ইঞ্জিনিয়ারিং পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্রটি আমাদের কীভাবে বোঝা উচিত?

এই ব্লগ পোস্টে আমরা ‘ইঞ্জিনিয়ারিং স্ট্রেস-স্ট্রেইন কার্ভ’-এর মৌলিক ধারণা, নরমাল স্ট্রেস-স্ট্রেইন ও ট্রু স্ট্রেস-স্ট্রেইনের মধ্যে পার্থক্য এবং এই কার্ভ থেকে নির্ণয়যোগ্য পদার্থের বৈশিষ্ট্যগুলো নিয়ে আলোচনা করব।

শিল্পক্ষেত্রে পণ্য উৎপাদনের জন্য উপকরণ নির্বাচনের ক্ষেত্রে প্রকৌশলগত জ্ঞানের প্রয়োজন হয়। উদাহরণস্বরূপ, যদি কোনো বস্তুকে ধরে রাখার জন্য তৈরি একটি সাপোর্ট ব্র্যাকেট খুব সহজে ভেঙে যায়, অথবা অপর্যাপ্ত পুনরুদ্ধারকারী বলের কারণে একটি স্প্রিং প্রসারিত হওয়ার পর তার আসল আকারে ফিরে আসতে ব্যর্থ হয়ে স্থায়ীভাবে বিকৃত হয়ে যায়, তাহলে কী হবে? এই ধরনের ক্ষেত্রে, আমাদের অবশ্যই অবিলম্বে কারণটি বিশ্লেষণ করতে হবে এবং আরও ভালো একটি উপকরণ খুঁজে বের করতে হবে। উপকরণগুলোর যান্ত্রিক জ্ঞানকে ভিত্তি করে নির্বাচন করার মাধ্যমে এটি প্রতিরোধ করা সম্ভব।
যেকোনো বস্তুকে যান্ত্রিকভাবে বোঝার সবচেয়ে মৌলিক দিক হলো এটি কতটা বল সহ্য করতে পারে তা নির্ধারণ করা। কোনো বস্তুর স্থায়িত্ব যাচাই করার জন্য, সেটি তৈরি করার পর আমরা বল প্রয়োগ করে পরীক্ষা চালাই এবং এটি কতটা বল সহ্য করতে পারে তা নির্ণয় করি, তারপর ফলাফলগুলো একটি গ্রাফে অঙ্কন করি। এটি দেখার সবচেয়ে সহজ উপায় হলো পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্র।
পীড়ন এবং বিকৃতি কী? পীড়ন বলতে বোঝায় কোনো বস্তুর উপর বল প্রয়োগ করা হলে তার প্রতি একক ক্ষেত্রফলে প্রযুক্ত বল, অন্যদিকে বিকৃতি বলতে বোঝায় প্রযুক্ত বলের প্রভাবে কোনো বস্তুর বিকৃত হওয়ার ফলে তার “প্রসারিত দৈর্ঘ্য ÷ প্রাথমিক দৈর্ঘ্য”-এর অনুপাত। একটি পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্রে, x-অক্ষ বিকৃতি এবং y-অক্ষ পীড়ন নির্দেশ করে। এই লেখচিত্র অঙ্কন করে আমরা নির্ধারণ করতে পারি যে প্রতি একক ক্ষেত্রফলে প্রযুক্ত বলের উপর ভিত্তি করে বস্তুটি কীভাবে বিকৃত হয়। এমনকি একই বস্তুর ক্ষেত্রেও, যেহেতু এটি বিভিন্ন আকারে নানা উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত হয়, তাই পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্রটি প্রতি একক ক্ষেত্রফলে প্রযুক্ত বলের উপর ভিত্তি করে বিকৃতির মাত্রা উপস্থাপন করার মাধ্যমে পরীক্ষায় ব্যবহৃত বস্তুর নমুনার আকারের উপর নির্ভর করে ভিন্ন ভিন্ন লেখচিত্র অঙ্কনের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।
