La plupart des matériaux se dilatent et se contractent en raison des changements de température. Dans cette relation directe, le matériau se dilate lorsqu'il est chauffé et se contracte lorsqu'il est refroidi. Le taux d'expansion et de contraction est minimal par degré de changement de température. Cependant, dans les grandes structures comme les ponts ou le bâtiment, les quantités minimales s'ajoutent, ce qui entraîne un grand changement de taille. Les ingénieurs doivent tenir compte du changement et développer des solutions pour diverses structures afin d'absorber l'expansion et la contraction.

Coefficients de la table d'expansion linéaire

Utilisez le tableau Coefficients d'expansion linéaire de Engineering Toolbox pour déterminer le taux d'expansion pour un matériau par pouce, par changement de température. Par exemple, le taux d'acier est de 7,3 fois 10 à moins 6 pouces par degré Fahrenheit. Pour convertir de la notation scientifique en nombres réels, un cube d'acier de 1 pouce d'un côté se dilate 0,0000073 d'un pouce lorsque la température augmente de 1 degré Fahrenheit. C'est environ 1/50 de l'épaisseur d'un cheveu.

Chiffres de la table pour la pratique

Vous pouvez penser que l'expansion 1/50 de l'épaisseur d'un cheveu n'est pas beaucoup, mais les coefficients de dilatation additionner. Par exemple, le pont Mackinaw dans le Michigan est de 5 miles de longueur. Cela convertit à 316 800 pouces. En hiver, les températures dans le Michigan peuvent plonger à moins 20 degrés Fahrenheit, et en été, peuvent atteindre 90 degrés Fahrenheit. C'est une différence de température de 110 degrés. En multipliant 0,000073 par 316,800 par 120 donne 254 pouces, ou environ 21 pieds d'expansion ou de contraction.

Problèmes d'expansion et solutions

Le problème du pont Mackinaw est un petit exemple des millions d'expansion et problèmes de contraction ingénieurs surmontent tous les jours. Les ingénieurs conçoivent des joints mobiles spéciaux, appelés joints de dilatation, pour permettre de "donner" le problème de dilatation /contraction. Si le pont Mackinaw n'avait pas de joints de dilatation, il se détacherait de ses supports lors de l'expansion. Le pont Mackinaw compte 31 joints de dilatation stratégiquement placés. Ces articulations s'imbriquent comme des doigts et glissent l'une sur l'autre lorsque le pont bouge. Le béton s'étend et se contracte également. Les allées ont des bandes noires à intervalles prédéfinis - ce sont des joints de dilatation pour le béton. S'ils n'étaient pas là, le béton se fissurerait, à cause des contraintes internes accumulées par l'expansion.

Problèmes et solutions de matériaux dissemblables