Nas aulas de engenharia mecânica, o estudo do estresse térmico e seu efeito em vários materiais é importante. O frio e o calor podem afetar materiais como concreto e aço. Se um material não puder se contrair ou expandir quando houver diferenciais de temperatura, tensões térmicas poderão ocorrer e causar problemas estruturais. Para verificar problemas, como deformações e rachaduras no concreto, os engenheiros podem calcular os valores de tensão térmica de diferentes materiais e compará-los com os parâmetros estabelecidos.

Encontre a fórmula da tensão térmica usando as equações de tensão e módulo de Young. Essas equações são:


Equação 1.) Deformação (e) \u003d A * d (T)


Equação 2.) Módulo de Young (E) \u003d Estresse (S) /Deformação (e) .


Na equação de deformação, o termo "A" refere-se ao coeficiente linear de expansão térmica para um determinado material ed (T) é a diferença de temperatura. O módulo de Young é a razão que relaciona estresse e tensão. (Referência 3)


Substitua o valor da tensão (e) da primeira equação pela segunda equação dada na etapa 1 para obter o módulo de Young (E) \u003d S /[A * d (T)].


Multiplique cada lado da equação no passo 2 por [A * d (T)] para descobrir que E * [A * d (T)]. \u003d S, ou o estresse térmico.


Use a equação na etapa 3 para calcular o estresse térmico em uma haste de alumínio que sofre uma mudança de temperatura ou d (T) de 80 graus Fahrenheit. (Referência 4)


Encontre o módulo de Young e o coeficiente de expansão térmica do alumínio a partir de tabelas encontradas prontamente em livros de mecânica, em alguns livros de física ou on-line. Esses valores são E \u003d 10,0 x 10 ^ 6 psi e A \u003d (12,3 x 10 ^ -6 polegadas) /(polegadas graus Fahrenheit), (consulte Recurso 1 e Recurso 2). Psi significa libras por polegada quadrada, uma unidade de medida.


Substitua os valores de d (T) \u003d 80 graus Fahrenheit, E \u003d 10,0 x 10 ^ 6 psi e A \u003d (12,3 x 10 ^ -6 polegada) /(polegada graus Fahrenheit) dada na Etapa 4 e Etapa 5 na equação dada na Etapa 3. Você acha que a tensão térmica ou S \u003d (10,0 x 10 ^ 6 psi) (12,3 x 10 ^ -6 polegada) /(polegada graus Fahrenheit)
(80 graus Fahrenheit) \u003d 9840 psi.




Dicas


1. Para formular a equação para o estresse térmico, é importante conhecer as relações que existem entre estresse, tensão, módulo de Young e Lei de Hooke. (Consulte o recurso 3)
   

   O coeficiente linear de expansão térmica é uma medida de quanto um material se expande para cada grau de aumento de temperatura. Este coeficiente é diferente para diferentes materiais. (Consulte o recurso 1)
   

   O módulo de Young está relacionado à rigidez de um material ou a suas habilidades elásticas. (Referência 3)
   

   Observe que o exemplo na Etapa 5 é uma aplicação simples desse princípio. Quando os engenheiros trabalham no projeto estrutural de edifícios, pontes e estradas, muitos outros fatores também devem ser medidos e comparados com diferentes parâmetros de segurança.