বিকৃতি (পদার্থ বিজ্ঞান)

usage in engineering জন্য, Deformation (engineering) দেখুন।

পদার্থবিজ্ঞানে, বিকৃতি হল একটি দেহের একটি প্রাথমিক অবস্থা থেকে বর্তমান অবস্থায়, কনটিনিউম মেকানিক্স রূপান্তর। একটি কনফিগারেশন হলো একটি সেট যাতে বস্তুটির সমস্ত কণার অবস্থান থাকে।

একটি বন্ধ লুপের আকৃতি তে একটি পাতলা সোজা রড এর বিকৃতি। বিকৃতির সময় রডের দৈর্ঘ্য প্রায় অপরিবর্তিত থাকে, যা নির্দেশ করে যে স্ট্রেনটি ছোট। বাঁকানোর এই বিশেষ ক্ষেত্রে, রডের মধ্যে অনমনীয় পরিবর্তন এবং বস্তুগত উপাদানগুলির ঘূর্ণনের সাথে সম্পর্কিত স্থানচ্যুতিগুলি স্ট্রেনিংয়ের সাথে সম্পর্কিত স্থানচ্যুতির চেয়ে অনেক বেশি।

বাহ্যিক ভার, অভ্যন্তরীণ ক্রিয়াকলাপ (যেমন পেশী সংকোচন), বস্তুর শক্তি (যেমন মাধ্যাকর্ষণ বা তড়িৎ চৌম্বকীয় শক্তি), তাপমাত্রার পরিবর্তন, আর্দ্রতা বা রাসায়নিক বিক্রিয়া ইত্যাদির কারণে একটি বিকৃতি ঘটতে পারে।

স্ট্রেন শরীরের কণার আপেক্ষিক স্থানচ্যুতির পরিপ্রেক্ষিতে বিকৃতির সাথে সম্পর্কিত যা অনমনীয়-শরীরের গতিকে য়ামলে নেয় না। শরীরের প্রাথমিক বা চূড়ান্ত কনফিগারেশন এবং মেট্রিক টেনসর বা এর দ্বৈত বিবেচনা করা হয় কিনা তার উপর নির্ভর করে স্ট্রেন ফিল্ডের অভিব্যক্তির জন্য বিভিন্ন সমতুল্য পছন্দ করা যেতে পারে।

একটি অবিচ্ছিন্ন শরীরে, প্রয়োগিত শক্তির কারণে বা শরীরের তাপমাত্রা ক্ষেত্রের কিছু পরিবর্তনের কারণে একটি চাপ ক্ষেত্র থেকে একটি বিকৃতি ক্ষেত্র তৈরি হয়। স্ট্রেস এবং স্ট্রেনের মধ্যে সম্পর্ক গঠনমূলক সমীকরণ দ্বারা প্রকাশ করা হয়, যেমন, রৈখিক স্থিতিস্থাপক পদার্থের জন্য হুকের সূত্র। স্ট্রেস ফিল্ড অপসারণের পরে যে বিকৃতিগুলি অস্তিত্ব বন্ধ করে দেয় তাকে ইলাস্টিক বিকৃতি বলা হয়। এই ক্ষেত্রে, ধারাবাহিকতা সম্পূর্ণরূপে তার মূল কনফিগারেশন পুনরুদ্ধার করে। অন্যদিকে, অপরিবর্তনীয় বিকৃতি থেকে যায়। স্ট্রেস অপসারণের পরেও তারা বিদ্যমান। এক ধরনের অপরিবর্তনীয় বিকৃতি হল প্লাস্টিক বিকৃতি, যা বস্তুগত দেহে ঘটে যখন স্ট্রেস একটি নির্দিষ্ট থ্রেশহোল্ড মান অর্জন করে যা ইলাস্টিক সীমা বা ফলন স্ট্রেস নামে পরিচিত, এবং পারমাণবিক স্তরে স্লিপ বা স্থানচ্যুতি প্রক্রিয়ার ফলাফল। অপরিবর্তনীয় বিকৃতির আরেকটি প্রকার হল সান্দ্র বিকৃতি, যা ভিসকোয়েলাস্টিক বিকৃতির অপরিবর্তনীয় অংশ।

