader Fahrenheit. (Referens 4)
Hitta Youngs modul och värmeutvidgningskoefficienten för aluminium från tabeller som finns lätt i mekaniska böcker, vissa fysikböcker eller online. Dessa värden är E = 10,0 x 10 ^ 6 psi och A = (12,3 x 10 ^ -6 tum) / (tum grader Fahrenheit), (Se Resurs 1 och Resurs 2). Psi står för pounds per square inch, en mätenhet.
Ersätt värdena för d (T) = 80 grader Fahrenheit, E = 10,0 x 10 ^ 6 psi och A = (12,3 x 10 ^ -6 tum) / (tum grader Fahrenheit) som ges i steg 4 och steg 5 i den angivna ekvationen I steg 3. Du finner att värmespänningen eller S = (10,0 x 10 ^ 6 psi)(12,3 x 10 ^ -6 tum) / (tum grader Fahrenheit)(80 grader Fahrenheit) = 9840 psi.