Sisältö
Tekniikan mekaniikan luokissa lämpöjännityksen ja sen vaikutuksen tutkiminen eri materiaaleihin on tärkeää. Kylmä ja lämpö voivat vaikuttaa sellaisiin materiaaleihin kuin betoni ja teräs. Jos materiaali ei kykene supistumaan tai laajenemaan lämpötilaerojen esiintyessä, lämpöjännityksiä voi esiintyä ja aiheuttaa rakenteellisia ongelmia. Insinöörit voivat laskea eri materiaalien lämpöjännitysarvot ja verrata niitä vakiintuneisiin parametreihin, kuten betonin vääntymiseen ja halkeamiin.
Etsi kaava lämpörasitukselle käyttämällä yhtälöitä venymälle ja Youngin moduulille. Nämä yhtälöt ovat:
Yhtälö 1.) Kanta (e) = A * d (T)
Yhtälö 2.) Nuoren moduuli (E) = stressi (S) / rasitus (e).
Kantayhtälössä termi “A” viittaa tietyn materiaalin lineaariseen lämpölaajenemiskertoimeen ja d (T) on lämpötilaero. Youngin moduuli on suhde, joka liittyy stressiin ja rasitukseen. (Viite 3)
Korvaa kannan (e) arvo ensimmäisestä yhtälöstä toisessa vaiheessa 1 annetussa yhtälössä saadaksesi Youngin moduulin (E) = S /.
Kertoa yhtälön molemmat puolet vaiheessa 2 löytääksesi E *. = S tai lämpörasitus.
Laske vaiheessa 3 olevan yhtälön avulla lämpöjännitys alumiinitankoon, jonka lämpötilan muutos tai d (T) on 80 astetta Fahrenheit. (Viite 4)
Löydä Youngin moduuli ja alumiinin lämpölaajenemiskerroin taulukoista, jotka löytyvät helposti tekniikan mekaniikan kirjoista, joistakin fysiikan kirjoista tai verkosta. Nämä arvot ovat E = 10,0 x 10 ^ 6 psi ja A = (12,3 x 10 ^ -6 tuumaa) / (tuumaa Fahrenheit-asteina), (katso resurssi 1 ja resurssi 2). Psi tarkoittaa puntaa neliötuumaa kohti, mittayksikköä.
Korvaa vaiheissa 4 ja 5 annetut yhtälöt arvot d (T) = 80 Fahrenheit-astetta, E = 10,0 x 10 ^ 6 psi ja A = (12,3 x 10 ^ -6 tuumaa) / (tuhat Fahrenheit-astetta) annetussa yhtälössä vaiheessa 3. Huomaat, että lämpörasitus tai S = (10,0 x 10 ^ 6 psi)(12,3 x 10 ^ -6 tuumaa) / (tuumaa Fahrenheit-astetta)(80 astetta Fahrenheit) = 9840 psi.