या ब्लॉग पोस्टमध्ये, आपण “इंजिनिअरिंग स्ट्रेस-स्ट्रेन कर्व्ह”च्या मूलभूत संकल्पना, नॉर्मल स्ट्रेस-स्ट्रेन आणि ट्रू स्ट्रेस-स्ट्रेन यांमधील फरक, आणि या कर्व्हवरून निर्धारित करता येणारे मटेरियलचे गुणधर्म तपासणार आहोत.
औद्योगिक क्षेत्रात उत्पादने तयार करण्यासाठी सामग्री निवडण्याकरिता अभियांत्रिकी ज्ञानाची आवश्यकता असते. उदाहरणार्थ, एखादी वस्तू धरून ठेवण्यासाठी बनवलेला सपोर्ट ब्रॅकेट खूप सहजपणे तुटला, किंवा अपुऱ्या प्रत्यानयन बलामुळे ताणल्यानंतर स्प्रिंग तिच्या मूळ आकारात परत येऊ शकली नाही आणि कायमची विकृत झाली, तर काय होईल? अशा प्रकरणांमध्ये, आपण ताबडतोब कारणाचे विश्लेषण करून अधिक चांगली सामग्री शोधली पाहिजे. सामग्रीच्या यांत्रिक आकलनाच्या आधारावर तिची निवड केल्यास हे टाळता येते.
कोणत्याही पदार्थाला यांत्रिकदृष्ट्या समजून घेण्याचा सर्वात मूलभूत पैलू म्हणजे तो किती बल सहन करू शकतो हे ठरवणे. पदार्थाची टिकाऊपणा तपासण्यासाठी, पदार्थ तयार केल्यानंतर, त्यावर बल लावून तो किती बल सहन करू शकतो हे ठरवण्यासाठी प्रयोग केले जातात आणि नंतर ते परिणाम आलेखावर दर्शवले जातात. हे दृश्य स्वरूपात मांडण्याचा सर्वात सोपा मार्ग म्हणजे प्रतिबल-विकृती वक्र होय.
ताण आणि विकृती म्हणजे काय? जेव्हा एखाद्या पदार्थावर बल लावले जाते, तेव्हा प्रति एकक क्षेत्रफळावर लावलेल्या बलाला ताण म्हणतात, तर जेव्हा पदार्थ लावलेल्या बलामुळे विकृत होतो, तेव्हा त्याला “वाढलेली लांबी ÷ सुरुवातीची लांबी” हे गुणोत्तर म्हणतात. ताण-विकृती वक्रामध्ये, x-अक्ष विकृती दर्शवतो आणि y-अक्ष ताण दर्शवतो. हा आलेख काढून, प्रति एकक क्षेत्रफळावर लावलेल्या बलाच्या आधारावर पदार्थ कसा विकृत होतो, हे आपण ठरवू शकतो. एकाच पदार्थासाठी सुद्धा, तो वेगवेगळ्या आकारांमध्ये आणि विविध उद्देशांसाठी वापरला जात असल्यामुळे, प्रयोगांमध्ये वापरलेल्या पदार्थाच्या नमुन्याच्या आकारानुसार वेगवेगळे आलेख काढण्याची गरज ताण-विकृती वक्र पूर्ण करतो, कारण तो प्रति एकक क्षेत्रफळावरील बलाच्या आधारावर विकृतीची पातळी दर्शवतो.
ताण-विकृती वक्रांचे दोन प्रकार आहेत. ते म्हणजे अभियांत्रिकी ताण-विकृती आणि वास्तविक ताण-विकृती. एखाद्या पदार्थावर बल लावून त्यात विरूपण घडवून आणताना गोळा केलेल्या माहितीचे विश्लेषण करण्यासाठी, ताण आणि विकृतीची गणना करण्याकरिता या वक्रांचा उपयोग केला जातो. तथापि, पदार्थाचे विरूपण होत असताना, ज्या क्षेत्रफळावर बल लावले जाते (ताणाचा आधार) आणि मूळ लांबी (विकृतीचा आधार) सतत बदलत राहतात. वास्तविक ताण-विकृतीमध्ये, सतत बदलणारे छेद-क्षेत्रफळ आणि मूळ लांबी अचूकपणे मोजत असताना, या मूल्यांची सतत गणना केली जाते. तथापि, ही बदलणारी मूल्ये सतत निश्चित करत प्रयोग करणे अत्यंत कठीण असते. म्हणून, बऱ्याच प्रकरणांमध्ये, या बदलांकडे दुर्लक्ष केले जाते आणि सुरुवातीच्या छेद-क्षेत्रफळ व मूळ लांबीच्या आधारावर ताण आणि विकृतीची गणना केली जाते; याला अभियांत्रिकी ताण-विकृती असे म्हटले जाते.
