सम्पीडक क्षमता

स्टील ड्रम (कंटेनर) कीसंपीड़ित स्ट्रेंथ को मापना

यांत्रिकी में, संपीड़ित शक्ति (या कम्प्रेशन स्ट्रेंथ) सामग्री या संरचनात्मक प्रणाली की क्षमता है जो भार को कम करने के लिए संरचनात्मक भार (तन्य शक्ति के विपरीत) का सामना करने के लिए सहन करती है। दूसरे शब्दों में, संपीड़ित शक्ति संपीड़न (एक साथ धक्का दिया जा रहा है) का प्रतिरोध करती है, जबकि तन्य शक्ति तनाव का प्रतिरोध करती है। सामग्री की शक्ति, तन्य शक्ति, संपीड़ित शक्ति और अपप्रपण शक्ति के अध्ययन में स्वतंत्र रूप से विश्लेषण किया जा सकता है।

कुछ सामग्री उनके संपीड़ित शक्ति सीमा पर टूट जाती है, अन्य प्लास्टिसिटी (भौतिकी) अपरिवर्तनीय रूप से विकृत हो जाते हैं, इसलिए विरूपण (इंजीनियरिंग) की एक दी गई राशि को संपीड़ित भार की सीमा के रूप में माना जा सकता है। संपीड़ित शक्ति संरचनागत वास्तुविद्या के लिए महत्वपूर्ण मूल्य है।

संपीड़ित शक्ति को अधिकांशतः एक यूनिवर्सल परीक्षण मशीन पर मापा जाता है। संपीड़ित शक्ति के मापन विशिष्ट परीक्षण पद्धति और मापन की स्थितियों से प्रभावित होते हैं। संपीड़ित शक्ति सामान्यतः एक विशिष्ट तकनीकी मानक के संबंध में सूचित की जाती है।

परिचय

File:तनावग्रस्त applied.svg

Tension

File:संपीड़न applied.svg

Compression

जब किसी सामग्री के नमूने को इस तरह से भार किया जाता है कि वह आगे बढ़ जाती है तो उसे तनाव कहा जाता है। दूसरी ओर, यदि भौतिक संपीड़न (भौतिक) और कम होती है तो इसे संपीड़न में कहा जाता है।

परमाणु स्तर पर, अणुओं या परमाणुओं को तनाव के दौरान अलग किया जाता है जबकि संपीड़न में उन्हें एक साथ बलपूर्ण संपीडित किया जाता है। चूंकि ठोस में अणु हमेशा एक संतुलन स्थिति खोजने की कोशिश करते हैं, और अन्य परमाणुओं के बीच की दूरी, बल पूरे पदार्थ में उत्पन्न होते हैं जो तनाव या संपीड़न दोनों का विरोध करते हैं। इसलिए परमाणु स्तर पर प्रचलित घटनाएं समान हैं।

"तनाव" लागू तनाव के तहत लंबाई में सापेक्ष परिवर्तन है, सकारात्मक तनाव के बोझ के तहत वस्तु का चरित्र बनाता है जो इसे आगे बढ़ाता है, और एक संपीड़ित तनाव जो एक वस्तु को कम करता है नकारात्मक तनाव देता है।" तनाव छोटे साइडवे डिफ्लेक्शन को फिर से संरेखण में खींचता है, जबकि संपीड़न इस तरह के विक्षेप को बकलिंग में प्रवर्धन करता है।

संपीड़ित शक्ति को सामग्री, घटकों, और संरचनाओं पर मापा जाता है।

परिभाषा के अनुसार, एक सामग्री की अंतिम संपीड़ित शक्ति यह है कि जब सामग्री पूरी तरह से विफल हो जाती है तो अनियाक्सियल संपीड़ित तनाव का मूल्य पहुंच जाता है। संपीडित तनाव सामान्यतः पर एक संपीड़ित परीक्षण के माध्यम से प्रयोग में प्राप्त की जाती है। इस प्रयोग के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण वही है जो तन्य परीक्षण में प्रयोग किया जाता है। हालांकि, अक्षीय तन्य भार को लागू करने के बजाय, अक्षीय संपीडन भार लागू किया जाता है। जैसा कि कल्पना की जा सकती है, नमूना (सामान्यतः पर बेलनाकार) छोटा होता है और बाद में फैला होता है। एक तनाव-मस्तिष्क वक्र उपकरण द्वारा प्लॉट किया जाता है और निम्नलिखित के समान दिखता है:

