Ako vypočítať tepelné napätie?
Premenné a ich jednotky sa môžu meniť, alebo budete musieť na výpočet tepelného napätia vyriešiť rôzne zložky rovnice.
Tepelné napätie je napätie spôsobené zmenou teploty materiálu. Toto je dôležitý koncept, s ktorým je potrebné počítať, pretože môže mať významný vplyv na pevnosť a stabilitu štruktúr a môže spôsobiť zlomeniny rôznych častí. Takéto poruchy majú potenciál ohroziť celkový dizajn konštrukcie, čo môže viesť k oslabeniu a deformácii. Táto príručka vám pomôže naučiť sa vypočítať a interpretovať tepelné napätie.
Časť 1 z 3: Odvodenie rovnice pre tepelné napätie
- 1Pochopte rovnicu pre napätie. Táto rovnica je Napätie (e) = al * d (T), kde a je lineárny koeficient tepelnej rozťažnosti pre materiál, ktorý ste zadali v probléme.
- D (T) je zmena teploty alebo (Tinitial - Tfinal).
- 2Prečítajte si rovnicu pre modul mladosti. Táto rovnica je Youngov modul (E) = napätie (S)/ napätie (e).
- Toto sa jednoducho interpretuje ako pomer napätia k namáhaniu.
- 3Skombinujte rovnice. Nahraďte hodnotu kmeňa (e) z rovnice pre napätie do rovnice Youngovho modulu, aby ste získali Youngov modul (E) = S/ [al * d (T)].
- 4Upravte usporiadanie rovnice. Vynásobte každú stranu kombinovanej rovnice menovateľom [al * d (T)], aby ste zistili, že E * [al * d (T)]. = S, čo je ekvivalentné tepelnému namáhaniu.
Táto príručka vám pomôže naučiť sa vypočítať a interpretovať tepelné napätie.
Časť 2 z 3: Použitie rovnice
- 1Nájdite problém, ktorý chcete vyriešiť. Mnoho z nich je v učebniciach alebo online.
- Napríklad: Ak sa tyč z ocele 1025 s dĺžkou 0,5 m zahrieva z 20°C na 76°C, zatiaľ čo jej konce sú pevné, určte typ a veľkosť vyvíjajúceho sa napätia. Predpokladajme, že pri 20°C je tyč bez stresu.
- 2Určte lineárny koeficient tepelnej rozťažnosti materiálu v úlohe. Lineárny koeficient tepelnej rozťažnosti popisuje relatívnu zmenu dĺžky materiálu na teplotnú zmenu stupňa. Hore je tabuľka obsahujúca lineárny koeficient tepelnej rozťažnosti pre niekoľko bežných materiálov.
- Ak materiál s vašou otázkou nie je v tabuľke, existuje mnoho online zdrojov na nájdenie týchto hodnôt.
- V príklade z posledného kroku je otázkou analýza tyče z ocele 1025. Pre tento materiál je lineárny koeficient tepelnej rozťažnosti (al) 12 x 10-6 / °C.
- 3Určte mladú hodnotu modulu pre materiál v úlohe. Youngov modul je mierou tuhosti elastického materiálu. Existuje mnoho online zdrojov na nájdenie týchto hodnôt.
- V tomto prípade ide o analýzu tyče z ocele 1025. Pre tento materiál je Youngov modul pružnosti (E) 207 GPa alebo 207 x 10^3MPa.
- 4Vyhodnoťte jednotky uvedené vo vašom probléme. Zaistite, aby sa všetky jednotky zhodovali. Ak sú vaše jednotky zmiešané, nedostanete správnu odpoveď.
- V tomto prípade máte kombináciu metrických a štandardných meraní. Aby ste to napravili, musíte previesť dané teploty z Fahrenheita na stupne Celzia. Za týmto účelom odpočítate 32 od teploty Fahrenheita a potom vydelíte 1,8. Pokiaľ ide o váš príkladový problém, výsledkom je počiatočná teplota 20°C a konečná teplota 80°C.
- 5Vypočítajte tepelné napätie. Pripojte všetky premenné do rovnice, aby ste mohli vypočítať tepelné napätie.
- To nám napríklad dáva odpoveď -154MPa.
- 6Interpretujte odpoveď. Aby mala vaša odpoveď nejaký význam, musíte jej význam interpretovať. Pri výpočte tepelného napätia negatívna odpoveď znamená, že dochádza k stlačeniu, a pozitívna odpoveď znamená, že dochádza k expanzii.
Pripojte všetky premenné do rovnice, aby ste mohli vypočítať tepelné napätie.
Časť 3 z 3: Precvičovanie a uplatňovanie svojich poznatkov
- 1Dôkladne skontrolujte svoju prácu. Po dokončení výpočtov je dôležité, aby ste vo svojej práci skontrolovali chyby. Uistite sa, že sa všetky vaše jednotky zhodujú a že ste nič zle zapojili do kalkulačky.
- Tento krok je dôležitý, pretože ak ho premietnete do problému v reálnom svete alebo do niečoho, čo by ste vo svojej kariére robili; integrita produktu alebo štruktúry môže závisieť od vašich výpočtov.
- 2Prax. Aby ste sa s takýmito problémami vyrovnali, musíte ich cvičiť. Premenné a ich jednotky sa môžu meniť, alebo budete musieť na výpočet tepelného napätia vyriešiť rôzne zložky rovnice. Ako sa hovorí, prax robí majstra!
- 3Aplikujte svoje učenie. Zistite, ako je možné tieto výpočty použiť v reálnom svete. Jednoduchý výpočet hodnoty bez pripojenia k skutočnej aplikácii nie je ani zďaleka taký hodnotný, zábavný ani zaujímavý. Napriek tomu, že tieto jednoduchšie typy otázok neobsahujú ďalšie premenné v reálnom svete, sú stále cenné a ich účinky je možné vidieť v každodennom živote.
Prečítajte si tiež: Ako odovzdať všetky svoje GCSE?