স্ট্রেন

স্ট্রেন একটি রেফারেন্স দৈর্ঘ্য এর সাথে আপেক্ষিকভাবে বস্তুর শরীরের কণার মধ্যে স্থানচ্যুতি প্রতিনিধিত্ব করে।

একটি শরীরের বিকৃতি x = F(X) আকারে প্রকাশ করা হয় যেখানে X হল শরীরের উপাদান বিন্দুর রেফারেন্স অবস্থান। এই ধরনের পরিমাপ শরীরের অনমনীয় গতির (অনুবাদ এবং ঘূর্ণন) এবং শরীরের আকৃতি (এবং আকার) পরিবর্তনের মধ্যে পার্থক্য করে না। একটি বিকৃতির দৈর্ঘ্যের একক রয়েছে।

${\boldsymbol {\varepsilon }}\doteq {\cfrac {\partial }{\partial \mathbf {X} }}\left(\mathbf {x} -\mathbf {X} \right)={\boldsymbol {F}}'-{\boldsymbol {I}},$

যেখানে I আইডেন্টিটি টেনসর । তাই স্ট্রেনগুলি মাত্রাহীন এবং সাধারণত দশমিক ভগ্নাংশ, শতাংশ বা অংশ-প্রতি স্বরলিপি হিসাবে প্রকাশ করা হয়। স্ট্রেনগুলি পরিমাপ করে যে প্রদত্ত বিকৃতি একটি কঠোর-শরীরের বিকৃতি থেকে স্থানীয়ভাবে কতটা আলাদা।

একটি স্ট্রেন সাধারণভাবে একটি টেনসর পরিমাণ। প্রদত্ত স্ট্রেন স্বাভাবিক এবং শিয়ার উপাদানে পচে যেতে পারে তা পর্যবেক্ষণ করে স্ট্রেনের শারীরিক অন্তর্দৃষ্টি অর্জন করা যেতে পারে। বস্তুগত রেখার উপাদান বা তন্তুগুলির সাথে প্রসারিত বা সংকোচনের পরিমাণ হল স্বাভাবিক স্ট্রেন, এবং একটি বিকৃত দেহের মধ্যে সমতল স্তরগুলির একে অপরের উপর স্লাইডিংয়ের সাথে সম্পর্কিত বিকৃতির পরিমাণ হল শিয়ার স্ট্রেন । এটি প্রসারণ, সংক্ষিপ্তকরণ, বা ভলিউম পরিবর্তন, বা কৌণিক বিকৃতি দ্বারা প্রয়োগ করা যেতে পারে।

একটি অবিচ্ছিন্ন দেহের একটি বস্তুগত বিন্দুতে স্ট্রেনের অবস্থাকে বস্তুগত রেখা বা তন্তুগুলির দৈর্ঘ্যের সমস্ত পরিবর্তনের সামগ্রিকতা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, সাধারণ স্ট্রেন, যা সেই বিন্দুর মধ্য দিয়ে যায় এবং এর মধ্যে কোণের সমস্ত পরিবর্তনের সামগ্রিকতা। রেখার জোড়া প্রাথমিকভাবে একে অপরের সাথে লম্ব, শিয়ার স্ট্রেন, এই বিন্দু থেকে বিকিরণ করে। যাইহোক, তিনটি পারস্পরিক লম্ব দিকনির্দেশের একটি সেটে স্ট্রেনের স্বাভাবিক এবং শিয়ার উপাদানগুলি জানা যথেষ্ট।

স্ট্রেন ব্যবস্থা

স্ট্রেন, বা স্থানীয় বিকৃতির পরিমাণের উপর নির্ভর করে, বিকৃতির বিশ্লেষণ তিনটি বিকৃতি তত্ত্বে বিভক্ত:

