उपज ताकत के बारे में सब जानें

एक धातु चम्मच के बारे में सोचो। यदि आप हैंडल पर हल्के से दबाते हैं, तो यह थोड़ा फ्लेक्स करता है लेकिन जैसे ही आप जाने देते हैं, वापस स्प्रिंग्स। हालांकि, कठिन धक्का, और चम्मच एक स्थायी मोड़ पर ले जाता है। उस बिंदु पर, आप चम्मच की उपज की ताकत से आगे निकल गए हैं। इस लेख में, हम यह पता लगाएंगे कि उपज की ताकत का क्या अर्थ है, यह संबंधित विचारों जैसे कि तन्य शक्ति और लोचदार सीमा की तुलना करता है, और यह वास्तविक दुनिया में क्यों मायने रखता है। हम उन कारकों को भी देखेंगे जो उपज शक्ति और सामान्य सामग्रियों के लिए विशिष्ट मूल्यों को प्रभावित करते हैं।

उपज की ताकत क्या है？

उपज शक्ति तनाव स्तर है जिस पर एक सामग्री स्थायी रूप से विकृत होने लगती है। सरल शब्दों में, यह वह बिंदु है जहां एक सामग्री वापस उछलती है (लोचदार व्यवहार) और एक तरह से झुकना या खिंचाव शुरू कर देता है जो पूरी तरह से उल्टा नहीं होता है। उपज की ताकत के नीचे, जब आप बल को हटाते हैं, तो सामग्री अपने मूल आकार में लौटती है (जैसे कि एक वसंत जो अपनी लंबाई में वापस जाता है)।

इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए, दो प्रमुख शब्दों को तोड़ते हैं: तनाव और तनाव। तनाव वह बल है जो उसके क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र से विभाजित सामग्री पर लागू होता है, या बस सामग्री के अंदर बल की तीव्रता। आप इसे दबाव के रूप में सोच सकते हैं, लेकिन तनाव बाहरी धक्का के बजाय आंतरिक प्रतिक्रिया का वर्णन करता है। तनाव यह है कि प्रतिक्रिया में सामग्री कितनी बदलती है, मूल लंबाई से विभाजित लंबाई में परिवर्तन के रूप में गणना की जाती है। जब हम तनाव के खिलाफ तनाव की साजिश करते हैं, तो हमें एक मिलता हैतनाव -वक्रयह दिखाता है कि लोड बढ़ने के साथ सामग्री कैसे व्यवहार करती है।

एक तनाव -तनाव वक्र के शुरुआती भाग में, सामग्री इलास्टिक रूप से व्यवहार करती है: तनाव और तनाव आनुपातिक हैं (हुक के कानून के तहत एक सीधी रेखा), और लोड को हटाने के बाद सामग्री अपने मूल आकार में लौटती है। इस क्षेत्र का अंत लोचदार सीमा है - इसे बेडंड, कुछ विरूपण स्थायी बने हुए हैं। उपज की ताकत इस संक्रमण को लोचदार से प्लास्टिक व्यवहार तक चिह्नित करती है और प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय विरूपण के बीच की सीमा को परिभाषित करती है।

हल्के स्टील की तरह कई नमनीय धातुओं के लिए, यह संक्रमण तेज के बजाय क्रमिक है। उपज शक्ति को लगातार परिभाषित करने के लिए, इंजीनियर अक्सर 0.2% ऑफसेट विधि का उपयोग करते हैं: वे वक्र के लोचदार हिस्से के समानांतर एक रेखा खींचते हैं लेकिन 0.2% तनाव द्वारा स्थानांतरित हो जाते हैं। वह बिंदु जहां यह रेखा वक्र को प्रतिष्ठित करती है, उसे उपज की ताकत के रूप में लिया जाता है। यह उपज की ताकत को मापने के लिए एक व्यावहारिक, मानकीकृत तरीका प्रदान करता है, जब कोई स्पष्ट उपज बिंदु मौजूद नहीं है।