एक विशिष्ट नमूने के लिए सही तनाव-तनाव वक्र

सामग्री की संपीड़ित शक्ति वक्र पर दिखाए गए लाल बिंदु पर तनाव से संबंधित है। एक संपीड़न परीक्षण में, एक रैखिक क्षेत्र है जहां सामग्री हूके के कानून का अनुसरण करती है। इसलिए इस क्षेत्र के लिए,$\sigma =E\epsilon$, जहाँ, इस बार, E संपीड़न के लिए यंग के मापांक को संदर्भित करता है। इस क्षेत्र में, सामग्री लोचदार रूप से विकृत हो जाती है और तनाव हटा दिए जाने पर अपनी मूल लंबाई में वापस आ जाती है।

यह रैखिक क्षेत्र उपज बिंदु के रूप में जाना जाता है पर समाप्त होता है। इस बिंदु से ऊपर सामग्री प्लास्टिसिटी (भौतिकी) का व्यवहार करती है और भार हटा दिए जाने के बाद अपनी मूल लंबाई में वापस नहीं आएगी।

इंजीनियरिंग तनाव और सच्चे तनाव में अंतर है। इसकी मूल परिभाषा के द्वारा एकात्मक तनाव दिया जाता है:

$\sigma ={\frac {F}{A}},$

जहाँ F भार लागू है [m²] और A हैl

जैसा कि कहा गया है, नमूने का क्षेत्र संपीड़न पर भिन्न होता है। हकीकत में इसलिए क्षेत्र लागू भार का कुछ कार्य है यानी A = f(F). दरअसल, तनाव को प्रयोग की प्रारम्भ में क्षेत्र द्वारा विभाजित बल के रूप में परिभाषित किया गया है। इसे इंजीनियरिंग तनाव के रूप में जाना जाता है और इसके द्वारा परिभाषित किया जाता है

$\sigma _{e}={\frac {F}{A_{0}}},$

जहाँ A₀ मूल नमूना क्षेत्र है [m²]

इसके अनुरूप, इंजीनियरिंग स्ट्रेन (सामग्री विज्ञान) द्वारा परिभाषित किया गया है

$\epsilon _{e}={\frac {l-l_{0}}{l_{0}}},$ जहाँ l वर्तमान नमूना लंबाई है [m] और l₀ मूल नमूना लंबाई है [m²]

सम्पीड़क शक्ति इसलिए इंजीनियरिंग स्ट्रेस-स्ट्रेन कर्व के बिंदु से मेल खाती है $(\epsilon _{e}^{*},\sigma _{e}^{*})$ द्वारा परिभाषित

$\sigma _{e}^{*}={\frac {F^{*}}{A_{0}}}$

$\epsilon _{e}^{*}={\frac {l^{*}-l_{0}}{l_{0}}},$

जहाँ F^* पेराई से ठीक पहले लगाया गया भार है और l^* पेराई से ठीक पहले नमूना लंबाई है।

सच्चे तनाव से इंजीनियरिंग तनाव का विचलन

बररेलिंग

इंजीनियरिंग रूप-रेखा अभ्यास में, पेशेवर ज्यादातर इंजीनियरिंग तनाव पर निर्भर करते हैं। वास्तव में, वास्तविक तनाव इंजीनियरिंग तनाव से अलग है। इसलिए दिए गए समीकरणों से किसी सामग्री की संपीड़ित शक्ति की गणना करने से कोई सटीक परिणाम नहीं मिलेगा। यह क्रॉस सेक्शनल एरिया के कारण है A₀ बदलता है और भार का कुछ कार्य है A = φ(F).

इसलिए मूल्यों में अंतर को इस प्रकार संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है:

• संपीड़न पर, नमूना छोटा हो जाएगा। सामग्री पार्श्व दिशा में फैलती है और इसलिए क्रॉस सेक्शन (ज्यामिति) क्षेत्र में वृद्धि करती है।
• एक संपीड़न परीक्षण में नमूना किनारों पर जकड़ा हुआ है। इस कारण से एक घर्षण बल उत्पन्न होता है जो पार्श्व फैलाव का विरोध करेगा। इसका अर्थ है कि इस घर्षण बल का विरोध करने के लिए कार्य करना पड़ता है जिससे प्रक्रिया के दौरान खपत ऊर्जा में वृद्धि होती है। इसके परिणामस्वरूप प्रयोग से प्राप्त तनाव का मान थोड़ा गलत हो जाता है। नमूने के पूरे क्रॉस सेक्शन के लिए घर्षण बल स्थिर नहीं है। यह केंद्र में न्यूनतम से भिन्न होता है, क्लैम्प से दूर, किनारों पर अधिकतम होता है जहां यह क्लैम्प होता है। इसके कारण, बैरलिंग के रूप में जानी जाने वाली एक घटना होती है जहां नमूना एक बैरल आकार प्राप्त करता है।

