Comment calculer la contrainte thermique?
Les variables et leurs unités peuvent changer, ou vous devrez peut-être résoudre différents composants de l'équation pour calculer la contrainte thermique.
Le stress thermique est le stress créé par le changement de température d'un matériau. Il s'agit d'un concept important à prendre en compte car il peut avoir un effet significatif sur la résistance et la stabilité des structures et peut provoquer des fractures dans diverses parties. Des défaillances comme celle-ci peuvent compromettre la conception globale d'une structure, ce qui peut entraîner un affaiblissement et une déformation. Ce guide vous aidera à apprendre à calculer et à interpréter la contrainte thermique.
Partie 1 sur 3: dérivation de l'équation de la contrainte thermique
- 1Comprendre l'équation de la contrainte. Cette équation est la déformation (e) = al * d(T) où a est le coefficient linéaire de dilatation thermique pour le matériau qui vous est donné dans le problème.
- D(T) est le changement de température, ou (Tinitial - Tfinal).
- 2Revoyez l'équation du module de Young. Cette équation est le module de Young (E) = contrainte(S)/déformation(e).
- Ceci est simplement interprété comme le rapport entre la contrainte et la déformation.
- 3Combinez les équations. Remplacez la valeur de Strain(e) de l'équation de déformation par l'équation du module de Young pour obtenir le module de Young (E) = S/ [al * d(T)].
- 4Réorganiser l'équation. Multipliez chaque côté de l'équation combinée par le dénominateur [al * d(T)] pour trouver que E *[al * d (T)]. = S, ce qui équivaut à la contrainte thermique.
Ce guide vous aidera à apprendre à calculer et à interpréter la contrainte thermique.
Partie 2 sur 3: utiliser l'équation
- 1Trouver un problème à résoudre. Il y en a beaucoup dans les manuels ou en ligne.
- Par exemple: Si une tige d'acier 1025 de 0,5m de long est chauffée de 20°C à 76°C alors que ses extrémités sont maintenues rigides, déterminez le type et l'ampleur de la contrainte qui se développe. Supposons qu'à 20°C la tige soit sans contrainte.
- 2Déterminer le coefficient linéaire de dilatation thermique du matériau dans le problème. Le coefficient linéaire de dilatation thermique décrit le changement relatif de longueur d'un matériau par degré de changement de température. Ci-dessus se trouve un tableau contenant le coefficient de dilatation thermique linéaire pour quelques matériaux courants.
- Si le contenu de votre question ne figure pas dans le tableau, il existe de nombreuses ressources en ligne pour trouver ces valeurs.
- Dans l'exemple de la dernière étape, la question est d'analyser une tige d'acier 1025. Pour ce matériau, le coefficient linéaire de dilatation thermique (al) est de 12 x 10-6 / °C.
- 3Déterminer la valeur du module de Young pour le matériau du problème. Le module de Young est une mesure de la rigidité d'un matériau élastique. Il existe de nombreuses ressources en ligne pour trouver ces valeurs.
- Dans l'exemple, la question est d'analyser une tige d'acier 1025. Pour ce matériau, le module d'élasticité de Young (E) est de 207 GPa ou 207 x 10^3MPa.
- 4Évaluez les unités données dans votre problème. Assurez-vous que toutes les unités coïncident. Si vos unités sont mélangées, vous n'obtiendrez pas la bonne réponse.
- Dans l'exemple, vous avez une combinaison de mesures métriques et standard. Pour corriger cela, vous devez convertir les températures données de Fahrenheit en Celsius. Pour ce faire, vous soustrayez 32 de votre température Fahrenheit, puis divisez par 1,8. Pour votre exemple de problème, cela se traduit par une température de départ de 20°C et une température finale de 80°C.
- 5Calculer la contrainte thermique. Branchez toutes les variables dans l'équation afin de calculer la contrainte thermique.
- Pour l'exemple, cela nous donne une réponse de -154MPa.
- 6Interprétez la réponse. Pour que votre réponse ait une signification, vous devez interpréter sa signification. Lors du calcul de la contrainte thermique, une réponse négative signifie qu'il y a compression et une réponse positive signifie qu'il y a expansion.
Branchez toutes les variables dans l'équation afin de calculer la contrainte thermique.
Partie 3 sur 3: pratiquer et appliquer vos apprentissages
- 1Vérifiez votre travail. Une fois que vous avez terminé vos calculs, il est important que vous vérifiez votre travail pour les erreurs. Assurez-vous que toutes vos unités correspondent et que vous n'avez rien mal branché sur votre calculatrice.
- Cette étape est importante car si vous traduisez cela en un problème du monde réel ou en quelque chose que vous feriez dans votre carrière; l'intégrité du produit ou de la structure peut dépendre de vos calculs.
- 2Entraine toi. Pour être à l'aise avec ces types de problèmes, vous devez vous entraîner à les faire. Les variables et leurs unités peuvent changer, ou vous devrez peut-être résoudre différents composants de l'équation pour calculer la contrainte thermique. Comme dit le proverbe, la pratique rend parfait!
- 3Appliquez votre apprentissage. Découvrez comment ces calculs peuvent être appliqués au monde réel. Le simple calcul d'une valeur sans la connecter à une application réelle n'est pas aussi précieux, amusant ou intéressant. Bien que ces types de questions plus simples n'incluent pas d'autres variables du monde réel, elles sont toujours utiles et leurs effets peuvent être observés dans la vie quotidienne.
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