उपज शक्ति बनाम तन्य शक्ति

जैसा कि हमने परिभाषित किया है, उपज शक्ति वह तनाव है जिस पर एक सामग्री स्थायी रूप से विकृत होने लगती है। तन्यता ताकत, जिसे अक्सर अंतिम तन्यता ताकत (यूटीएस) कहा जाता है, अधिकतम तनाव है जिसे टूटने से पहले एक सामग्री का सामना करना पड़ सकता है। एक बार उस बिंदु तक पहुंचने के बाद, सामग्री अब अतिरिक्त लोड नहीं ले जा सकती है, और फ्रैक्चर जल्द ही इस प्रकार है।

दोनों का वर्णन है कि एक सामग्री तनाव के लिए कैसे प्रतिक्रिया करती है, लेकिन वे अलग -अलग सीमाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं: उपज शक्ति स्थायी विरूपण की शुरुआत को चिह्नित करती है, जबकि तन्य शक्ति ब्रेकिंग पॉइंट को चिह्नित करती है। उदाहरण के लिए, स्टील की छड़ पर खींचते समय, यह पहले इलास्टिक रूप से फैला होता है। उपज की ताकत को पार करें, और यह स्थायी बढ़ाव पर ले जाता है। तब तक चलते रहें जब तक कि यह तन्यता ताकत तक न पहुंच जाए, और रॉड अंततः स्नैप करेगी।

व्यावहारिक डिजाइन में, इंजीनियर उपज शक्ति पर अधिक ध्यान केंद्रित करते हैं क्योंकि घटकों को स्थायी क्षति के बिना कार्यात्मक रहना चाहिए। तन्यता ताकत अभी भी महत्वपूर्ण है, लेकिन यह आमतौर पर एक विफलता की स्थिति का संकेत देता है जो सेवा में कभी नहीं होना चाहिए।

तन्य शक्ति के अलावा, उपज की ताकत भी अक्सर दो अन्य अवधारणाओं के साथ भ्रमित होती है:

लोचदार सीमा:लोचदार सीमा अधिकतम तनाव है जो एक सामग्री ले सकती है, जबकि लोड को हटाए जाने के बाद भी अपने मूल आकार में पूरी तरह से लौट रही है। इस सीमा के नीचे, सभी विरूपण लोचदार और प्रतिवर्ती है। कई मामलों में, लोचदार सीमा उपज की ताकत के बहुत करीब है, इसलिए दोनों को अक्सर एक ही माना जाता है। जबकि लोचदार सीमा सटीक भौतिक सीमा को चिह्नित करती है, उपज शक्ति एक मानकीकृत इंजीनियरिंग मूल्य प्रदान करती है जिसे लगातार मापा जा सकता है और सुरक्षित डिजाइन के लिए उपयोग किया जा सकता है।

आनुपातिक सीमा:यह शब्द तनाव -तनाव वक्र के रैखिक भाग से आता है। आनुपातिक सीमा वह बिंदु है, जिसमें हुक के कानून के बाद, तनाव और तनाव प्रत्यक्ष अनुपात में वृद्धि होती है। यह आमतौर पर लोचदार सीमा और उपज शक्ति दोनों से पहले होता है। इस बिंदु से परे, वक्र झुकना शुरू हो जाता है - संबंध अब पूरी तरह से रैखिक नहीं है, हालांकि सामग्री अभी भी लोचदार हो सकती है।

उपज ताकत को प्रभावित करने वाले कारक

उपज की ताकत तय नहीं रहती है - यह कई सामग्री और पर्यावरणीय कारकों के आधार पर बदल सकती है। यहाँ कुछ सबसे आम हैं:

