En las clases de ingeniería mecánica, el estudio del estrés térmico y su efecto sobre diversos materiales es importante. El frío y el calor pueden afectar materiales como el hormigón y el acero. Si un material no puede contraerse o expandirse cuando existen diferencias de temperatura, pueden producirse tensiones térmicas y causar problemas estructurales. Para verificar si hay problemas, como deformaciones y grietas en el concreto, los ingenieros pueden calcular los valores de tensión térmica de diferentes materiales y compararlos con los parámetros establecidos.

Encuentre la fórmula para el estrés térmico usando las ecuaciones de tensión y módulo de Young . Estas ecuaciones son:

Ecuación 1.) Tensión (e) = A * d (T)

Ecuación 2.) Módulo de Young (E) = Estrés (S) /Tensión (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 Young (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 el estrés térmico.

Use la ecuación en el paso 3 para calcular el estrés térmico en una varilla de aluminio que sufre 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 a partir de tablas que se encuentran fácilmente en libros mecánicos de ingeniería, algunos libros de física o en línea. Estos valores son E = 10.0 x 10 ^ 6 psi y A = (12.3 x 10 ^ -6 pulgadas) /(pulgadas grados Fahrenheit), (Ver Recurso 1 y Recurso 2). Psi significa libras por pulgada cuadrada, una unidad de medida.

Sustituye los valores de d (T) = 80 grados Fahrenheit, E = 10.0 x 10 ^ 6 psi y A = (12.3 x 10 ^ -6 pulgadas) /(pulgadas grados Fahrenheit) dado en el Paso 4 y Paso 5 en la ecuación dada en el Paso 3. Usted encuentra que el estrés térmico o S = (10.0 x 10 ^ 6 psi) (12.3 x 10 ^ -6 pulgadas) /(pulgadas grados Fahrenheit)
(80 grados Fahrenheit) = 9840 psi.

TL; DR (demasiado largas; no leídas)

Para formular la ecuación para térmica estrés, es importante saber sobre las relaciones que existen entre el estrés, la tensión, el módulo de Young y la Ley de Hooke. (Ver Recurso 3)

El coeficiente lineal de expansión térmica es una medida de cuánto se expande un material por cada grado de aumento de temperatura. Este coeficiente es diferente para diferentes materiales. (Ver Recurso 1)

El módulo de Young está relacionado con la rigidez de un material o sus habilidades elásticas. (Referencia 3)

Tenga en cuenta que el ejemplo en el Paso 5 es una aplicación simple de este principio. Cuando los ingenieros trabajan en el diseño estructural de edificios, puentes y carreteras, muchos otros factores también deben medirse y compararse con diferentes parámetros de seguridad.