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热膨胀和热应力:解决问题
18.7
将一根长75厘米的金属丝置于450摄氏度的炉内。若金属丝长度变为75.77厘米,且室温为20摄氏度,求该金属丝材料的线膨胀系数。
冷却后,将导线的两端固定在支架上,并置于200摄氏度的炉内。若杨氏模量为7.0 × 1010 帕斯卡,评估所产生的热应力,并确定该导线的材料。
导线的线膨胀系数取决于初始长度、温度梯度以及长度的变化,其值计算为 2.4 × 10-5 每摄氏度。
此外,可利用材料的杨氏模量、温度梯度和线膨胀系数来计算所产生的热应力,其值为 3.02 × 102 兆帕。
膨胀系数和杨氏模量的数值表明,该导线最有可能由铝制成。
旧金山金门大桥的温度范围为 -15 °C 至 40 °C。 最冷时,桥梁主跨长1275米。 假设这座桥完全由钢制成,那么在这些温度之间它的长度有什么变化?
要解决这个问题,首先要确定已知量和未知量。 桥梁初始长度(L)为1275 m,钢材线膨胀系数(α)为12 x 10-6/°C,温度变化 (ΔT)…