यील्ड स्ट्रेंथ क्या है?

यील्ड स्ट्रेंथ एक सामग्री गुण है जो दर्शाता है कि किसी सामग्री में स्थायी विकृति उत्पन्न करने के लिए कितना तनाव आवश्यक है। यह इंजीनियरिंग डिज़ाइन में एक महत्वपूर्ण मापदंड है, क्योंकि यह निर्धारित करता है कि कोई सामग्री प्लास्टिक विकृति से गुज़रे बिना अधिकतम कितना भार सहन कर सकती है।

मुख्य बिंदु

• यील्ड स्ट्रेंथ वह तनाव है जिस पर कोई सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होना शुरू करती है।
• यह किसी सामग्री की स्थायी विकृति के प्रतिरोध की माप है।
• यील्ड स्ट्रेंथ आमतौर पर एक टेंसाइल टेस्ट करके निर्धारित की जाती है।
• किसी सामग्री की यील्ड स्ट्रेंथ उसकी संरचना, सूक्ष्मसंरचना और हीट ट्रीटमेंट से प्रभावित होती है।
• यील्ड स्ट्रेंथ इंजीनियरिंग डिज़ाइन में एक महत्वपूर्ण मापदंड है, क्योंकि यह निर्धारित करता है कि कोई सामग्री प्लास्टिक विकृति से गुज़रे बिना अधिकतम कितना भार सहन कर सकती है।

यील्ड स्ट्रेंथ सूत्र

यील्ड स्ट्रेंथ एक सामग्री गुण है जो यह मापता है कि किसी सामग्री में स्थायी विकृति उत्पन्न करने के लिए कितना तनाव आवश्यक है। यह इंजीनियरिंग डिज़ाइन में एक महत्वपूर्ण मापदंड है, क्योंकि यह निर्धारित करता है कि कोई सामग्री प्लास्टिक विकृति से गुज़रे बिना अधिकतम कितना भार सहन कर सकती है।

सूत्र

किसी सामग्री की यील्ड स्ट्रेंथ निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है:

$$ Yield strength = Ultimate tensile strength / Factor of safety $$

जहाँ:

• प्रवाह सीमा वह प्रतिबल है जिस पर सामग्री प्लास्टिक रूप से विरूपण प्रारंभ करती है।
• परम तन्य प्रतिबल वह अधिकतम प्रतिबल है जिसे सामग्री विफल होने से पहले सहन कर सकती है।
• सुरक्षा गुणांक एक संख्या है जिसे सामग्री गुणों और डिज़ाइन परिस्थितियों में अनिश्चितताओं को ध्यान में रखने के लिए प्रयोग किया जाता है।

उदाहरण

उदाहरण के लिए, यदि किसी सामग्री का परम तन्य प्रतिबल 100 MPa है और सुरक्षा गुणांक 2 है, तो उसकी प्रवाह सीमा 50 MPa होगी। इसका अर्थ है कि सामग्री प्लास्टिक विरूपण से गुज़रे बिना अधिकतम 50 MPa प्रतिबल सहन कर सकती है।

किसी सामग्री की प्रवाह सीमा एक महत्वपूर्ण सामग्री गुण है जिसे विभिन्न अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों में प्रयोग किया जाता है। यह उस प्रतिबल की मात्रा को मापने का माप है जो सामग्री में स्थायी विरूपण उत्पन्न करने के लिए आवश्यक होता है, और इसका उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि सामग्री प्लास्टिक विरूपण से गुज़रे बिना अधिकतम कितना भार सहन कर सकती है।

प्रतिबल-विरूपण वक्र

एक प्रतिबल-विरूपण वक्र किसी सामग्री में प्रतिबल और विरूपण के बीच संबंध का ग्राफीय प्रतिनिधित्व है। इसका उपयोग सामग्री के यांत्रिक गुणों—जैसे प्रवाह सीमा, परम तन्य प्रतिबल और प्रत्यास्थता मापांक—को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

प्रतिबल

प्रतिबल वह बल प्रति इकाई क्षेत्रफल है जो किसी सामग्री पर कार्य करता है। इसकी गणना सामग्री पर लगाए गए बल को सामग्री के अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल से विभाजित करके की जाती है। प्रतिबल की SI इकाई पास्कल (Pa) है, जो एक न्यूटन प्रति वर्ग मीटर (N/m²) के बराबर होता है।

विरूपण

विकृति भार के अंतर्गत किसी पदार्थ का विक्षेप है। इसकी गणना पदार्थ की लंबाई में आए परिवर्तन को उसकी मूल लंबाई से विभाजित करके की जाती है। विकृति की SI इकाई मीटर प्रति मीटर (m/m) है, जिसे विकृति इकाई भी कहा जाता है।

