L'analisi delle sollecitazioni termoelastiche (TSA) è una tecnica che determina indirettamente la distribuzione delle sollecitazioni misurando le variazioni di temperatura nei materiali sottoposti a carico dinamico. I suoi principi fondamentali si basano sull'effetto termoelastico dei materiali, coinvolgendo i seguenti principi chiave:

1. Effetto termoelastico (principio fondamentale)

L'effetto termoelastico si riferisce al fenomeno in cuiun materiale subisce piccolissime variazioni di temperatura se sottoposto a sollecitazioni comprese nell'intervallo di deformazione elastica, e questi cambiamenti di temperatura sono direttamente correlati allo stato di stress.

 

Quando un materiale è sottoposto a sollecitazione di trazione, la distanza tra le molecole aumenta, l'energia interna diminuisce e viene rilasciato calore (un leggero aumento della temperatura).

Quando sottoposto a stress di compressione, la distanza tra le molecole diminuisce, l'energia interna aumenta e il calore viene assorbito (leggero calo della temperatura).

Questi cambiamenti di temperatura sono estremamente piccoli (tipicamente sulla scala dei microkelvin, cioè \\(10^{-6}^\\circ\\text{C}\\)) e devono essere catturati da rilevatori a infrarossi altamente sensibili.

2. Prima Legge della Termodinamica (Conservazione dell'Energia)

La natura dell'effetto termoelastico può essere spiegata dalla prima legge della termodinamica: durante la deformazione elastica, il lavoro svolto dalle forze esterne viene convertito in energia interna del materiale (energia potenziale elastica) ed energia termica. Sottocondizioni adiabatiche(carico rapido, dove il calore non ha tempo di scambiare con l'ambiente), i cambiamenti nell'energia interna causati dalle variazioni di stress si manifestano principalmente come cambiamenti di temperatura. La relazione può essere espressa come: \\(\\Delta T=-\\frac{T_0 \\alpha}{c_v \\rho} \\Delta \\sigma_{\\text{m}}\\) Dove:

 

\\(\\Delta T\\) è la variazione di temperatura, \\(T_0\\) è la temperatura iniziale, \\(\\alpha\\) è il coefficiente di dilatazione lineare, \\(c_v\\) è la capacità termica specifica a volume costante, \\(\\rho\\) è la densità e \\(\\Delta \\sigma_{\\text{m}}\\) è la variazione della sollecitazione media (\\(\\sigma_{\\text{m}}=(\\sigma_1 + \\sigma_2 + \\sigma_3)/3\\)).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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