सामग्री रचना

एक धातु के मेकअप का उपज ताकत पर एक बड़ा प्रभाव पड़ता है। धातुओं में, मिश्र धातु तत्वों को जोड़ना उन्हें मजबूत बना सकता है। उदाहरण के लिए, स्टील लाभ की ताकत जब कार्बन, मैंगनीज या क्रोमियम जैसे तत्वों को जोड़ा जाता है - हालांकि उच्च कार्बन भी इसे अधिक भंगुर बनाता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को तांबे, मैग्नीशियम या जस्ता जैसे तत्वों से अपनी ताकत प्राप्त करते हैं। ये परिवर्धन धातु के अंदर छोटी बाधाएं पैदा करते हैं जो अव्यवस्था की गति (प्लास्टिक विरूपण के परमाणु-स्तरीय वाहक) को अवरुद्ध करते हैं, जो उपज ताकत को बढ़ाता है। सीधे शब्दों में कहें, तो एक धातु का "नुस्खा" इसे कठिन या मोड़ने में आसान बना सकता है। यही कारण है कि एक सोडा में एल्यूमीनियम नरम और लचीला हो सकता है, जबकि एक विमान विंग में एल्यूमीनियम, अन्य धातुओं के साथ मिश्रित, बहुत अधिक उपज ताकत है।

अनाज का आकार

सामान्य तौर पर, छोटे अनाज का मतलब उच्च शक्ति है, हॉल -पेच संबंध द्वारा वर्णित एक प्रवृत्ति। कारण यह है कि अनाज की सीमाएं अव्यवस्था गति के लिए बाधाओं के रूप में कार्य करती हैं, इसलिए महीन अनाज अधिक बाधाएं पैदा करते हैं और धातु को एक बिंदु तक मजबूत बनाते हैं। मेटालर्जिस्ट नियंत्रित जमने या थर्मोमैकेनिकल उपचारों के माध्यम से अनाज के आकार को परिष्कृत करते हैं। उदाहरण के लिए, कई उच्च शक्ति वाले स्टील्स और सुपरलॉयज को उपज की ताकत को अधिकतम करने के लिए बहुत महीन अनाज के साथ इंजीनियर किया जाता है, जबकि बहुत बड़े अनाज वाले धातुओं को अधिक आसानी से प्राप्त होता है।

उष्मा उपचार

जिस तरह से एक धातु को गर्म किया जाता है और ठंडा किया जाता है, वह इसकी संरचना को बदल सकता है और इसलिए इसकी उपज ताकत।एनीलिंग(धीमी गति से हीटिंग और कूलिंग) धातु को नरम करता है, अपनी उपज की ताकत को कम करता है, और आंतरिक तनावों से राहत देकर इसे अधिक नमनीय बनाता है।शमन(पानी या तेल में तेजी से ठंडा) संरचना को एक कठोर, तनावग्रस्त अवस्था में लॉक कर देता है, जिससे उपज की ताकत बढ़ जाती है, लेकिन धातु को भंगुर बना देता है। संतुलन को बहाल करने के लिए, अक्सर शमन का पालन किया जाता हैटेम्परिंग,एक मध्यम बारिश करने वाला कदम जो क्रूरता में सुधार करता है।

सही गर्मी उपचार का चयन करके, निर्माता आवेदन के आधार पर धातुओं को कठिन या नरम बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, स्प्रिंग स्टील को उच्च उपज शक्ति प्राप्त करने के लिए इलाज किया जाता है ताकि यह बिना विकृत किए बिना फ्लेक्स कर सके, जबकि स्टील वायर को पहले आसान आकार देने के लिए एनाल किया जाता है और फिर बाद में मजबूत किया जाता है।

विनिर्माण प्रक्रिया

कैसे एक सामग्री को यांत्रिक रूप से संसाधित किया जाता है, इसकी उपज की ताकत को भी बदल सकता है। कोल्ड वर्किंग (कमरे के तापमान पर एक धातु को विकृत करना, जैसे कि कोल्ड रोलिंग या कोल्ड ड्रॉइंग) एक तंत्र के माध्यम से उपज की ताकत को बढ़ाता है जिसे वर्क हार्डनिंग कहा जाता है। जब आप एक धातु को अलग कर देते हैं, तो आप इसकी क्रिस्टल संरचना में अव्यवस्थाओं और उलझनों का परिचय देते हैं, जो आगे विरूपण को कठिन बना देता है - वास्तव में, धातु मजबूत हो जाती है क्योंकि यह विकृत हो जाता है। यही कारण है कि कोल्ड-रोल्ड स्टील में आमतौर पर हॉट-रोल्ड (काम-कठोर नहीं) स्थिति में एक ही स्टील की तुलना में अधिक उपज की ताकत होती है।

