某无缝线路铺设60kg/m钢轨,设其钢轨断面在20℃时受到的温度力为0(此时钢轨不产生伸缩),当轨温升高到31℃时钢轨断面受到的温度力是____kN,该温度力是____力。之后轨温逐渐降低,当轨温降低11℃时钢轨断面受到的温度应力是____MPa。(数值答案均保留整数)
某无缝线路铺设60kg/m钢轨,设其钢轨断面在20℃时受到的温度力为0(此时钢轨不产生伸缩),当轨温升高到31℃时钢轨断面受到的温度力是____kN,该温度力是____力。之后轨温逐渐降低,当轨温降低11℃时钢轨断面受到的温度应力是____MPa。(数值答案均保留整数)
题目解答
答案
解析
本题主要考查无缝线路温度力和温度应力的计算,解题的关键在于理解温度力和温度应力的计算公式,并根据轨温的变化情况正确代入数据进行计算。
1. 计算轨温从20℃升高到31℃时钢轨断面受到的温度力
无缝线路温度力的计算公式为 $ P_t = \alpha E A \Delta T $,其中:
- $\alpha$ 为钢轨的线膨胀系数,对于60kg/m钢轨,$\alpha = 0.0000118$ /℃;
- $E$ 为钢轨的弹性模量,$E = 210 \times 10^3$ MPa;
- $A$ 为钢轨的断面积,对于60kg/m钢轨,$A = 7745$ $mm^2$;
- $\Delta T$ 为轨温变化量,轨温从20℃升高到31℃,则 $\Delta T = 31 - 20 = 11$℃。
将上述数据代入公式可得:
$\begin{align*}P_t&= 0.0000118 \times 210 \times 10^3 \times 7745 \times 11\\&= 0.0000118\times210\times10^3\times85195\\&= 0.0000118\times210\times85195000\\&= 0.0000118\times17890950000\\&= 211013.21\\&\approx 211 \, \text{kN}\end{align*}$
因为轨温升高,钢轨有伸长的趋势,但受到约束不能伸长,所以钢轨断面受到的是压力。
2. 计算轨温降低11℃时钢轨断面受到的温度应力
温度应力的计算公式为 $\sigma_t = \alpha E \Delta T$,此时轨温从20℃降低11℃,则 $\Delta T = -11$℃。
将数据代入公式可得:
$\begin{align*}\sigma_t&= 0.0000118 \times 210 \times 10^3 \times (-11)\\&= 0.0000118\times210\times10^3\times(-11)\\&= 0.0000118\times210000\times(-11)\\&= 2.478\times(-11)\\&= -27.258 \, \text{MPa}\end{align*}$
负号表示拉应力,所以温度应力为27 MPa(拉应力)。