तनाव-विकृति वक्र

तनाव-विकृति वक्र किसी पदार्थ के लिए तनाव बनाम विकृति का आलेख है। इस वक्र को तीन क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है:

• प्रत्यास्थ क्षेत्र: प्रत्यास्थ क्षेत्र में पदार्थ प्रत्यास्थ रूप से विकृत होता है, अर्थात भार हटाने पर यह अपने मूल आकार में लौट आता है। प्रत्यास्थ क्षेत्र में तनाव-विकृति वक्र की ढाल प्रत्यास्थता गुणांक, या यंग गुणांक है।
• प्लास्टिक क्षेत्र: प्लास्टिक क्षेत्र में पदार्थ प्लास्टिक रूप से विकृत होता है, अर्थात भार हटाने पर यह अपने मूल आकार में नहीं लौटता। वह तनाव जिस पर पदार्थ प्लास्टिक विकृति आरंभ करता है, प्रवाह सीमा कहलाता है।
• विफलता क्षेत्र: विफलता क्षेत्र में पदार्थ विफल होता है, अर्थात यह टूट या फट जाता है। वह तनाव जिस पर पदार्थ विफल होता है, परम तानक सामर्थ्य कहलाता है।

तनाव-विकृति वक्रों के अनुप्रयोग

तनाव-विकृति वक्रों का उपयोग पदार्थों की यांत्रिक गुणधर्मों—जैसे प्रवाह सीमा, परम तानक सामर्थ्य और प्रत्यास्थता गुणांक—का निर्धारण करने के लिए किया जाता है। ये गुणधर्म ऐसी संरचनाओं और मशीनों के डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण हैं जो सुरक्षित और कुशल हों।

तनाव-विकृति वक्रों का उपयोग विभिन्न परिस्थितियों, जैसे तापमान, दबाव और भारण दर के तहत सामग्रियों के व्यवहार का अध्ययन करने के लिए भी किया जाता है। इस जानकारी का उपयोग नई सामग्रियों के विकास और मौजूदा सामग्रियों के प्रदर्शन में सुधार के लिए किया जा सकता है।

तनाव-विकृति वक्र सामग्रियों की यांत्रिक गुणों को समझने के लिए एक मूल्यवान उपकरण हैं। इनका उपयोग ऐसी संरचनाओं और मशीनों को डिज़ाइन करने के लिए किया जाता है जो सुरक्षित और कुशल हों, और विभिन्न परिस्थितियों के तहत सामग्रियों के व्यवहार का अध्ययन करने के लिए।

Yield Strength Graph

एक यील्ड स्ट्रेंथ ग्राफ किसी सामग्री की यील्ड स्ट्रेंथ और उसकी प्लास्टिक विकृति के बीच संबंध का एक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व है। यह तनाव-विकृति वक्र का एक प्रकार है जिसका उपयोग सामग्री की यील्ड स्ट्रेंथ निर्धारित करने के लिए किया जाता है, जो वह तनाव है जिस पर सामग्री प्लास्टिक रूप से विरूपित होने लगती है।

Yield Strength

यील्ड स्ट्रेंथ अधिकतम तनाव है जिसे कोई सामग्री प्लास्टिक विरूपण के बिना सहन कर सकती है। यह एक महत्वपूर्ण यांत्रिक गुण है जिसका उपयोग घटकों और संरचनाओं को डिज़ाइन और इंजीनियर करने के लिए किया जाता है। किसी सामग्री की यील्ड स्ट्रेंथ कई कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है, जिनमें सामग्री की संरचना, सूक्ष्मसंरचना और हीट ट्रीटमेंट शामिल हैं।

Yield Strength Graph

एक यील्ड स्ट्रेंथ ग्राफ किसी सामग्री पर लगाए गए तनाव और परिणामी प्लास्टिक विकृति का एक प्लॉट है। ग्राफ को आमतौर पर दो क्षेत्रों में विभाजित किया जाता है: लोचदार क्षेत्र और प्लास्टिक क्षेत्र।

• प्रत्यास्थ क्षेत्र: प्रत्यास्थ क्षेत्र में, सामग्री प्रत्यास्थ रूप से विकृत होती है, जिसका अर्थ है कि जब तनाव हटा दिया जाता है तो यह अपने मूल आकार में लौट आती है।
• प्लास्टिक क्षेत्र: प्लास्टिक क्षेत्र में, सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होती है, जिसका अर्थ है कि जब तनाव हटा दिया जाता है तो यह अपने मूल आकार में नहीं लौटती।

