तनाव पुष्टि

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निर्माण में प्रयुक्त इस्पात का प्रतिबल-विकृति ग्राफ
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)

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।

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 करें]

तनाव 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 करें]

कुछ 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[कृपया उद्धरण जोड़ें] || 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]

  1. USStubular.com
  2. Don Stackhouse @ DJ Aerotech
  3. Beryllium I-220H Grade 2
  4. Aluminum 2014-T6
  5. Basalt Continuous Fibers, archived from the original on 2009-12-29, retrieved 2009-12-29. 
  6. Tensile and creep properties of ultra high molecular weight PE fibres
  7. Mechanical Properties Data
  8. IOP.org Z. Wang, P. Ciselli and T. Peijs, Nanotechnology 18, 455709, 2007.
  9. 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. doi:10.1126/science.287.5453.637. PMID 10649994. 
  10. "Tensile strength of single-walled carbon nanotubes directly measured from their macroscopic ropes" by F. Li, H. M. Cheng, S. Bai, G. Su, and M. S. Dresselhaus. DOI:10.1063/1.1324984
  11. K.Hata. "From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors" (free download PDF). http://www.nanocarbon.jp/english/research/image/review.pdf. 
  12. Elices, et al.. "Finding Inspiration in Argiope Trifasciata Spider Silk Fibers". JOM. http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/0502/Elices-0502.html. अभिगमन तिथि: 2009-01-23. 
  13. Blackledge, et al.. "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. http://jeb.biologists.org/cgi/content/full/208/10/1937. अभिगमन तिथि: 2009-01-23. 

इन्हें भी देखें[संपादित करें]

बाहरी कड़ियाँ[संपादित करें]