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Dans les cours de mécanique, l’étude des contraintes thermiques et de leurs effets sur divers matériaux est importante. Le froid et la chaleur peuvent affecter des matériaux tels que le béton et l'acier.Si un matériau est incapable de se contracter ou de se dilater lorsqu'il existe des différences de température, des contraintes thermiques peuvent se produire et causer des problèmes structurels. Pour vérifier les problèmes, tels que le gauchissement etfissures dans le béton, les ingénieurs peuvent calculer les valeurs de contrainte thermique de différents matériaux et les comparer aux paramètres établis.
Trouver la formule pour le stress thermiqueen utilisant les équations de déformation et de module de Young. Ces équations sont:
Équation 1.) Souche (e) = A * d (T)
Equation 2.) Module de Young (E) =Stress (S) / Strain (e).
Dans l'équation de déformation, le terme «A» désigne le coefficient linéaire de dilatation thermique pour un matériau donné et d (T) est la différence de température.Le module de Young est le rapport entre le stress et la contrainte. (Référence 3)
Remplacez la valeur de la souche (e) de la première équation par la deuxième équation donnée dansétape 1 pour obtenir le module de Young (E) = S /.
Multipliez chaque côté de l'équation à l'étape 2 par pour trouver que E *. = S, ou le stress thermique.
Utilisez l'équationà l'étape 3, calculer la contrainte thermique dans une tige d'aluminium soumise à un changement de température ou d (T) de 80 degrés Fahrenheit. (Référence 4)
Trouver le module de Young etle coefficient de dilatation thermique de l'aluminium provenant de tables que l'on trouve facilement dans les manuels de mécanique, certains livres de physique ou en ligne. Ces valeurs sont E = 10.0 x 10 ^ 6psi et A = (12,3 x 10 ^ -6 pouces) / (pouces degrés Fahrenheit), (Voir Ressource 1 et Ressource 2). Psi signifie livres par pouce carré, une unité de mesure.
Remplacer levaleurs pour d (T) = 80 degrés Fahrenheit, E = 10,0 x 10 ^ 6 psi et A = (12,3 x 10 ^ -6 pouces) / (pouce degrés Fahrenheit) données aux étapes 4 et 5 dans l'équation donnée à l'étape 3Vous trouvez que le stress thermique ou S = (10,0 x 10 ^ 6 psi)(12,3 x 10 ^ -6 inch) / (inch degrés Fahrenheit)(80 degrés Fahrenheit) = 9840 psi.