यील्ड स्ट्रेंथ वह तनाव है जिस पर सामग्री प्रत्यास्थ क्षेत्र से प्लास्टिक क्षेत्र में संक्रमित होती है। यह बिंदु आमतौर पर ग्राफ पर “यील्ड पॉइंट” के रूप में चिह्नित होता है।

यील्ड स्ट्रेंथ ग्राफ़ के अनुप्रयोग

यील्ड स्ट्रेंथ ग्राफ़ का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• घटकों और संरचनाओं का डिज़ाइन
• विफलता विश्लेषण
• गुणवत्ता नियंत्रण
• अनुसंधान और विकास

यील्ड स्ट्रेंथ ग्राफ़ सामग्रियों की यांत्रिक गुणों को समझने और सुरक्षित तथा विश्वसनीय घटकों और संरचनाओं को डिज़ाइन और इंजीनियर करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण हैं।

यील्ड स्ट्रेंथ बनाम टेंसाइल स्ट्रेंथ

यील्ड स्ट्रेंथ और टेंसाइल स्ट्रेंथ सामग्रियों के दो महत्वपूर्ण यांत्रिक गुण हैं। ये दोनों सामग्री के विकृत होने के प्रतिरोध के माप हैं, लेकिन ये विकृति के विभिन्न पहलुओं को मापते हैं।

यील्ड स्ट्रेंथ

यील्ड स्ट्रेंथ वह तनाव है जिस पर सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होना शुरू करती है। इसका अर्थ है कि यदि तनाव हटा भी दिया जाए तो सामग्री विकृत होती रहेगी। यील्ड स्ट्रेंथ उन सामग्रियों के लिए एक महत्वपूर्ण गुण है जिनका उपयोग संरचनात्मक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे इमारतें और पुल।

टेंसाइल स्ट्रेंथ

तन्यता शक्ति वह अधिकतम तनाव है जिसे एक सामग्री टूटने से पहले सहन कर सकती है। यह एक महत्वपूर्ण गुण है उन सामग्रियों के लिए जिनका उपयोग ऐसे अनुप्रयोगों में किया जाता है जहाँ उन्हें उच्च तनावों के अधीन किया जाएगा, जैसे कि रस्सियाँ और केबल।

यील्ड शक्ति और तन्यता शक्ति की तुलना

किसी सामग्री की यील्ड शक्ति और तन्यता शक्ति संबंधित होती हैं, लेकिन ये समान नहीं होतीं। यील्ड शक्ति हमेशा तन्यता शक्ति से कम होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कोई भी सामग्री टूटने से पहले हमेशा प्लास्टिक रूप से विरूपित होती है।

निम्न तालिका कुछ सामान्य सामग्रियों की यील्ड शक्ति और तन्यता शक्ति को दर्शाती है:

जैसा कि आप देख सकते हैं, इस्पात की यील्ड शक्ति एल्युमिनियम, तांबे और प्लास्टिक की यील्ड शक्ति से कहीं अधिक है। इसका अर्थ है कि इस्पात इन अन्य सामग्रियों की तुलना में प्लास्टिक विरूपण के प्रति अधिक प्रतिरोधी है।

इस्पात की तन्यता शक्ति भी एल्युमिनियम, तांबे और प्लास्टिक की तन्यता शक्ति से अधिक है। इसका अर्थ है कि इस्पात इन अन्य सामग्रियों की तुलना में टूटने के प्रति अधिक प्रतिरोधी है।

प्रवाह बल और तन्यता बल पदार्थों के दो महत्वपूर्ण यांत्रिक गुण हैं। ये दोनों किसी पदार्थ के विकृति के प्रतिरोध के माप हैं, लेकिन ये विकृति के भिन्न पहलुओं को मापते हैं। प्रवाह बल वह तनाव है जिस पर पदार्थ प्लास्टिक रूप से विकृत होना शुरू करता है, जबकि तन्यता बल वह अधिकतम तनाव है जिसे पदार्थ टूटने से पहले सहन कर सकता है।

पदार्थों की सूची और उनका प्रवाह बल

धातुएँ

• स्टील: 250-800 MPa
• एल्युमिनियम: 70-700 MPa
• तांबा: 70-300 MPa
• टाइटेनियम: 280-1200 MPa
• निकल: 170-1000 MPa

पॉलिमर

• पॉलीएथिलीन: 10-50 MPa
• पॉलीप्रोपिलीन: 20-70 MPa
• पॉलिस्टाइरीन: 30-100 MPa
• पॉलीकार्बोनेट: 60-120 MPa
• नायलॉन: 50-150 MPa