দুই ধরনের পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্র রয়েছে। এগুলো হলো ইঞ্জিনিয়ারিং পীড়ন-বিকৃতি এবং প্রকৃত পীড়ন-বিকৃতি। কোনো বস্তুতে বল প্রয়োগ করে তার বিকৃতি ঘটানোর সময় সংগৃহীত উপাত্ত বিশ্লেষণ করার জন্য পীড়ন ও বিকৃতি গণনা করতে এই রেখাচিত্রগুলো ব্যবহৃত হয়। তবে, বস্তুটি বিকৃত হওয়ার সাথে সাথে, যে ক্ষেত্রফলের উপর বল প্রয়োগ করা হয় (যা পীড়নের ভিত্তি) এবং মূল দৈর্ঘ্য (যা বিকৃতির ভিত্তি) ক্রমাগত পরিবর্তিত হতে থাকে। প্রকৃত পীড়ন-বিকৃতি গণনার ক্ষেত্রে, ক্রমাগত পরিবর্তনশীল প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল এবং মূল দৈর্ঘ্য নির্ভুলভাবে পরিমাপ করার পাশাপাশি এই মানগুলোও ক্রমাগত গণনা করা হয়। কিন্তু, এই পরিবর্তনশীল মানগুলো ক্রমাগত নির্ণয় করার সময় পরীক্ষা চালানো অত্যন্ত কঠিন। তাই, অনেক ক্ষেত্রে এই পরিবর্তনগুলোকে উপেক্ষা করা হয় এবং প্রাথমিক প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল ও মূল দৈর্ঘ্যের উপর ভিত্তি করে পীড়ন ও বিকৃতি গণনা করা হয়; একেই ইঞ্জিনিয়ারিং পীড়ন-বিকৃতি বলা হয়।
নিম্নলিখিত লেখচিত্রটি প্রচলিত পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্রের একটি সাধারণ রূপ দেখায়। প্রাথমিক নীল রৈখিক অংশটি স্থিতিস্থাপক বিকৃতির অঞ্চলকে প্রতিনিধিত্ব করে। স্থিতিস্থাপক বিকৃতি বলতে সেই বিকৃতিকে বোঝায় যেখানে প্রযুক্ত বল অপসারণের পর বস্তুটি তার মূল অবস্থায় ফিরে আসে। এই অঞ্চলে, বল প্রয়োগের ফলে বিকৃতি ঘটে, কিন্তু যেহেতু বস্তুটির পরমাণু বা অণুর মধ্যকার বন্ধন অক্ষত থাকে, তাই প্রযুক্ত বল অপসারণ করা হলে বস্তুটি তার মূল অবস্থায় ফিরে আসে। নীল সরলরেখার পরবর্তী বক্র অংশটি প্লাস্টিক বিকৃতি ঘটার অঞ্চলকে প্রতিনিধিত্ব করে। প্লাস্টিক বিকৃতি বলতে সেই বিকৃতিকে বোঝায় যেখানে, বল প্রয়োগের ফলে উল্লেখযোগ্য বিকৃতি ঘটলে, পরমাণুগুলোর মধ্যে বিদ্যমান বন্ধনগুলো ভেঙে যায় এবং নতুন বন্ধন গঠিত হয়, ফলে বল অপসারণ করা হলেও বস্তুটি তার প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে না। যদি এই বিন্দু পর্যন্ত বল প্রয়োগ করা হয়, তবে স্থিতিস্থাপক এবং প্লাস্টিক উভয় প্রকার বিকৃতিই ঘটে, এবং পরবর্তীতে বল অপসারণ করা হলে, বস্তুটি কেবল স্থিতিস্থাপক বিকৃতির পরিমাণ পর্যন্তই তার মূল অবস্থায় ফিরে আসবে।
