तनाव और तनाव के प्रकार

तनाव

जब तनाव मौजूद होता है, तो तनाव भी एक कारक होगा। इस लेख में तनाव के दो प्रकारों पर चर्चा की जाएगी।

तनाव की परिभाषा

यांत्रिक इंजीनियरिंग उद्देश्यों के लिए धातु के उपयोग में, सामग्री के एक महत्वपूर्ण मात्रा में आमतौर पर एक निश्चित तनाव की स्थिति होती है। परमाणु संरचना की प्रतिक्रिया एक मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर प्रकट होगी। इसलिए, जब भी धातु पर कोई तनाव (चाहे कितना भी छोटा क्यों न हो) लगाया जाता है, तो एक आनुपातिक आयामी परिवर्तन या विकृति होना आवश्यक है।

ऐसा आनुपातिक आयामी परिवर्तन (विकृति की तीव्रता या डिग्री) तनाव कहलाता है और इसे किसी लागू तनाव के कारण सामग्री की प्रति इकाई लंबाई का कुल विस्तार के रूप में मापा जाता है। नीचे दिया गया समीकरण इस अनुपात या विकृति को दर्शाता है।

जहां:
ε = तनाव (इंच/इंच)
δ = कुल विस्तार (इंच)
L = मूल लंबाई (इंच)

ध्यान दें कि इंच के समतुल्य एसआई मीट्रिक इकाइयां मिलीमीटर, सेंटीमीटर और मीटर हैं।

तनाव के प्रकार

तनाव दो रूप ले सकता है: लोचदार तनाव और प्लास्टिक विकृति।

लोचदार तनाव

लोचदार तनाव एक अस्थायी आयामी परिवर्तन है जो केवल तभी मौजूद होता है जब प्रारंभिक तनाव लागू होता है और तनाव हटाते ही तुरंत गायब हो जाता है। लोचदार तनाव को लोचदार विकृति भी कहा जाता है। लागू तनाव क्रिस्टल में परमाणुओं को उनके संतुलन स्थिति से हटा देता है। सभी परमाणु समान मात्रा में विस्थापित होते हैं और अपनी सापेक्ष ज्यामिति बनाए रखते हैं। जब तनाव हटा दिया जाता है, तो सभी परमाणु अपनी मूल स्थिति में लौट आते हैं और कोई स्थायी विकृति नहीं होती है।

प्लास्टिक विकृति

प्लास्टिक विकृति (या प्लास्टिक तनाव) एक आयामी परिवर्तन है जो प्रारंभिक तनाव हटाए जाने पर गायब नहीं होता है। यह आमतौर पर कुछ लोचदार तनाव के साथ होता है।

किसी सामग्री में लोचदार तनाव और प्लास्टिक विकृति की घटना को क्रमशः लोचशीलता और प्लास्टिकता कहा जाता है।

कमरे के तापमान पर, अधिकांश धातुओं में कुछ लोचशीलता होती है, जो जैसे ही सबसे हल्का तनाव लागू होता है, प्रकट होती है। आमतौर पर, उनमें कुछ प्लास्टिकता भी होती है, लेकिन यह तब तक स्पष्ट नहीं हो सकती जब तक कि तनाव को काफी हद तक नहीं बढ़ाया जाता। जब यह प्रकट होता है, तो प्लास्टिक तनाव की मात्रा, दिए गए तनाव वृद्धि के लिए, लोचदार तनाव की तुलना में बहुत अधिक होने की संभावना होती है। उच्च तापमान पर धातुओं में कम लोचशीलता और अधिक प्लास्टिकता प्रदर्शित करने की संभावना होती है। कुछ शुद्ध बिना मिश्रित धातुएं (विशेष रूप से एल्यूमिनियम, तांबा और सोना) कमरे के तापमान पर एनील्ड (गर्म और फिर धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है ताकि भंगुरता को रोका जा सके) स्थिति में तनाव के तहत बहुत कम, यदि कोई हो, लोचशीलता दिखाती हैं, लेकिन स्पष्ट प्लास्टिकता प्रदर्शित करती हैं। कुछ बिना मिश्रित धातुएं और कई मिश्र धातुएं कमरे के तापमान पर स्पष्ट लोचशीलता दिखाती हैं, लेकिन कोई प्लास्टिकता नहीं।

तनाव की स्थिति जिसे प्लास्टिक तनाव प्रकट होने से पहले ही जाना जाता है, उसे अनुपातिक सीमा या लोचदार सीमा कहा जाता है, और इसे तनाव स्तर और लोचदार तनाव के संबंधित मूल्य द्वारा परिभाषित किया जाता है। अनुपातिक सीमा को पाउंड प्रति वर्ग इंच में इंपीरियल इकाइयों में या न्यूटन प्रति मीटर वर्ग में मीट्रिक इकाइयों में व्यक्त किया जाता है। अनुपातिक सीमा से परे भार की तीव्रता के लिए, विकृति में लोचदार और प्लास्टिक दोनों तनाव शामिल होते हैं।

जैसा कि इस लेख में पहले उल्लेख किया गया है, तनाव बिना भार लागू किए आनुपातिक आयामी परिवर्तन को मापता है। तनाव के ऐसे मान आसानी से निर्धारित किए जाते हैं और केवल तब तक पर्याप्त रूप से सटीक रहना बंद कर देते हैं जब तक कि प्लास्टिक तनाव प्रमुख नहीं हो जाता।