सम्पीड़क और टेंसिल स्ट्रेंथ की तुलना

कंक्रीट और सिरेमिक में सामान्यतः पर तन्य ताकत की तुलना में अधिक संपीड़ित ताकत होती है। यौगिक सामग्री, जैसे ग्लास फाइबर एपॉक्सी मैट्रिक्स यौगिक,संपीड़ित शक्ति की तुलना में उच्च तन्य शक्ति होती है। तनाव बनाम संपीड़न में विफलता का परीक्षण करना मुश्किल है। संपीडित धातुओं में बकलिंग/क्रॉलिंग/45डिग्री कतरनी से विफलता होती है जो दोष या गर्दन नीचे करने से विफल होने वाले तनाव की तुलना में बहुत अलग है।

सम्पीड़क विफलता मोड

UTM के नीचे कुचला जा रहा एक सिलेंडर

यदि संपीडन में भार की गई सामग्री के प्रभावी त्रिज्या तक लंबाई का अनुपात बहुत अधिक है, तो यह संभावना है कि सामग्री बकलिंग के तहत विफल हो जाएगी। अन्यथा, यदि सामग्री डक्टाइल उपज है, तो सामान्यतः पर ऐसा होता है जो ऊपर चर्चा किए गए बार्रेलिंग प्रभाव को प्रदर्शित करता है। संपीड़न (पतलापन अनुपात) में एक भंगुर सामग्री सामान्यतः पर अक्षीय विभाजन, कतरनी अस्थि-भंग या डक्टाइल विफलता के कारण विफल हो जाती है जो भारिंग की दिशा के लंबवत दिशा में बाधा के स्तर पर निर्भर करता है। यदि कोई बाधा नहीं है (जिसे सीमित दबाव भी कहा जाता है), तो भंगुर सामग्री अक्षीय थूक द्वारा विफल होने की संभावना है। मध्यम सीमित दबाव अधिकांशतः कतरनी अस्थि-भंग में परिणाम देता है, जबकि उच्च सीमित दबाव अधिकांशतः तन्य विफलता की ओर जाता है, यहां तक कि भंगुर सामग्री में भी है।

अक्षीय विभाजन अपयुक्त संपीड़ित तनाव के लंबवत दिशाओं में तनाव ऊर्जा को मुक्त करके भंगुर सामग्री में लोचदार ऊर्जा को दूर करता है। जैसा कि एक सामग्री पॉइसन अनुपात द्वारा परिभाषित है, एक सामग्री एक दिशा में बड़े पैमाने पर संपीड़ित दूसरी दो दिशाओं में तनाव पैदा करेगी। अक्षीय विभाजन के दौरान एक दरार जारी की जा सकती है कि अनुप्रयुक्त भार के समानांतर एक नई सतह का निर्माण करके तन्य तनाव। फिर सामग्री दो या अधिक टुकड़ों में अलग हो जाती है। इसलिए अक्षीय विभाजन अधिकांशतः तब होता है जब कोई दबाव नहीं होता है, अर्थात मुख्य लागू भार के लंबवत अक्ष पर एक छोटा संपीडक भार होता है। सामग्री अब सूक्ष्म स्तंभों में विभाजित हो गई है, या तो मुक्त अंत या तनाव परिरक्षण पर इंटरफेस की असमानता के कारण विभिन्न घर्षण बल महसूस होंगे। तनाव परिरक्षण के मामले में, सामग्री में असमानता अलग-अलग यंग के मापांक को जन्म दे सकती है। यह बदले में तनाव को असमान रूप से वितरित करने का कारण बनेगा, जिससे घर्षण बल में अंतर आएगा। किसी भी मामले में यह भौतिक वर्गों को मोड़ना प्रारम्भ कर देगा और अंतिम विफलता की ओर ले जाएगा।