तापमान और पर्यावरण

अंगूठे के एक नियम के रूप में, अधिकांश धातुएं उच्च तापमान पर उपज की ताकत खो देती हैं। गर्मी धातु को नरम करती है, इसलिए इसे कम बल के साथ विकृत किया जा सकता है। बहुत कम तापमान पर, कुछ सामग्री अधिक भंगुर हो जाती है। प्लास्टिक रूप से विकृत करने की उनकी क्षमता कम हो जाती है, इसलिए यद्यपि उपज तनाव तकनीकी अर्थों में बढ़ सकता है, वे उपज की तुलना में फ्रैक्चर की अधिक संभावना रखते हैं।

संक्षारण या विकिरण जैसे पर्यावरणीय कारक भी सामग्री को नीचा कर सकते हैं। संक्षारण गड्ढों को बनाता है या क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र को कम करता है, प्रभावी रूप से लोड को कम करने से एक संरचना उपज से पहले संभाल सकती है। उदाहरण के लिए, एक जंग खाए स्टील बीम एक अनियंत्रित की तुलना में कम लोड के नीचे उपज हो सकता है क्योंकि इसकी प्रभावी मोटाई कम हो जाती है और जंग से सूक्ष्म दरारें तनाव को केंद्रित कर सकती हैं।

विभिन्न सामग्रियों की उपज ताकत

तनाव -स्ट्रेन घटता यह तुलना करने के लिए एक सरल तरीका प्रदान करता है कि विभिन्न सामग्री लोडिंग के लिए कैसे प्रतिक्रिया करती है। ऊपर दिए गए आंकड़े में, हम चार विशिष्ट व्यवहार देख सकते हैं। तनाव बढ़ने के साथ प्रत्येक अलग -अलग प्रतिक्रिया करता है, और उनकी उपज की ताकत उन मतभेदों को दर्शाती है।

• भंगुर सामग्री:कांच या सिरेमिक जैसे भंगुर सामग्री में लगभग कोई प्लास्टिक विरूपण नहीं है। वे लगभग सीधी रेखा का पालन करते हैं जब तक कि वे अचानक फ्रैक्चर नहीं करते। उनकी उपज की ताकत उनकी अंतिम ताकत के बहुत करीब है, क्योंकि वे वास्तव में "उपज" नहीं करते हैं - वे टूट जाते हैं।

• मजबूत लेकिन नमनीय सामग्री नहीं:कुछ सामग्री, जैसे कि उच्च शक्ति वाले स्टील्स, उच्च तनावों का सामना कर सकते हैं, लेकिन सीमित लचीलापन दिखाते हैं। उनके पास एक उच्च उपज ताकत है, जिसका अर्थ है कि वे स्थायी विरूपण का अच्छी तरह से विरोध करते हैं, लेकिन वे तोड़ने से पहले ज्यादा नहीं खिंचाते हैं।

• नमनीय सामग्री:हल्के स्टील और एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं जैसे धातुएं नमनीय हैं। वे एक निश्चित तनाव स्तर पर उपज देते हैं, फिर तोड़ने से पहले महत्वपूर्ण प्लास्टिक विरूपण से गुजरते हैं। उनकी उपज की ताकत उनकी अंतिम तन्यता ताकत से कम है, जिससे इंजीनियरों को एक सुरक्षित "बफर ज़ोन" मिल जाता है।

• प्लास्टिक सामग्री (नरम पॉलिमर):नरम प्लास्टिक और पॉलिमर में अपेक्षाकृत कम उपज ताकत होती है। वे छोटे तनावों के तहत आसानी से विकृत हो जाते हैं और एक स्पष्ट उपज बिंदु नहीं दिखा सकते हैं। इसके बजाय, वे फ्रैक्चर के लिए एक तेज संक्रमण दिखाए बिना लगातार बढ़ते हैं।

