तनाव पुष्टि
किसी पदार्थ की तनन सामर्थ्य या तनाव पुष्टि (Tensile strength) (σUTS या SU) उस पदार्थ के प्रतिबल-विकृति वक्र (stress-strain curve) के महत्तम बिन्दु होता है तथा यह संकेत देता है कि किस प्रतिबल के बाद गर्दन बनना (necking) आरम्भ होगा। इसका मान परीक्षण के लिये ली गयी पदार्थ के नमूने के आकार (साइज) पर निर्भर नहीं करता।
1. अधिकतम् सामर्थ्य (Ultimate Strength)
2. पराभव सामर्थ्य (Yield strength)
3. विभंजन (Rupture)
4. विकृति कठोरता क्षेत्र (Strain hardening region)
5. ग्रीवण क्षेत्र (Necking region)
A: आभासी (इंजीनियरी) सामर्थ्य (Apparent (engineering) stress) (F/A0)
B: वास्तविक (सत्य) प्रतिबल (F/A)
संरचनाओं (structures) तथा यांत्रिक युक्तियों में प्रयुक्त इंजीनियरी पदार्थों के लिये प्रत्यास्थता गुणांक तथा क्षरण प्रतिरोध (corrosion resistance) के साथ-साथ तनाव-पुष्टि अत्यन्त महत्व की राशि है। मिश्रधातुओं, कम्पोजिट पदार्थों, सिरैमिक्स, प्लास्टिकों, काष्ठ, कांक्रीट आदि के लिये इसके मान दिये जाते हैं।
व्याख्या
संपादित करेंतनाव पुष्टि की तीन परिभाषाएँ हैं-
(१) पराभव सामर्थ्य (Yield strength) जिस प्रतिबल पर पदार्थ की विकृति प्रत्यास्थ से अप्रत्यास्थ मे बदलने लगती है जिससे पदार्थ में स्थायी विकृति उत्पन्न हो जाती है।
(२) अधिकतम सामर्थ्य (Ultimate strength) यह वह प्रतिबल है जो प्रतिबल-विकृति ग्राफ में अधिकतम् प्रतिबल की सूचक होती है।
(३) विभंजक सामर्थ्य (Breaking strength) यह वह प्रतिबल-विकृति वक्र के उस बिन्दु पर प्रतिबल का मान है जिस पर वस्तु टूट (rupture) जाती है।
कुछ पदार्थों के तनाव-पुष्टि
संपादित करेंकुछ पदार्थों के सामान्य तनाव पुष्टि के मान नीचे की सारणी में दिया गया है-
| पदार्थ | Yield strength (MPa) |
Ultimate strength (MPa) |
घनत्व (g/cm³) |
|---|---|---|---|
| कार्बन नैनोट्यूब की प्रथम रस्सियाँ | ? | 3,600 | 1.3 |
| स्ट्रक्चरल स्टील ASTM A36 steel | 250 | 400 | 7.8 |
| Steel, API 5L X65[1] | 448 | 531 | 7.8 |
| Steel, high strength alloy ASTM A514 | 690 | 760 | 7.8 |
| Steel, prestressing strands | 1,650 | 1,860[उद्धरण चाहिए] || 7.8 | |
| Steel Wire | 7.8 | ||
| Steel (AISI 1060 0.6% carbon) Piano wire | 2,200-2,482[2] | 7.8 | |
| High density polyethylene (HDPE) | 26-33 | 37 | 0.95 |
| Polypropylene | 12-43 | 19.7-80 | 0.91 |
| Stainless steel AISI 302 - Cold-rolled | 520 | 860 | 8.19 |
| Cast iron 4.5% C, ASTM A-48 | 130 | 200 | |
| Titanium alloy (6% Al, 4% V) | 830 | 900 | 4.51 |
| Beryllium[3] 99.9% Be | 345 | 448 | 1.84 |
| Aluminium alloy[4] 2014-T6 | 414 | 483 | 2.8 |
| Copper 99.9% Cu | 70 | 220 | 8.92 |
| Cupronickel 10% Ni, 1.6% Fe, 1% Mn, balance Cu | 130 | 350 | 8.94 |
| Brass | 200+ | 550 | 5.3 |
| Tungsten | 1,510 | 19.25 | |
| Glass | 50 (in compression) | 2.53 | |
| E-Glass | N/A | 3,450 | 2.57 |
| S-Glass | N/A | 4,710 | 2.48 |
| Basalt fiber[5] | N/A | 4,840 | 2.7 |
| Marble | N/A | 15 | |
| Concrete | N/A | 3 | |
| Carbon Fiber | N/A | 5,650 | 1.75 |
| Human hair | 380 | ||
| Spider silk (See note below) | 1,000 | ||
| Silkworm silk | 500 | ||
| Aramid (Kevlar or Twaron) | 3,620 | 1.44 | |
| UHMWPE | 23 | 46 | 0.97 |
| UHMWPE fibers[6][7] (Dyneema or Spectra) | 2,300-3,500 | 0.97 | |
| Vectran | 2,850-3,340 | ||
| Polybenzoxazole (Zylon) | 5,800 | ||
| Pine wood (parallel to grain) | 40 | ||
| Bone (limb) | 104-121 | 130 | 1.6 |
| Nylon, type 6/6 | 45 | 75 | 1.15 |
| Rubber | - | 15 | |
| Boron | N/A | 3,100 | 2.46 |
| Silicon, monocrystalline (m-Si) | N/A | 7,000 | 2.33 |
| Silicon carbide (SiC) | N/A | 3,440 | |
| Sapphire (Al2O3) | N/A | 1,900 | 3.9-4.1 |
| Carbon nanotube (see note below) | N/A | 11,000-63,000 | 0.037-1.34 |
| Carbon nanotube composites | N/A | 1,200[8] | N/A |
- Note: Multiwalled carbon nanotubes have the highest tensile strength of any material yet measured, with labs producing them at a tensile strength of 63 GPa[9], still well below their theoretical limit of 300 GPa. The first nanotube ropes (20 mm long) whose tensile strength was published (in 2000) had a strength of 3.6 GPa, still well below their theoretical limit.[10] The density is different depending on the manufacturing method, and the lowest value is 0.037 or 0.55(solid)[11].