सिरेमिक

• एल्युमिना: 200-3000 MPa
• ज़िरकोनिया: 1000-2000 MPa
• सिलिका: 70-1000 MPa
• कार्बाइड: 1500-3000 MPa
• नाइट्राइड: 1000-2000 MPa

कंपोज़िट

• कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर: 150-1500 MPa
• ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर: 50-500 MPa
• केवलर प्रबलित पॉलिमर: 100-1200 MPa
• बोरॉन फाइबर प्रबलित पॉलिमर: 300-2000 MPa
• सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोज़िट: 100-1000 MPa

प्राकृतिक पदार्थ

• लकड़ी: 50-100 MPa
• हड्डी: 100-200 MPa
• चमड़ा: 10-50 MPa
• रबड़: 1-20 MPa
• रेशम: 50-100 MPa

प्रवाह बल के बारे में अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

प्रवाह बल क्या है?

यील्ड स्ट्रेंथ वह भौतिक गुण है जो यह निर्धारित करता है कि कोई सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होने से पहले कितना तनाव सहन कर सकती है। दूसरे शब्दों में, यह वह बिंदु है जिस पर कोई सामग्री भार के अधीन आने के बाद अपने मूल आकार पर वापस नहीं लौटती।

यील्ड स्ट्रेंथ को मापा कैसे जाता है?

यील्ड स्ट्रेंथ को आमतौर पर टेंसाइल टेस्ट द्वारा मापा जाता है। टेंसाइल टेस्ट में, सामग्री का एक नमूना तब तक खींचा जाता है जब तक वह टूट न जाए, और तनाव-विकृति वक्र दर्ज किया जाता है। यील्ड स्ट्रेंथ वह बिंदु होता है जहाँ तनाव-विकृति वक्र पर सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होने लगती है।

यील्ड स्ट्रेंथ के विभिन्न प्रकार क्या हैं?

यील्ड स्ट्रेंथ के दो मुख्य प्रकार होते हैं:

• टेंसाइल यील्ड स्ट्रेंथ वह यील्ड स्ट्रेंथ है जो टेंसाइल टेस्ट में मापी जाती है।
• कंप्रेसिव यील्ड स्ट्रेंथ वह यील्ड स्ट्रेंथ है जो कंप्रेशन टेस्ट में मापी जाती है।

यील्ड स्ट्रेंथ को कौन-से कारक प्रभावित करते हैं?

ऐसे कई कारक हैं जो यील्ड स्ट्रेंथ को प्रभावित कर सकते हैं, जिनमें शामिल हैं:

• सामग्री संरचना: किसी सामग्री की संरचना उसके प्रवाह बल पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है। उदाहरण के लिए, उच्च कार्बन सामग्री वाली सामग्री आमतौर पर कम कार्बन सामग्री वाली सामग्रियों की तुलना में अधिक मजबूत होती है।
• उष्मा उपचार: उष्मा उपचार का उपयोग किसी सामग्री के प्रवाह बल को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है। सामग्री को नियंत्रित तरीके से गर्म और ठंडा करके, उसकी सूक्ष्म संरचना को बदला जा सकता है, जिससे वह मजबूत हो सकती है।
• शीत कार्य: शीत कार्य प्लास्टिक विरूपण की एक प्रक्रिया है जिसका उपयोग भी सामग्री के प्रवाह बल को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है। सामग्री को शीत कार्य करने से उसमें मौजूद विस्थापन पुनर्व्यवस्थित हो जाते हैं, जिससे वह मजबूत हो सकती है।

प्रवाह बल के कुछ अनुप्रयोग क्या हैं?

प्रवाह बल एक महत्वपूर्ण सामग्री गुण है जिसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• संरचनात्मक डिज़ाइन: प्रवाह बल का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि कोई संरचनात्मक सदस्य प्लास्टिक रूप से विरूपित होने से पहले अधिकतम कितना भार सह सकता है।
• यांत्रिक डिज़ाइन: प्रवाह बल का उपयोग उन यांत्रिक घटकों को डिज़ाइन करने के लिए किया जाता है जिन्हें उच्च भार सहन करना होता है।
• सामग्री चयन: प्रवाह बल का उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए सामग्री चुनने में किया जाता है जहां ताकत महत्वपूर्ण होती है।

निष्कर्ष

यील्ड स्ट्रेंथ एक महत्वपूर्ण सामग्री गुण है जिसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है। यील्ड स्ट्रेंथ को प्रभावित करने वाले कारकों को समझकर, इंजीनियर सामग्रियों का चयन कर सकते हैं और ऐसे घटक डिज़ाइन कर सकते हैं जो उनके अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करें।