熱応力

ストレス

応力とは、外力が加えられたときに形状を回復しようとするときに材料が内部で受ける単位面積あたりの力として、物理学と工学で説明される物理量です。人々は材料の応力を認識していましたが、応力の概念とその測定は 17 世紀までほとんど経験的なものでした。それ以前から、複合弓やガラス弓などの製作に使用されていました。首都、アーチ、ドーム、トラスを使用して、人々は木の梁と石のブロックを構築して利用し、ストレスに耐えて分散させ、時間の経過とともに構造が崩壊するのを防ぎました.

ガリレオ・ガリレイやアイザック・ニュートンなどの科学者の業績のおかげで、フランスの物理学者で数学者でもあるオーギュスタン＝ルイ・コーシーは、均質な媒体における応力の最初の数学的モデルを開発しました。ニュートンは微分公式を使用して、液体に含まれる応力を計算しました。応力は、力のような基本量と面積のような幾何学的量から生成されるため、基本的な量です。変形力が適用されると、応力は常に反対方向に作用します。

SI における応力の単位はパスカル (Pa) です。結果として生じる応力は、1 平方メートルの単位表面積に 1 ニュートンの力が加えられたときに 1 パスカルになります。

ストレスの種類

熱ストレス

熱応力は、物体の温度変化によって生成される応力として定義され、膨張または収縮を引き起こします。

力学と熱力学における熱応力の応用は広範囲に及んでいます。

これらの応力により、オブジェクトが破損または破損する可能性があります。気温が変化すると、ストレスのレベルが上がります。

例として熱伝導棒を見てみましょう。温度が上がると膨張します。ロッドを元の位置に戻す前に常温に置くと、ロッドに復元力が働きます。さらに、低温で保管すると収縮し始めます。

鉄道線路の建設では、熱応力がよく使用されます。列車は、2 つの線路の間のスペースがあるため、移動することができます。夏は気温が上がると伸び、冬は気温が下がると縮みます。熱応力はこれらの状況を抑制し、列車が軌道に乗ることを可能にします。

熱応力の式

サーマル ロッドが熱応力を受けると仮定します。

ロッドを A とします。

ロッドの元の長さ =L₀

ロッドの温度上昇 =ΔT

ロッドの新しい長さ =L

したがって、

L – L₀ =L₀ ∝ΔT

ここで

∝=ロッドの材料の線膨張係数。

L =L₀ (1+∝ΔT)

F/A=Y(L – L₀ ) /L₀

ここで

Y は特定のロッドのヤング率です

F/A=Y ∝ΔT

熱ストレスの原因

熱応力は、熱力学の法則に従って、物体の内部温度の変化によって引き起こされる機械的プロセスです。温度が上昇すると、通常の状況ではより多くのストレスが発生します。ただし、張力に加えて、熱衝撃が発生する可能性があり、その結果、オブジェクトが急速に破損または破損する可能性があります。

熱ストレスの影響

熱応力を適切に考慮しないと、構造強度と安定性に大きな影響を与える可能性があります。熱応力に対する認識が不足しているため、多くの重度の弱点領域で軋み骨折や破損のリスクがあります。

ガラスを高温に加熱してから冷水に浸したときに発生するガラスの飛散は、熱応力の最も一般的な例の 1 つです。衝撃の結果として発生するガラスのひび割れと破砕は、衝撃の結果として発生するものと同じではありません。

結論

応力とは、変形した体の単位面積あたりに作用する内部復元力です。歪んだ物体のこれらの内力は、常に等しく、平衡状態での変形力と反対です。変形力が取り除かれると、内部の復元力によって体の自然な形状が復元されます。

応力とは、変形した体の単位面積あたりに作用する内部復元力です。歪んだ物体のこれらの内力は、常に等しく、平衡状態での変形力と反対です。変形力が取り除かれると、内部の復元力によって体の自然な形状が復元されます。

熱応力は、物体の温度変化によって生成される応力として定義され、膨張または収縮を引き起こします。