লেখচিত্রটি বক্ররেখার মধ্যে বৃদ্ধি পায় এবং একটি নির্দিষ্ট বিন্দু অতিক্রম করার পর হ্রাস পেতে শুরু করে; যে বিন্দুতে পীড়ন সর্বোচ্চ হয়, তাকে চূড়ান্ত টান পীড়ন (ultimate tensile stress) বলা হয়। এটি সর্বোচ্চ পীড়নের বিন্দুকে বোঝায়, এবং এই বিন্দুটি অতিক্রম করার পর বস্তুটি একটি অপরিবর্তনীয় বিকৃতি প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায় এবং অবশেষে “X” চিহ্নযুক্ত বিন্দুতে পৌঁছালে ভেঙে যায়। (একটি টাফির টুকরো টানার কথা ভাবুন: এটি ভেঙে যাওয়ার আগে এর মাঝের অংশটি পাতলা হতে শুরু করে।) অন্য কথায়, চূড়ান্ত টান পীড়ন হলো সেই সর্বোচ্চ পীড়ন যা একটি বস্তু সহ্য করতে পারে। অধিকন্তু, “X” চিহ্নযুক্ত বিন্দু থেকে x-অক্ষের উপর একটি লম্ব রেখা অঙ্কন করে এবং বক্ররেখার নীচের ক্ষেত্রফলকে সমাকলন (integrate) করে, আমরা নির্ধারণ করতে পারি যে বস্তুটি ভেঙে যাওয়ার আগে কতটা বল সহ্য করতে পারে। একে দৃঢ়তা (toughness) বলা হয়। এছাড়াও, আদর্শ পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্র পরীক্ষা করে, আপনি সুষম বিকৃতি এবং অসম বিকৃতির অঞ্চলগুলি (যে অঞ্চলে পুরো উপাদান জুড়ে বিকৃতি ঘটে এবং যে অঞ্চলে খাঁজ বা অন্যান্য ত্রুটির কারণে উচ্চতর পীড়নের অধীন নির্দিষ্ট এলাকায় বিকৃতি ঘটে) শনাক্ত করতে পারেন এবং অফসেট ইল্ডিং স্ট্রেসের মতো ডেটা পেতে পারেন, যা স্থিতিস্থাপক এবং প্লাস্টিক বিকৃতির মধ্যবর্তী সীমানা নির্দেশ করে।
যদি আপনি পীড়ন-বিকৃতি রেখাচিত্র বুঝতে পারেন, তবে আপনি এক নজরেই উপাদানটির মৌলিক বৈশিষ্ট্যগুলো উপলব্ধি করতে পারবেন এবং সেই অনুযায়ী, পণ্যের জন্য উপযুক্ত সঠিক উপাদান নির্বাচন ও তা তৈরি করার ক্ষেত্রে বারবার চেষ্টার প্রয়োজনীয়তা কমাতে পারবেন। উদাহরণস্বরূপ, তামা সামান্য বলের প্রভাবেও সহজে বিকৃত হয় কিন্তু সহজে ভাঙে না; তাই এটি তারের মতো এমন সব অংশে ব্যবহৃত হয় যেখানে উল্লেখযোগ্য বিকৃতির প্রয়োজন হয় কিন্তু শক্তির উপর এর কোনো প্রভাব পড়ে না। অন্যদিকে, লোহার বিকৃতির হার তামার চেয়ে কম এবং এটি সহজে ভাঙে না, তাই এটি এমন সব কাঠামোর ভিত্তি হিসেবে ব্যবহৃত হয় যেখানে শক্তিশালী সমর্থনের প্রয়োজন হয়। কোনো উপাদানের প্রয়োজনীয় বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে তা কীভাবে তৈরি করা যায় সে বিষয়ে গবেষণা করার সময়, এই ধরনের তথ্য ব্যবহার করা অত্যন্ত সহায়ক, কারণ এটি আপনাকে দ্রুত এবং সহজে শনাক্ত করতে সাহায্য করে যে আপনার তৈরি করা উপাদানটির কোন দিকগুলোতে ঘাটতি রয়েছে এবং সেগুলোর উন্নতি প্রয়োজন।