माइक्रोक्रैकिंग

चित्रा 1: माइक्रोक्रैक न्यूक्लिएशन और प्रचार

भंगुर और अर्ध-भंगुर सामग्री के लिए संपीड़न के तहत विफलता का एक प्रमुख कारण माइक्रोक्रैक्स हैं। दरार युक्तियों के साथ फिसलने से दरार की नोक के साथ तन्यता बल उत्पन्न होता है। माइक्रोक्रैक किसी भी पूर्व-अस्तित्व वाले क्रैक टिप्स के आसपास निर्माण करते हैं। सभी मामलों में यह तनाव के स्थानीय क्षेत्रों को बनाने के लिए स्थानीय माइक्रोस्ट्रक्चरल विसंगतियों के साथ बातचीत करने वाला समग्र वैश्विक संकुचित तनाव है। माइक्रोक्रैक कुछ कारकों से उत्पन्न हो सकते हैं।

1. कई सामग्रियों में संपीड़ित शक्ति के लिए छिद्रता नियंत्रक कारक है। माइक्रोक्रैक छिद्रों के आसपास बन सकते हैं, जब तक कि वे अपने मूल छिद्रों के लगभग समान आकार तक नहीं पहुंच जाते। (ए)
2. अवक्षेप जैसी सामग्री के भीतर कठोर समावेशन तनाव के स्थानीय क्षेत्रों का कारण बन सकता है। (बी) जब समावेशन को समूहीकृत या बड़ा किया जाता है, तो इस प्रभाव को बढ़ाया जा सकता है।
3. यहां तक ​​​​कि छिद्रों या कठोर समावेशन के बिना, एक सामग्री कमजोर झुकाव (लागू तनाव के सापेक्ष) इंटरफेस के बीच माइक्रोक्रैक विकसित कर सकती है। ये इंटरफेस फिसल सकते हैं और एक माध्यमिक दरार बना सकते हैं। ये द्वितीयक दरारें खुलना जारी रख सकती हैं, क्योंकि मूल इंटरफेस की पर्ची द्वितीयक दरार (c) को खोलती रहती है। केवल इंटरफेस की फिसलन माध्यमिक दरार वृद्धि के लिए पूरी तरह से जिम्मेदार नहीं है क्योंकि सामग्री के यंग के मापांक में असमानता प्रभावी मिसफिट स्ट्रेन में वृद्धि का कारण बन सकती है। इस तरह से बढ़ने वाली दरारें विंगटिप माइक्रोक्रैक के रूप में जानी जाती हैं।

इस बात पर जोर देना महत्वपूर्ण है कि माइक्रोक्रैक की वृद्धि मूल दरार/अपूर्णता की वृद्धि नहीं है। दरारें जो न्यूक्लियेट मूल दरार के लंबवत होती हैं और उन्हें द्वितीयक दरार के रूप में जाना जाता है। नीचे दिया गया आंकड़ा विंगटिप दरारों के लिए इस बिंदु पर जोर देता है।

ये माध्यमिक दरारें सरल (एक अक्षीय) संपीड़न में मूल दरारों की लंबाई से 10-15 गुना तक बढ़ सकती हैं। हालाँकि, यदि अनुप्रस्थ संपीड़ित भार लगाया जाता है। विकास मूल दरार की लंबाई के कुछ पूर्णांक गुणकों तक सीमित है।

बायां

कतरनी बैंड गठन

कतरनी बैंड

यदि नमूना आकार इतना बड़ा है कि खराब दोष की द्वितीयक दरारें नमूना तोड़ने के लिए पर्याप्त बड़े नहीं हो सकती हैं, तो नमूने के भीतर अन्य दोष द्वितीयक दरारें भी बढ़ने लगेंगे। यह पूरे नमूने पर समान रूप से होगा। ये माइक्रो-क्रेक सोपानक बनाते हैं जो "आंतरिक" अस्थि-भंग व्यवहार, कतरनी दोष अस्थिरता का केंद्र बन सकता है। सही दिखाया गया है:

आखिरकार यह गैर-सजातीय रूप से विकृत होने वाली सामग्री की ओर जाता है। वह यह है कि सामग्री के कारण होने वाला तनाव भार के साथ रैखिक रूप से भिन्न नहीं होगा। विरूपण सिद्धांत के अनुसार स्थानीय कतरनी बैंड बनाना जिस पर सामग्री विफल हो जाएगी। "स्थानीयकृत बैंडिंग की प्रारम्भ आवश्यक रूप से भौतिक तत्व की अंतिम विफलता का गठन नहीं करती है, लेकिन संभवतः यह कम से कम संपीड़न भारिंग के तहत प्राथमिक विफलता प्रक्रिया की प्रारम्भ है।"

