तनाव और विकृति संबंध

तनाव-विकृति संबंध

अधिकांश बहुपरमाणुक सामग्रियों में उनके प्रत्यास्थ सीमा के भीतर तनाव और विकृति के बीच लगभग स्थिर संबंध होता है। अंग्रेज़ वैज्ञानिक रॉबर्ट हुक के प्रयोगों ने हुक का नियम के निर्माण का नेतृत्व किया, जो कहता है कि किसी सामग्री की प्रत्यास्थ सीमा में, विकृति तनाव के अनुपाती होती है। तनाव और विकृति का अनुपात, या तनाव-विकृति ग्राफ का ढाल, यंग का मापांक कहलाता है।

प्रत्यास्थ मापांक

बहुपरमाणुक सामग्रियों के लिए प्रासंगिक प्रत्यास्थ मापांक हैं यंग का प्रत्यास्थ मापांक, कतरनी प्रत्यास्थ मापांक, और थोक प्रत्यास्थ मापांक।

यंग का मापांक

यंग का प्रत्यास्थ मापांक तनाव और संपीड़न तनाव के लिए प्रत्यास्थ मापांक है और आमतौर पर तन्यता परीक्षणों द्वारा आंका जाता है। एक अलग saVRee लेख यंग के प्रत्यास्थ मापांक को अधिक विस्तार से चर्चा करता है।

कतरनी मापांक

कतरनी प्रत्यास्थ मापांक एक बेलनाकार परीक्षण टुकड़े के मरोड़ से प्राप्त होता है। इसका प्रतीक G है।

थोक मापांक

थोक प्रत्यास्थ मापांक हाइड्रोस्टेटिक दबाव और समद्विबाहु तनाव के लिए प्रत्यास्थ प्रतिक्रिया है या हाइड्रोस्टेटिक दबाव और समद्विबाहु तनाव के लिए आयतनात्मक प्रतिक्रिया है। यह एक सामग्री की वह संपत्ति भी है जो तनाव के अनुप्रयोग के लिए प्रत्यास्थ प्रतिक्रिया को निर्धारित करती है।

तन्यता (लोड) परीक्षण और तनाव-विकृति वक्र

लोड वहन करने की क्षमता और फ्रैक्चर से पहले विकृति की मात्रा निर्धारित करने के लिए, सामग्री के एक नमूने का आमतौर पर तन्यता परीक्षण द्वारा परीक्षण किया जाता है। इस परीक्षण में सामग्री की एक नमूना लंबाई के एक छोर पर धीरे-धीरे बढ़ती हुई तनाव बल का अनुप्रयोग शामिल होता है। दूसरा छोर एक कठोर समर्थन में लंगर डाला जाता है ताकि नमूना धीरे-धीरे अलग हो जाए। परीक्षण मशीन एक उपकरण से सुसज्जित होती है जो परीक्षण के दौरान बल की मात्रा को इंगित करती है, और संभवतः रिकॉर्ड करती है। नमूने के मध्य में चयनित भाग की बढ़ती लंबाई का एक साथ मापन किया जाता है, जिसे गेज लंबाई कहा जाता है। लोड और लंबाई में वृद्धि का मापन आमतौर पर प्लास्टिक विकृति शुरू होने के तुरंत बाद बंद कर दिया जाता है; हालांकि, अधिकतम लोड हमेशा रिकॉर्ड किया जाता है। फ्रैक्चर बिंदु वह बिंदु है जहां सामग्री प्लास्टिक विकृति के कारण टूट जाती है। नमूने को खींचकर अलग करने और मशीन से निकालने के बाद, टूटे हुए सिरों को एक साथ फिट किया जाता है और अब विस्तारित गेज लंबाई और न्यूनतम क्रॉस सेक्शन के औसत व्यास का मापन किया जाता है। यदि उपयोग किया गया नमूना बेलनाकार है तो न्यूनतम क्रॉस सेक्शन के औसत व्यास को केवल मापा जाता है।

परीक्षण के अंत में सारणीबद्ध परिणाम निम्नलिखित होते हैं।

a.    परीक्षण के तहत सामग्री का नामांकन।
b.    गेज लंबाई के भीतर नमूने के मूल क्रॉस सेक्शन आयाम।
c.    मूल गेज लंबाई।
d.    लोड और संबंधित गेज लंबाई आयाम की पहचान करने वाले बार-बार पढ़ने की एक श्रृंखला।
e.    न्यूनतम क्रॉस सेक्शन का अंतिम औसत व्यास।
f.    अंतिम गेज लंबाई।
g.    फ्रैक्चर सतहों की उपस्थिति का वर्णन (उदाहरण के लिए, कप-कोन, भेड़िये का कान, विकर्ण, शुरुआत)।

सारणीबद्ध डेटा से परिणामों का एक ग्राफ बनाया जाता है। कुछ परीक्षण मशीनें एक स्वचालित अनुलग्नक से सुसज्जित होती हैं जो परीक्षण के दौरान ग्राफ खींचती है (ऑपरेटर को अधिकतम के अलावा कोई लोड या लंबाई में वृद्धि रीडिंग रिकॉर्ड करने की आवश्यकता नहीं होती है)। ग्राफ के निर्देशांक अक्ष x-अक्ष या अभिसार का पैमाना के लिए विकृति, और y-अक्ष या अभिसार का पैमाना के लिए तनाव होते हैं। ग्राफ पर प्लॉट किए गए प्रत्येक बिंदु के लिए अभिसार को नमूने के मूल क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र द्वारा सारणीबद्ध लोड को विभाजित करके पाया जाता है; प्रत्येक बिंदु के संबंधित अभिसार को मूल गेज लंबाई द्वारा गेज लंबाई में वृद्धि को विभाजित करके पाया जाता है। ये दो गणनाएँ निम्नानुसार की जाती हैं।

