En las clases de ingeniería mecánica, es importante el estudio del estrés térmico y su efecto sobre diversos materiales. El frío y el calor pueden afectar materiales como el hormigón y el acero. Si un material no puede contraerse o expandirse cuando hay diferencias de temperatura, pueden producirse tensiones térmicas y causar problemas estructurales. Para verificar 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 la tensión térmica utilizando las ecuaciones de deformación y el módulo de Young. Estas ecuaciones son:


Ecuación 1.) Tensión (e) \u003d A * d (T)


Ecuación 2.) Módulo de Young (E) \u003d Estrés (S) /Tensión (e) .


En la ecuación de deformación, el término "A" se refiere al coeficiente lineal de expansión térmica para un material dado y d (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 Strain (e) de la primera ecuación en la segunda ecuación dada en el paso 1 para obtener el módulo de Young (E) \u003d 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)]. \u003d S, o la tensión térmica.


Use la ecuación en el paso 3 para calcular la tensión térmica 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 de las tablas que se encuentran fácilmente en libros de ingeniería mecánica, algunos libros de física o en línea. Estos valores son E \u003d 10.0 x 10 ^ 6 psi y A \u003d (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.


Sustituya los valores por d (T) \u003d 80 grados Fahrenheit, E \u003d 10.0 x 10 ^ 6 psi y A \u003d (12.3 x 10 ^ -6 pulgada) /(pulgada grados Fahrenheit) dada en el Paso 4 y el Paso 5 en la ecuación dada en el Paso 3. Usted encuentra que el estrés térmico o S \u003d (10.0 x 10 ^ 6 psi) (12.3 x 10 ^ -6 pulgadas) /(pulgadas grados Fahrenheit)
(80 grados Fahrenheit) \u003d 9840 psi.




Consejos


1. Para formular la ecuación para el estrés térmico, Es importante conocer 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, también deben medirse muchos otros factores y compararse con diferentes parámetros de seguridad.