Quasi-statyczne termonaprężenia w płaskowniku przewodzącym prąd elektryczny i oddającym ciepło przez konwekcję

W wielu urządzeniach elektrycznych elementami przewodzącymi prąd elektryczny są pręty o przekroju prostokątnym. Poza tak charakterystycznymi urządzeniami jak szyny zbiorcze w rozdzielniach czy też w podstacjach elektrycznych spotyka się dość często w różnych aparatach części przewodzące prąd w postaci płaskowników. Na szczególną uwagę zasługują elementy grzejne znacznych mocy ogrzewające bezpośrednio pewien roztwór. Dzięki zanurzeniu w kąpieli są one intensywnie chłodzone i stąd powstaje możliwość stosowania znacznych gęstości mocy, a w następstwie tego możliwość powstawania nadmiernych termonaprężeń. W szynach zbiorczych jak i w wymienionych częściach aparatów przewodzących prąd elektryczny spotykamy się z zagadnieniem niebezpiecznych naprężeń mechanicznych wywołanych polem temperatury. Znajomość quasi-statycznych termonaprężeń pozwala na zastosowanie zabezpieczeń przetężeniowych o dostatecznie krótkim czasie reakcji. Wzory wyprowadzone w niniejszej pracy dotyczą pręta nieskończenie długiego o przekroju prostokątnym, którego powierzchnie boczne oddają ciepło do otoczenia wg prawa Newtona ze stałym współczynnikiem wymiany ciepła.

QUASI-STATIC THERMAL STRESSES IN A BAR OF RECTANGULAR CROSS-SECTION
CONDUCTING ELECTRIC CURRENT AND EXCHANGING HEAT BY CONVECTION

Quasi-static state of stress in the bar is determined with the aid of the Airy stress function and the Goodier potential of thermo-elastic displacement. Both the heating and cooling processes are considered. It has been assumed that at the lateral surfaces the heat flow is proportional to the temperature; all physical parameters of the material are independent of temperature and constant throughout the body.