- Note: many of the values depend on manufacturing process and purity/composition.
- Note: human hair strength varies by ethnicity and chemical treatments.
- Note on spider silk strength: The strength of spider silk is highly variable. It depends on many factors including type of silk (every spider can produce several different types for different purposes), the particular species, the age of the silk, the temperature, the humidity, the rate at which stress is applied during testing, the length of time the stress is applied and the way the silk is collected (forced silking or natural spinning)[12]. The value shown in the table, 1000 MPa, is roughly representative of the results from a few studies involving several different species of spider however specific results varied greatly.[13]
| Elements in the annealed state | Young's Modulus (GPa) |
Proof or yield stress (MPa) |
Ultimate strength (MPa) |
|---|---|---|---|
| Aluminium | 70 | 15-20 | 40-50 |
| Copper | 130 | 33 | 210 |
| Gold | 79 | 100 | |
| Iron | 211 | 80-100 | 350 |
| Lead | 16 | 12 | |
| Nickel | 170 | 14-35 | 140-195 |
| Silicon | 107 | 5,000-9,000 | |
| Silver | 83 | 170 | |
| Tantalum | 186 | 180 | 200 |
| Tin | 47 | 9-14 | 15-200 |
| Titanium | 120 | 100-225 | 240-370 |
| Tungsten | 411 | 550 | 550-620 |
| Zinc (wrought) | 105 | 110-200 |
(स्रोत: A.M. Howatson, P.G. Lund and J.D. Todd, "Engineering Tables and Data" p41)
सन्दर्भ
संपादित करें- ↑ "USStubular.com". मूल से 8 अप्रैल 2010 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 22 जनवरी 2010.
- ↑ "Don Stackhouse @ DJ Aerotech". मूल से 23 सितंबर 2015 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 22 जनवरी 2010.
- ↑ "Beryllium I-220H Grade 2". मूल से 21 फ़रवरी 2015 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 22 जनवरी 2010.
- ↑ "Aluminum 2014-T6". मूल से 21 फ़रवरी 2015 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 22 जनवरी 2010.
- ↑ Basalt Continuous Fibers, मूल से 29 दिसंबर 2009 को पुरालेखित, अभिगमन तिथि 2009-12-29.
- ↑ "Tensile and creep properties of ultra high molecular weight PE fibres" (PDF). मूल (PDF) से 28 जून 2007 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 22 जनवरी 2010.
- ↑ "Mechanical Properties Data". मूल से 3 मई 2007 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 22 जनवरी 2010.
- ↑ IOP.org Z. Wang, P. Ciselli and T. Peijs, Nanotechnology 18, 455709, 2007.
- ↑ Yu, Min-Feng; Lourie, O; Dyer, MJ; Moloni, K; Kelly, TF; Ruoff, RS (2000). "Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load". Science. 287 (5453): 637–640. PMID 10649994. डीओआइ:10.1126/science.287.5453.637.
- ↑ "Tensile strength of single-walled carbon nanotubes directly measured from their macroscopic ropes" Archived (दिनांक अनुपस्थित) at the Portuguese Web Archive by F. Li, H. M. Cheng, S. Bai, G. Su, and M. S. Dresselhaus. DOI:10.1063/1.1324984
- ↑ K.Hata. "From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors" (PDF). मूल (free download PDF) से 15 दिसंबर 2018 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 22 जनवरी 2010.
- ↑ Elices; एवं अन्य. "Finding Inspiration in Argiope Trifasciata Spider Silk Fibers". JOM. मूल से 15 जनवरी 2009 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 2009-01-23. Explicit use of et al. in:
|last=(मदद) - ↑ Blackledge; एवं अन्य. "Quasistatic and continuous dynamic characterization of the mechanical properties of silk from the cobweb of the black widow spider Latrodectus hesperus". The Company of Biologists. मूल से 1 फ़रवरी 2009 को पुरालेखित. अभिगमन तिथि 2009-01-23. Explicit use of et al. in:
|last=(मदद)
इन्हें भी देखें
संपादित करेंबाहरी कड़ियाँ
संपादित करें- Stress-strain diagram
- January 2003 sci.physics thread on water tensile strength and trees
- Theory re the discrepancy in static vs dynamic measurements of water's tensile strength
- Engineering Stress-strain Curve
- Systems for measuring tensile strength
- Testing equipment to determine properties of materials including Tensile strength