विशिष्ट मूल्य

सामग्री	Rs [MPa]
पोर्सिलेन	500
चीनी मिटटी	500
हड्डी	150
कंक्रीट	20-150
बर्फ़ (0 °C)	3
बर्फ़ (-5 to -20 °C)	5-25
स्टायरोफोम	~1

कंक्रीट की संपीडन सामर्थ्य

UTM में कंक्रीट कीसंपीड़ित स्ट्रेंथ टेस्ट

रूप-रेखारों के लिए संपीड़ित शक्ति कंक्रीट के सबसे महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग गुणों में से एक है। यह मानक औद्योगिक अभ्यास है कि किसी दिए गए कंक्रीट मिश्रण की संपीड़ित शक्ति को ग्रेड द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। इस मूल्य को मापने के लिए एक संपीड़न परीक्षण मशीन के तहत कंक्रीट के घन या बेलनाकार नमूनों का परीक्षण किया जाता है। विभिन्न रूप-रेखा कोड के आधार पर देश द्वारा परीक्षण आवश्यकताओं में भिन्नता होती है। संपीडक का उपयोग आम है। भारतीय संहिता के अनुसार कंक्रीट की संपीड़ित शक्ति को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

क्यूबिक स्टील मोल्ड्स (ग्रीस) में फील्ड क्योर्ड कंक्रीट

कंक्रीट की संपीड़ित शक्ति को 28 दिनों के बाद परीक्षण किए गए 150 मिमी आकार के क्यूब्स की विशिष्ट संपीड़ित शक्ति के संदर्भ में दिया जाता है। क्षेत्र में, संपीड़ित शक्ति परीक्षण भी अंतरिम अवधि अर्थात 7 दिनों के बाद 28 दिनों के बाद संभावित संपीड़ित शक्ति की पुष्टि करने के लिए। ऐसा ही विफलता की घटना के बारे में चेतावनी देने और आवश्यक सावधानी बरतने के लिए किया जाता है। विशिष्ट शक्ति को कंक्रीट की ताकत के रूप में परिभाषित किया गया है जिसके नीचे परीक्षण परिणामों के 5 प्रतिशत से अधिक गिरने की उम्मीद नहीं है।

रूप-रेखा उद्देश्यों के लिए, यह संपीड़ित शक्ति मूल्य सुरक्षा के कारक के साथ विभाजित करके प्रतिबंधित है, जिसका मूल्य उपयोग किए गए रूप-रेखा दर्शन पर निर्भर करता है।

निर्माण उद्योग अधिकांशतः परीक्षण की एक विस्तृत श्रृंखला में सम्मिलित है। सरल संपीड़न परीक्षण के अलावा, परीक्षण मानक जैसे कि एएसटीएम सी39, एएसटीएम सी109, एएसटीएम सी469, एएसटीएम सी1609 उन परीक्षण विधियों में से हैं जिनका पालन कंक्रीट के यांत्रिक गुणों को मापने के लिए किया जा सकता है। जब संपीड़ित शक्ति और कंक्रीट के अन्य भौतिक गुणों को मापने के लिए, परीक्षण उपकरण जिन्हें मैन्युअल रूप से नियंत्रित किया जा सकता है या सेवा-नियंत्रित किया जा सकता है, का चयन प्रक्रिया के अनुसार किया जा सकता है। कुछ परीक्षण तरीके भारिंग दर को एक निश्चित मूल्य या एक सीमा तक निर्दिष्ट या सीमित करते हैं, जबकि अन्य तरीके परीक्षण प्रक्रियाओं के आधार पर बहुत कम दरों पर चलने वाले डेटा का अनुरोध करते हैं।

अल्ट्रा-हाई प्रदर्शन कंक्रीट (यूएचपीसी) को 150 एमपीए से अधिक की संपीड़ित शक्ति के रूप में परिभाषित किया गया है।

यह भी देखें

• शौकीन ताकत
• कंटेनर संपीड़न परीक्षण
• दुर्घटनाग्रस्तता
• विरूपण (इंजीनियरिंग)
• श्मिट हथौड़ा, सामग्री की संपीड़न शक्ति को मापने के लिए
• विमान तनाव संपीड़न परीक्षण

संदर्भ

• Mikell P.Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing, John Wiley & Sons, 2002 U.S.A, ISBN 0-471-40051-3
• Callister W.D. Jr., Materials Science & Engineering an Introduction, John Wiley & Sons, 2003 U.S.A, ISBN 0-471-22471-5