• সসীম স্ট্রেন তত্ত্ব, যাকে বড় স্ট্রেন তত্ত্ব, বৃহৎ বিকৃতি তত্ত্বও বলা হয়, এমন বিকৃতি নিয়ে কাজ করে যেখানে ঘূর্ণন এবং স্ট্রেন উভয়ই নির্বিচারে বড়। এই ক্ষেত্রে, ধারাবাহিকতার অবিকৃত এবং বিকৃত কনফিগারেশনগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে আলাদা এবং তাদের মধ্যে একটি স্পষ্ট পার্থক্য করতে হবে। এটি সাধারণত ইলাস্টোমার, প্লাস্টিক-বিকৃত পদার্থ এবং অন্যান্য তরল এবং জৈবিক নরম টিস্যুর ক্ষেত্রে হয়।
• অসীম স্ট্রেন তত্ত্ব, যাকে ছোট স্ট্রেন তত্ত্ব, ছোট বিকৃতি তত্ত্ব, ছোট স্থানচ্যুতি তত্ত্ব, বা ছোট স্থানচ্যুতি-গ্রেডিয়েন্ট তত্ত্বও বলা হয় যেখানে স্ট্রেন এবং ঘূর্ণন উভয়ই ছোট। এই ক্ষেত্রে, শরীরের অবিকৃত এবং বিকৃত কনফিগারেশন অভিন্ন অনুমান করা যেতে পারে। অসীম স্ট্রেন তত্ত্বটি স্থিতিস্থাপক আচরণ প্রদর্শনকারী উপাদানগুলির বিকৃতির বিশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়, যেমন যান্ত্রিক এবং সিভিল ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে পাওয়া সামগ্রী, যেমন কংক্রিট এবং ইস্পাত।
• বৃহৎ-স্থানচ্যুতি বা বৃহৎ-ঘূর্ণন তত্ত্ব, যা ছোট স্ট্রেনকে অনুমান করে কিন্তু বড় ঘূর্ণন এবং স্থানচ্যুতি।

এই তত্ত্বগুলির প্রতিটিতে স্ট্রেনকে ভিন্নভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। ইঞ্জিনিয়ারিং স্ট্রেন হল মেকানিক্যাল এবং স্ট্রাকচারাল ইঞ্জিনিয়ারিং-এ ব্যবহৃত উপকরণগুলির জন্য প্রয়োগ করা সবচেয়ে সাধারণ সংজ্ঞা, যা খুব ছোট বিকৃতির শিকার হয়। অন্যদিকে, কিছু উপাদানের জন্য, যেমন ইলাস্টোমার এবং পলিমার, বৃহৎ বিকৃতির সাপেক্ষে, স্ট্রেনের ইঞ্জিনিয়ারিং সংজ্ঞা প্রযোজ্য নয়, যেমন 1%-এর বেশি সাধারণ ইঞ্জিনিয়ারিং স্ট্রেন, এইভাবে স্ট্রেনের আরও জটিল সংজ্ঞা প্রয়োজন, যেমন প্রসারিত, লগারিদমিক স্ট্রেন, সবুজ স্ট্রেন, এবং আলমানসি স্ট্রেন ।

ইঞ্জিনিয়ারিং স্ট্রেন যা কচি স্ট্রেন নামেও পরিচিত তা বস্তুগত শরীরের প্রাথমিক মাত্রার সাথে মোট বিকৃতির অনুপাত হিসাবে প্রকাশ করা হয় যার উপর বল প্রয়োগ করা হয়। প্রকৌশলগত স্বাভাবিক স্ট্রেন বা ইঞ্জিনিয়ারিং এক্সটেনশনাল স্ট্রেন বা নামমাত্র স্ট্রেন e একটি উপাদান রেখার উপাদান বা অক্ষীয়ভাবে লোড করা ফাইবারকে লাইন উপাদান বা তন্তুগুলির আসল দৈর্ঘ্য L প্রতি ইউনিট ΔL এর পরিবর্তন হিসাবে প্রকাশ করা হয়। উপাদান তন্তুগুলি প্রসারিত হলে স্বাভাবিক স্ট্রেন ধনাত্মক এবং সংকুচিত হলে ঋণাত্মক হয়। এইভাবে, আমরা আছে