जब धातु तनाव का अनुभव करती है, तो इसका आयतन स्थिर रहता है। इसलिए, यदि आयतन स्थिर रहता है क्योंकि एक अक्ष पर आयाम बदलता है, तो कम से कम एक अन्य अक्ष के आयाम को भी बदलना चाहिए। यदि एक आयाम बढ़ता है, तो दूसरे को घटाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक आकार छोटा और मोटा से लंबा और पतला हो सकता है, लेकिन आयतन वही रहता है। कुछ अपवाद हैं। उदाहरण के लिए, तनाव सख्त करना सामग्री संरचना में तनाव ऊर्जा के अवशोषण में शामिल होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक आयाम में वृद्धि होती है बिना अन्य आयामों में कमी के। इससे सामग्री की घनत्व घट जाती है और आयतन बढ़ जाता है।

यदि किसी सामग्री पर तन्यता भार लागू किया जाता है, तो सामग्री भार के अक्ष पर लंबाई में वृद्धि करेगी (तन्यता तनाव तल के लंबवत), जैसा कि नीचे दी गई छवि में दिखाया गया है (तनाव)। इसके विपरीत, यदि भार संपीड़न है, तो अक्षीय आयाम घट जाएगा, जैसा कि नीचे दी गई छवि में दिखाया गया है (संपीड़न)। यदि आयतन स्थिर है, तो एक संबंधित पार्श्व संकुचन या विस्तार होना चाहिए। यह पार्श्व परिवर्तन अक्षीय तनाव के साथ एक निश्चित संबंध रखेगा। इस संबंध, या अनुपात, को पार्श्व से अक्षीय तनाव के रूप में पॉइसन का अनुपात कहा जाता है। इसे आमतौर पर अक्षर ν द्वारा प्रतीकित किया जाता है।

तनाव के तहत सिलेंडर के आकार में परिवर्तन

घन संरचनाओं की विकृति

क्या कोई सामग्री कम लागू तनावों पर प्लास्टिक रूप से विकृत हो सकती है या नहीं, यह उसके जाली संरचना पर निर्भर करता है। यदि परमाणुओं के विमान एक-दूसरे के पास होते हैं तो उन विमानों के एक-दूसरे के पास से खिसकना आसान होता है। इसलिए, निकटता से भरे विमानों वाली जाली संरचनाएं उन जाली संरचनाओं की तुलना में अधिक प्लास्टिक विकृति की अनुमति देती हैं जो निकटता से भरी नहीं होती हैं। इसके अलावा, घन जाली संरचनाएं गैर-घन जालियों की तुलना में अधिक आसानी से खिसकने की अनुमति देती हैं; यह उनकी समरूपता के कारण है जो कई दिशाओं में निकटता से भरे विमान प्रदान करती है। अधिकांश धातुएं शरीर-केंद्रित घन (बीसीसी), मुख-केंद्रित घन (एफसीसी), या षट्भुज निकटता से भरे (एचसीपी) क्रिस्टल से बनी होती हैं। एक मुख-केंद्रित घन क्रिस्टल संरचना एक शरीर-केंद्रित घन संरचना की तुलना में टूटने से पहले भार के तहत अधिक आसानी से विकृत होगी।

बीसीसी जाली, हालांकि घन है, निकटता से भरी नहीं है और मजबूत धातुओं का निर्माण करती है। α-लोहा (लोहा का एक रूप जिसे 'अल्फा' लोहा कहा जाता है) और टंगस्टन में बीसीसी रूप होता है। एफसीसी जाली दोनों घन और निकटता से भरी होती है और अधिक नमनीय सामग्री बनाती है। चांदी, सोना, और सीसा एफसीसी संरचित होते हैं। अंत में, एचसीपी जालियां निकटता से भरी होती हैं, लेकिन घन नहीं होती हैं। एचसीपी धातुएं जैसे कोबाल्ट और जिंक एफसीसी धातुओं की तुलना में उतनी नमनीय नहीं होती हैं।

सारांश

इस अध्याय में महत्वपूर्ण जानकारी नीचे संक्षेप में दी गई है।

तनाव सारांश

• तनाव एक सामग्री के तहत तनाव में आनुपातिक आयामी परिवर्तन, या विकृति की तीव्रता या डिग्री है।
• प्लास्टिक विकृति वह आयामी परिवर्तन है जो प्रारंभिक तनाव हटाए जाने पर गायब नहीं होता है।
• अनुपातिक सीमा वह तनाव की मात्रा है जो प्लास्टिक तनाव प्रकट होने के बिंदु (थ्रेशोल्ड) से ठीक पहले होती है, या तनाव स्तर और लोचदार तनाव का संबंधित मूल्य।
• तनाव के दो प्रकार होते हैं:

लोचदार तनाव एक अस्थायी आयामी परिवर्तन है जो केवल तभी मौजूद होता है जब प्रारंभिक तनाव लागू होता है और तनाव हटाते ही तुरंत गायब हो जाता है।

प्लास्टिक तनाव (प्लास्टिक विकृति) एक आयामी परिवर्तन है जो प्रारंभिक तनाव हटाए जाने पर गायब नहीं होता है।

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