I maskinteknik klasser är studien av termisk stress och dess effekt på olika material viktigt. Kall och värme kan påverka material som betong och stål. Om ett material inte kan kontrahera eller expandera när det finns temperaturskillnader kan termiska påkänningar inträffa och orsaka strukturproblem. För att söka efter problem, som förvrängning och sprickor i betong kan ingenjörer beräkna värmebeständighetsvärden för olika material och jämföra dem med etablerade parametrar.

Hitta formeln för termisk stress genom att använda ekvationerna för spänning och Youngs modul . Dessa ekvationer är:

ekvation 1.) Stam (e) = A * d (T)

ekvation 2.) Unga modul (E) = Stress (S) /Stam .

I spänningsekvationen avser termen "A" den linjära expansionskoefficienten för ett givet material och d (T) är temperaturskillnaden. Youngs modul är förhållandet som relaterar stress till belastning. (Referens 3)

Byt värdet för Stam (e) från den första ekvationen till den andra ekvationen som ges i steg 1 för att få Youngs modul (E) = S /[A * d (T)].

Multiplicera varje sida av ekvationen i steg 2 med [A * d (T)] för att hitta E * [A * d (T)]. = S, eller termisk stress.

Använd ekvationen i steg 3 för att beräkna värmestressen i en aluminiumstav som genomgår en temperaturförändring eller d (T) på 80 grader Fahrenheit. (Referens 4)

Hitta Youngs modul och värmeutvidgningskoefficienten för aluminium från tabeller finns lätt i maskinteknikböcker, några fysikböcker eller online. Dessa värden är E = 10,0 x 10 ^ 6 psi och A = (12,3 x 10 ^ -6 tum) /(tum grader Fahrenheit), (Se resurs 1 och resurs 2). Psi står för pund per kvadrattum, en måttenhet.

Ersätt värdena för d (T) = 80 grader Fahrenheit, E = 10,0 x 10 ^ 6 psi och A = (12,3 x 10 ^ -6 tum) /(tum grader Fahrenheit) ges i steg 4 och steg 5 i ekvationen ges i steg 3. Du finner att termisk spänning eller S = (10,0 x 10 ^ 6 psi) (12,3 x 10 ^ -6 tum) /(tum grader Fahrenheit)
(80 grader Fahrenheit) = 9840 psi.

TL; DR (för länge, läste inte)

För att formulera ekvationen för termisk stress, det är viktigt att veta om de relationer som finns mellan stress, belastning, Youngs modul och Hooke's Law. (Se resurs 3)

Den linjära expansionskoefficienten är ett mått på hur mycket ett material expanderar för varje grad av temperaturökning. Denna koefficient är olika för olika material. (Se resurs 1)

Unga moduler är relaterade till styvheten hos ett material eller dess elastiska förmågor. (Referens 3)

Observera att exemplet i steg 5 är en enkel tillämpning av denna princip. När ingenjörer arbetar med konstruktion av byggnader, broar och vägar måste många andra faktorer också mätas och jämföras med olika säkerhetsparametrar.