$\ e={\frac {\Delta L}{L}}={\frac {l-L}{L}}$

যেখানে e হল ইঞ্জিনিয়ারিং স্বাভাবিক স্ট্রেন, L হল ফাইবারের আসল দৈর্ঘ্য এবং l হল ফাইবারের চূড়ান্ত দৈর্ঘ্য। স্ট্রেন পরিমাপ প্রায়ই অংশ প্রতি মিলিয়ন বা microstrains প্রকাশ করা হয়.

সত্যিকারের শিয়ার স্ট্রেনটিকে অপরিবর্তিত বা প্রাথমিক কনফিগারেশনে দুটি বস্তুগত রেখা উপাদানের মধ্যে কোণের (রেডিয়ানে) পরিবর্তন হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। ইঞ্জিনিয়ারিং শিয়ার স্ট্রেনকে সেই কোণের স্পর্শক হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় এবং বল প্রয়োগের সমতলে লম্ব দৈর্ঘ্য দ্বারা বিভক্ত সর্বোচ্চ বিকৃতির দৈর্ঘ্যের সমান যা কখনও কখনও গণনা করা সহজ করে তোলে।

প্রসারিত অনুপাত

স্ট্রেচ রেশিও বা এক্সটেনশন রেশিও হল একটি ডিফারেনশিয়াল লাইন এলিমেন্টের এক্সটেনশনাল বা সাধারন স্ট্রেনের একটি পরিমাপ, যা হয় অপরিবর্তিত কনফিগারেশন বা বিকৃত কনফিগারেশনে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে। এটি উপাদান রেখার চূড়ান্ত দৈর্ঘ্য l এবং প্রাথমিক দৈর্ঘ্য L এর মধ্যে অনুপাত হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

$\ \lambda ={\frac {l}{L}}$

এক্সটেনশন অনুপাত প্রায় ইঞ্জিনিয়ারিং স্ট্রেনের সাথে সম্পর্কিত

$\ e={\frac {l-L}{L}}=\lambda -1$

এই সমীকরণটি বোঝায় যে স্বাভাবিক স্ট্রেনটি শূন্য, যাতে প্রসারিত একতার সমান হলে কোন বিকৃতি না হয়।

স্ট্রেচ রেশিও এমন পদার্থের বিশ্লেষণে ব্যবহৃত হয় যা বড় বিকৃতি প্রদর্শন করে, যেমন ইলাস্টোমার, যা ব্যর্থ হওয়ার আগে 3 বা 4 এর প্রসারিত অনুপাত বজায় রাখতে পারে। অন্যদিকে, কংক্রিট বা স্টিলের মতো ঐতিহ্যবাহী প্রকৌশল উপকরণ অনেক কম প্রসারিত অনুপাতে ব্যর্থ হয়।

লগারিদমিক স্ট্রেন ε, যাকে সত্য স্ট্রেন বা হেনকি স্ট্রেনও বলা হয়। একটি ক্রমবর্ধমান স্ট্রেন বিবেচনা করা (লুডউইক)

$\ \delta \varepsilon ={\frac {\delta l}{l}}$

বিকৃতির প্রকারভেদ

স্থিতিস্থাপক বিকৃতি

এই ধরনের বিকৃতি সহজে ফেরত আনা সম্ভব। বল সরিয়ে নিলে বস্তু তার প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে যায়। As the name implies, elastic (rubber) has a rather large elastic deformation range. The thermoplastics and metals have moderate elastic deformation ranges while ceramics, crystals, and hard thermosetting polymers undergo almost no elastic deformation. Malleable materials do not undergo elastic deformation.