प्रतिबल संकेंद्रण

छेद के पास आंतरिक बल रेखाएं सघन होती हैं

ठोस यांत्रिकी में, एक तनाव एकाग्रता (जिसे तनाव उठाने वाला या तनाव बढ़ाने वाला भी कहा जाता है) एक वस्तु में एक स्थान होता है जहां तनाव (यांत्रिकी) आसपास के क्षेत्र से काफी अधिक होता है। तनाव की सांद्रता तब होती है जब ज्यामिति या संरचनात्मक घटक की सामग्री में अनियमितता होती है जो तनाव के प्रवाह में रुकावट पैदा करती है। यह छेद, खांचे, पायदान और पट्टिका जैसे विवरणों से उत्पन्न होता है। खरोंच और खरोंच जैसी आकस्मिक क्षति से भी तनाव की सांद्रता हो सकती है।

आम तौर पर तनाव (भौतिकी) भार के तहत एक असंतोष की एकाग्रता की डिग्री को गैर-आयामी तनाव एकाग्रता कारक के रूप में व्यक्त किया जा सकता है $K_{t}$, जो नाममात्र दूर क्षेत्र तनाव के उच्चतम तनाव का अनुपात है। अनंत प्लेट में एक गोलाकार छेद के लिए, $K_{t}=3$. तनाव एकाग्रता कारक को तनाव तीव्रता कारक के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जिसका उपयोग दरार टिप के आसपास के क्षेत्र में तनाव पर भंग के प्रभाव को परिभाषित करने के लिए किया जाता है। नमनीय सामग्री के लिए, बड़े भार स्थानीयकृत प्लास्टिक विरूपण या यील्ड (इंजीनियरिंग) का कारण बन सकते हैं जो आम तौर पर तनाव के पुनर्वितरण की अनुमति देने और घटक को भार जारी रखने के लिए सक्षम करने के लिए पहले एक तनाव एकाग्रता पर होता है। भंगुर सामग्री आमतौर पर तनाव एकाग्रता में विफल हो जाती है। हालांकि, बार-बार निम्न स्तर की लोडिंग के कारण थकान (सामग्री) दरार शुरू हो सकती है और धीरे-धीरे एक तनाव एकाग्रता में बढ़ सकती है, जिससे तन्य सामग्री भी विफल हो सकती है। थकान की दरारें हमेशा तनाव बढ़ाने वालों पर शुरू होती हैं, इसलिए ऐसे दोषों को दूर करने से थकान की ताकत बढ़ जाती है।

विवरण

तनाव की सांद्रता तब होती है जब ज्यामिति या संरचनात्मक घटक की सामग्री में अनियमितता होती है जो तनाव के प्रवाह में रुकावट पैदा करती है।

ज्यामितीय विच्छिन्नता किसी वस्तु को तनाव में स्थानीयकृत वृद्धि का अनुभव करने का कारण बनती है। आकार के उदाहरण जो तनाव सांद्रता का कारण बनते हैं, तेज आंतरिक कोने, छेद, और वस्तु के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में अचानक परिवर्तन के साथ-साथ खरोंच, खरोंच और दरारें जैसी अनजाने में क्षति होती है। उच्च स्थानीय तनाव वस्तुओं को और अधिक तेज़ी से विफल कर सकता है, इसलिए इंजीनियर आमतौर पर तनाव की सांद्रता को कम करने के लिए ज्यामिति को डिज़ाइन करते हैं।

धातुओं में समावेशन (खनिज) जैसे भौतिक असंतुलन भी तनाव को केंद्रित कर सकते हैं। निर्माण के दौरान मशीनिंग से एक घटक की सतह पर समावेशन टूट सकता है जिससे चक्रीय लोडिंग से सेवा में बढ़ने वाले माइक्रोक्रैक्स हो सकते हैं। आंतरिक रूप से, लोडिंग के दौरान समावेशन के आसपास के इंटरफेस की विफलता से माइक्रोवॉइड सहसंयोजन द्वारा स्थिर विफलता हो सकती है।

तनाव एकाग्रता कारक

तनाव एकाग्रता कारक, $K_{t}$, उच्चतम तनाव का अनुपात है $\sigma _{\max }$ नाममात्र के तनाव के लिए $\sigma _{\text{nom}}$ सकल क्रॉस-सेक्शन और के रूप में परिभाषित किया गया

$K_{t}={\frac {\sigma _{\max }}{\sigma _{\text{nom}}}}$ ध्यान दें कि आयाम रहित तनाव एकाग्रता कारक ज्यामिति आकार का एक कार्य है और इसके आकार से स्वतंत्र है।ये कारक विशिष्ट इंजीनियरिंग संदर्भ सामग्री में पाए जा सकते हैं।

तनाव में एक प्लेट में एक अण्डाकार छेद के आसपास तनाव एकाग्रता

अर्न्स्ट गुस्ताव किर्श | ई। Kirsch ने Kirsch_equations के लिए समीकरण निकाले। एक छेद या पायदान_ (इंजीनियरिंग) के पास महसूस किया जाने वाला अधिकतम तनाव वक्रता (अनुप्रयोग) के निम्नतम त्रिज्या के क्षेत्र में होता है। लंबाई के एक अण्डाकार छेद में $2a$ और चौड़ाई $2b$दूर-दराज के तनाव के तहत $\sigma _{0}$, प्रमुख अक्षों के सिरों पर तनाव इंग्लिस के समीकरण द्वारा दिया गया है:

