En las clases de ingeniería mecánica, el estudio del estrés térmico y su efecto en diversos materiales es importante. El frío y el calor pueden afectar a materiales como el hormigón y el acero. Si un material no puede contraerse o expandirse cuando hay diferenciales de temperatura, pueden producirse tensiones térmicas y causar problemas estructurales. Para detectar problemas, como deformaciones y grietas en el concreto, los ingenieros pueden calcular los valores de estrés térmico de diferentes materiales y compararlos con los parámetros establecidos.
encuentre la fórmula para el estrés térmico usando las ecuaciones para la tensión y el módulo de Young. estas ecuaciones son:
ecuación 1.) tensión (e) = a * d (t)
ecuación 2.) módulo de young (e) = stress (s) / stress (e).
en la ecuación de tensión, el término "a" se refiere al coeficiente lineal de expansión térmica para un material dado yd (t) es la diferencia de temperatura. El módulo de Young es la relación que relaciona el estrés con la tensión. (referencia 3)
sustituya el valor de la tensión (e) de la primera ecuación en la segunda ecuación dada en el paso 1 para obtener el módulo de joven (e) = s / [a * d (t)].
multiplica cada lado de la ecuación en el paso 2 por [a * d (t)] para encontrar que e * [a * d (t)]. = s, o la tensión térmica.
use la ecuación del paso 3 para calcular la tensión térmica en una barra de aluminio que experimenta un cambio de temperatura o d (t) de 80 grados Fahrenheit. (referencia 4)
encuentre el módulo de Young y el coeficiente de expansión térmica para el aluminio de las tablas que se encuentran fácilmente en los libros de ingeniería mecánica, algunos libros de física o en línea. estos valores son e = 10.0 x 10 ^ 6 psi y a = (12.3 x 10 ^ -6 pulgada) / (pulgadas en grados Fahrenheit), (ver recurso 1 y recurso 2). psi significa libras por pulgada cuadrada, una unidad de medida.
sustituya los valores para d (t) = 80 grados fahrenheit, e = 10.0 x 10 ^ 6 psi y a = (12.3 x 10 ^ -6 pulgada) / (pulgadas grados fahrenheit) dados en el paso 4 y el paso 5 en la ecuación dada en el paso 3. encuentra que la tensión térmica o s = (10.0 x 10 ^ 6 psi) (12.3 x 10 ^ -6 pulgada) / (pulgada grados fahrenheit) (80 grados fahrenheit) = 9840 psi.