जब हम वास्तविक उपज शक्ति मूल्यों को देखते हैं तो ये सामान्य व्यवहार स्पष्ट हो जाते हैं। नीचे दी गई तालिका सामान्य इंजीनियरिंग सामग्री और तुलना के लिए उनकी विशिष्ट उपज ताकत को सूचीबद्ध करती है।

वास्तविक दुनिया में उपज ताकत क्यों मायने रखता है

जब भी हमें लोड के तहत उनके आकार को पकड़ने के लिए सामग्री की आवश्यकता होती है, तो उपज की ताकत महत्वपूर्ण होती है। यहां कुछ क्षेत्र हैं जहां यह एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है:

निर्माण और बुनियादी ढांचा

इमारतों और पुलों में, स्टील बीम और अन्य धातु भागों को उनकी उच्च उपज ताकत के लिए चुना जाता है, इसलिए वे वाहनों, हवा, या यहां तक ​​कि भूकंप से झुकने या शिथिलता के बिना भारी भार ले जा सकते हैं। यदि सामान्य उपयोग के दौरान एक बीम की उपज होती है, तो संरचना की सुरक्षा जोखिम में होगी, यही वजह है कि इंजीनियर हमेशा एक मार्जिन के साथ डिज़ाइन करते हैं जो उपज बिंदु के नीचे अच्छी तरह से तनाव रखता है।

मोटर वाहन सुरक्षा

आधुनिक कारें क्रम्पल ज़ोन का उपयोग करती हैं जो एक दुर्घटना के दौरान नियंत्रित तरीके से उपज के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। जब प्रभाव बल सामने या पीछे के पैनलों की उपज ताकत से अधिक होते हैं, तो वे क्षेत्र यात्रियों को पूरी ताकत से गुजरने के बजाय स्थायी विरूपण के माध्यम से ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और अवशोषित करते हैं। इसी समय, केबिन को उच्च शक्ति वाली सामग्रियों के साथ प्रबलित किया जाता है जो उपज का विरोध करते हैं, रहने वालों को संरक्षित रखते हैं।

वायु -परिवहन और परिवहन

एक विमान के लैंडिंग गियर को स्थायी रूप से झुकने के बिना टचडाउन के सदमे का सामना करना होगा। फ्यूज़ेल्स और विंग्स भी बार -बार दबाव वाले चक्रों और वायुगतिकीय बलों का सामना करते हैं जो नुकसान का कारण बनते हैं यदि उनकी सामग्री में पर्याप्त उपज ताकत का अभाव होता है। कम वजन के साथ शक्ति को संतुलित करने के लिए, इंजीनियर अक्सर एल्यूमीनियम और टाइटेनियम जैसे उन्नत मिश्र धातुओं की ओर रुख करते हैं। एक ही सिद्धांत रेल और जहाज के पतवार को प्रशिक्षित करने के लिए लागू होता है, जो भारी उपयोग के तहत कठोर रहना चाहिए और स्थायी मोड़ या डेंट का विरोध करना चाहिए।

हर दिन उत्पाद

रिंच या स्क्रूड्राइवर जैसे गुणवत्ता वाले उपकरण उच्च-उपज-शक्ति स्टील से बनाए जाते हैं, ताकि वे सामान्य उपयोग के तहत झुकते नहीं हैं, जबकि सस्ते उपकरण अक्सर मोड़ देते हैं या एक स्थायी मोड़ लेते हैं, जब तनाव उनकी उपज की ताकत से अधिक हो जाता है। एक ही विचार को एक साधारण कोट हैंगर में देखा जा सकता है: हल्के लोड के साथ यह वापस स्प्रिंग्स है, लेकिन भारी भार या तेज मोड़ इसे अपने उपज बिंदु से आगे बढ़ाते हैं, आकार में एक स्थायी परिवर्तन छोड़ देते हैं। यील्ड स्ट्रेंथ साइकिल फ्रेम जैसी बड़ी वस्तुओं के डिजाइन को भी निर्देशित करती है, जो राइडर के वजन को ले जाना चाहिए और आकार से बाहर झुकने के बिना धक्कों को अवशोषित करना चाहिए, जबकि अभी भी आसानी से संभालने के लिए पर्याप्त प्रकाश है।

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