$\sigma _{\max }=\sigma _{0}\left(1+2{\cfrac {a}{b}}\right)=\sigma \left(1+2{\sqrt {\cfrac {a}{\rho }}}\right)$

कहाँ पे $\rho$ अण्डाकार छिद्र की वक्रता की त्रिज्या है। एक अनंत प्लेट में गोलाकार छिद्रों के लिए जहां $a=b$, तनाव एकाग्रता कारक है $K_{t}=3$.

चूंकि वक्रता की त्रिज्या शून्य तक पहुंचती है, जैसे कि एक तेज दरार की नोक पर, अधिकतम तनाव अनंत तक पहुंचता है और एक दरार के लिए एक तनाव एकाग्रता कारक का उपयोग नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय, तनाव तीव्रता कारक जो एक दरार टिप के आसपास तनाव क्षेत्र के स्केलिंग को परिभाषित करता है, का उपयोग किया जाता है।

कारकों के निर्धारण के तरीके

photoelasticity, थर्मोइलास्टिक स्ट्रेस एनालिसिस सहित स्ट्रेस कंसंट्रेशन फैक्टर्स को मापने के लिए प्रायोगिक तरीके हैं। भंगुर कोटिंग्स या तनाव गेज।

डिजाइन चरण के दौरान, तनाव एकाग्रता कारकों का अनुमान लगाने के लिए कई दृष्टिकोण हैं। तनाव एकाग्रता कारकों के कई कैटलॉग प्रकाशित किए गए हैं। शायद सबसे प्रसिद्ध पीटरसन द्वारा तनाव एकाग्रता डिजाइन कारक है, जो पहली बार 1953 में प्रकाशित हुआ था। परिमित तत्व विधियों का उपयोग आमतौर पर आज डिजाइन में किया जाता है।

तनाव सांद्रता के प्रभाव को सीमित करना

क्रैक टिप ब्लंटिंग के रूप में जाना जाता है, सबसे खराब प्रकार के तनाव सांद्रता, फ्रैक्चर को कम करने का एक काउंटर-सहज तरीका है, दरार के अंत में एक बड़ा छेद छेद करना करना है। अपने अपेक्षाकृत बड़े आकार के साथ ड्रिल किया हुआ छेद प्रभावी क्रैक टिप रेडियस को बढ़ाने का काम करता है और इस प्रकार तनाव की सघनता को कम करता है। तनाव की एकाग्रता को कम करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली एक अन्य विधि आंतरिक कोनों में पट्टिका जोड़कर होती है। यह तनाव की सघनता को कम करता है और इसके परिणामस्वरूप तनाव की धारारेखाओं का सहज प्रवाह होता है।

थ्रेडेड कंपोनेंट में, बल प्रवाह रेखा मुड़ी हुई होती है क्योंकि यह टांग वाले हिस्से से थ्रेडेड हिस्से तक जाती है; नतीजतन, तनाव एकाग्रता होती है। इसे कम करने के लिए शैंक और थ्रेडेड भागों के बीच एक छोटा अंडरकट बनाया जाता है।

उदाहरण

ईंट के नुकीले कोने ने कंक्रीट के भीतर एक तनाव सांद्रक के रूप में काम किया है जिससे यह टूट गया है

* डी हैविलैंड धूमकेतु विमान ने कई विनाशकारी विफलताओं का अनुभव किया जो अंततः स्वचालित दिशा खोजक कटआउट के चारों ओर छिद्रित रिवेट छेद के उपयोग के कारण उच्च तनाव एकाग्रता से बढ़ने वाली थकान (सामग्री) दरारों के कारण पाए गए (कभी-कभी इसे कहा जाता है) खिड़कियाँ)। चौकोर यात्री खिड़कियों में भी अपेक्षा से अधिक तनाव सांद्रता पाई गई और उन्हें फिर से डिजाइन किया गया।

• अटलांटिक महासागर में सर्दियों के तूफानों में ठंड और तनावपूर्ण परिस्थितियों में लिबर्टी जहाजों में हैच के कोनों पर भंगुर फ्रैक्चर।

• इम्प्लांट के हाशिये पर तनाव का एक फोकस बिंदु, जहां धातु हड्डी से मिलती है, इम्प्लांट (दवा) ऑर्थोसिस के विफलता का बिंदु होने की बहुत संभावना है।

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• बल रेखाएँ
• पायदान (इंजीनियरिंग)
• नाली (इंजीनियरिंग)
• पट्टिका (यांत्रिकी)
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• उपज (इंजीनियरिंग)
• प्लास्टिक विकृत करना
• थकान शक्ति
• वक्रता की त्रिज्या (अनुप्रयोग)
• विकृति प्रमापक
• सीमित तत्व विधि
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• प्रत्यारोपण (दवा)

बाहरी संबंध

• When Metal Lets Us Down