खालील आलेख पारंपरिक प्रतिबल-विकृती वक्राचे एक प्रातिनिधिक स्वरूप दर्शवतो. सुरुवातीचा निळा सरळ भाग स्थितिस्थापक विरूपणाचा प्रदेश दर्शवतो. स्थितिस्थापक विरूपण म्हणजे असे विरूपण, ज्यात लावलेले बल काढून टाकल्यावर पदार्थ आपल्या मूळ स्थितीत परत येतो. या प्रदेशात, बल लावले जात असताना विरूपण होते, परंतु पदार्थातील अणू किंवा रेणूंमधील बंध शाबूत राहत असल्यामुळे, लावलेले बल काढून टाकल्यावर पदार्थ आपल्या मूळ स्थितीत परत येतो. निळ्या सरळ रेषेनंतर येणारा वक्र भाग तो प्रदेश दर्शवतो जिथे स्थितिस्थापक विरूपण होते. स्थितिस्थापक विरूपण म्हणजे असे विरूपण, ज्यात बल लावले जात असताना आणि लक्षणीय विरूपण होत असताना, अणूंमधील विद्यमान बंध तुटतात आणि नवीन बंध तयार होतात, ज्यामुळे बल काढून टाकले तरीही पदार्थ आपल्या मूळ स्थितीत परत येत नाही. जर या बिंदूपर्यंत बल लावले गेले, तर स्थितिस्थापक आणि स्थितिस्थापक दोन्ही विरूपण होतात, आणि जर त्यानंतर बल काढून टाकले, तर पदार्थ केवळ स्थितिस्थापक विरूपणाच्या मर्यादेपर्यंतच आपल्या मूळ स्थितीत परत येईल.
आलेख वक्रामध्ये वाढतो आणि एका विशिष्ट बिंदूनंतर कमी होऊ लागतो; ज्या बिंदूवर ताण सर्वाधिक असतो, त्या बिंदूला अंतिम तन्यता ताण (अल्टिमेट टेन्साइल स्ट्रेस) म्हणतात. हा सर्वाधिक ताणाचा बिंदू असतो, आणि एकदा हा बिंदू ओलांडला की, पदार्थामध्ये अपरिवर्तनीय विरूपणाची प्रक्रिया सुरू होते आणि अखेरीस 'X' ने चिन्हांकित केलेल्या बिंदूवर पोहोचल्यावर तो तुटतो. (टॅफीचा तुकडा ताणण्याची कल्पना करा: तुटण्यापूर्वी त्याचा मधला भाग पातळ होऊ लागतो.) दुसऱ्या शब्दांत, अंतिम तन्यता ताण हा पदार्थ सहन करू शकणारा कमाल ताण दर्शवतो. शिवाय, 'X' ने चिन्हांकित केलेल्या बिंदूपासून x-अक्षावर एक लंब रेषा काढून आणि वक्राखालील क्षेत्राचे समाकलन करून, पदार्थ तुटण्यापूर्वी किती बल सहन करू शकतो हे आपण ठरवू शकतो. याला कणखरपणा (टफनेस) म्हणतात. याव्यतिरिक्त, मानक ताण-विकृती वक्राचे परीक्षण करून, आपण एकसमान विकृती आणि असमान विकृतीचे प्रदेश (असा प्रदेश जिथे संपूर्ण पदार्थात विकृती होते आणि असा प्रदेश जिथे खाचा किंवा इतर दोषांमुळे जास्त ताणाखाली असलेल्या विशिष्ट भागांमध्ये विकृती होते) ओळखू शकता, आणि ऑफसेट यिल्डिंग स्ट्रेस सारखी माहिती मिळवू शकता, जी लवचिक आणि प्लास्टिक विकृतीमधील सीमा दर्शवते.
जर तुम्हाला ताण-विकृती वक्र (stress-strain curve) समजला, तर तुम्ही पदार्थाचे मूलभूत गुणधर्म एका दृष्टिक्षेपात समजू शकता आणि त्यानुसार, उत्पादनासाठी योग्य पदार्थ निवडण्यासाठी व त्याचे उत्पादन करण्यासाठी लागणारे प्रयत्न आणि चुका कमी करू शकता. उदाहरणार्थ, तांबे कमी बलाखालीही सहजपणे विकृत होते, परंतु सहजासहजी तुटत नाही; म्हणून, त्याचा उपयोग तारांसारख्या भागांमध्ये केला जातो, ज्यांना लक्षणीय विकृतीची आवश्यकता असते परंतु त्यांच्या मजबुतीवर परिणाम होत नाही. याउलट, लोखंडाचा विकृती दर तांब्यापेक्षा कमी असतो आणि ते सहजासहजी तुटत नाही, म्हणून त्याचा उपयोग मजबूत आधाराची आवश्यकता असलेल्या संरचनांसाठी सांगाडा म्हणून केला जातो. आवश्यक गुणधर्मांवर आधारित पदार्थ कसा तयार करायचा यावर संशोधन करताना, अशा माहितीचा उपयोग करणे अत्यंत उपयुक्त ठरते, कारण त्यामुळे तुम्ही तयार केलेल्या पदार्थाचे कोणते पैलू कमी पडत आहेत आणि त्यात सुधारणा करण्याची गरज आहे, हे पटकन आणि सहजपणे ओळखता येते.