यहां गणना किए गए तनाव और विकृति को कभी-कभी "इंजीनियरिंग तनाव और विकृति" कहा जाता है। वे सच्चे तनाव और विकृति नहीं हैं, जिन्हें लोड और विकृति के प्रत्येक वृद्धि के लिए मौजूद क्षेत्र और गेज लंबाई के आधार पर गणना की जा सकती है। उदाहरण के लिए, सच्ची विकृति लंबाई में वृद्धि का प्राकृतिक लघुगणक (ln (L/Lo)) है, और सच्चा तनाव P/A है, जहां A क्षेत्र है और P दबाव है। बाद के मान आमतौर पर वैज्ञानिक जांच के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन इंजीनियरिंग मान सामग्री के लोड-वहन मान निर्धारित करने के लिए उपयोगी होते हैं। प्रत्यास्थ सीमा के नीचे, इंजीनियरिंग तनाव और सच्चा तनाव लगभग समान होते हैं।

एक विशिष्ट संरचनात्मक स्टील के लिए तनाव परीक्षण का ग्राफिक परिणाम, या तनाव-विकृति आरेख, नीचे दी गई छवि में दिखाया गया है। तनाव और विकृति का अनुपात, या तनाव-विकृति ग्राफ का ढाल, प्रत्यास्थ मापांक या प्रत्यास्थ मापांक कहलाता है। उस वक्र के हिस्से की ढलान जहां तनाव विकृति के अनुपाती होता है (बिंदु 1 और 2 के बीच) को यंग का मापांक कहा जाता है और हुक का नियम लागू होता है।

विशिष्ट नमनीय सामग्री तनाव-विकृति वक्र

ऊपर दी गई छवि में निम्नलिखित अवलोकन दर्शाए गए हैं:

• बिंदु 1 और 2 के बीच हुक का नियम लागू होता है।
• बिंदु 2 और 3 के बीच हुक का नियम संदिग्ध हो जाता है और विकृति तेजी से बढ़ती है।
• बिंदु 1 और 2 के बीच का क्षेत्र प्रत्यास्थ क्षेत्र कहलाता है। यदि तनाव हटा दिया जाता है, तो सामग्री अपनी मूल लंबाई में लौट आएगी।
• बिंदु 2 अनुपाती सीमा (PL) या प्रत्यास्थ सीमा है, और बिंदु 3 उपज शक्ति (YS) या उपज बिंदु है।
• बिंदु 2 और 5 के बीच का क्षेत्र प्लास्टिक क्षेत्र के रूप में जाना जाता है क्योंकि सामग्री अपनी मूल लंबाई में नहीं लौटेगी।
• बिंदु 4 अंतिम शक्ति का बिंदु है और बिंदु 5 वह फ्रैक्चर बिंदु है जिस पर सामग्री की विफलता होती है।

ऊपर दी गई छवि नमनीय सामग्री दिखाती है जहां शक्ति कम है, और प्लास्टिक क्षेत्र बड़ा है। सामग्री फ्रैक्चर से पहले अधिक विकृति (विस्तार) सहन करेगी।

नीचे दी गई छवि एक भंगुर सामग्री के लिए एक तनाव-विकृति वक्र है जहां प्लास्टिक क्षेत्र छोटा है, और सामग्री की शक्ति अधिक है।

विशिष्ट भंगुर सामग्री तनाव-विकृति वक्र

तन्यता परीक्षण सामग्री के बारे में तीन वर्णनात्मक तथ्य प्रदान करता है। ये हैं: वह तनाव जिस पर ध्यान देने योग्य प्लास्टिक विकृति या "उपज" शुरू होती है; अंतिम तन्यता शक्ति या अधिकतम लोड की तीव्रता जो तनाव में वहन की जा सकती है; और प्रतिशत विस्तार या विकृति (मटेरियल कितना खिंच जाएगा) और खिंचाव के कारण क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में कमी का प्रतिशत। टूटना या फ्रैक्चर बिंदु भी निर्धारित किया जा सकता है।

सारांश

इस अनुभाग में महत्वपूर्ण जानकारी नीचे सारांशित की गई है।

तनाव-विकृति संबंध सारांश

• थोक मापांक

थोक प्रत्यास्थ मापांक हाइड्रोस्टेटिक दबाव और समद्विबाहु तनाव के लिए प्रत्यास्थ प्रतिक्रिया है, या हाइड्रोस्टेटिक दबाव और समद्विबाहु तनाव के लिए आयतनात्मक प्रतिक्रिया है। यह एक सामग्री की वह संपत्ति भी है जो तनाव के अनुप्रयोग के लिए प्रत्यास्थ प्रतिक्रिया को निर्धारित करती है।

• फ्रैक्चर बिंदु वह बिंदु है जहां सामग्री प्लास्टिक विकृति के कारण टूट जाती है।
• नमनीय सामग्री भंगुर सामग्री की तुलना में अधिक विकृति (विस्तार) करेगी। इस लेख में चर्चा किए गए नमनीय और भंगुर के लिए तनाव-विकृति वक्र ने दिखाया कि प्रत्येक सामग्री तनाव और विकृति पर कैसे प्रतिक्रिया करेगी।
• पहले देखे गए ग्राफ़ों के संदर्भ में, हुक का नियम बिंदु 1 और 2 के बीच लागू होता है, प्रत्यास्थ क्षेत्र बिंदु 1 और 2 के बीच है, और प्लास्टिक क्षेत्र बिंदु 2 और 5 के बीच है।

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