অস্থিতিস্থাপকতা (নমনীয় পদার্থ)

থাম্বা

থাম্বা

পদার্থবিজ্ঞানের আলোচনায় কোনও কঠিন কিন্তু নমনীয় উপাদানের অস্থিতিস্থাপকতা (Plasticity) বলতে ঐ উপাদানের উপর বাইরে থেকে বল প্রয়োগ করা হলে সেটির স্থায়ী ও অপ্রত্যাবর্তী রূপবিকার (আকার-আকৃতির পরিবর্তন) হবার যান্ত্রিক ধর্মটিকে নির্দেশ করা হয়। যেমন কোনও কঠিন ধাতুখণ্ডকে বাঁকালে বা হাতুড়ি দিয়ে পেটালে সেটির আকৃতি সেটি স্থায়ীভাবে বিকৃত হয়ে যায়, কেননা এটির অভ্যন্তরে স্থায়ী পরিবর্তন ঘটে। এর কাছাকাছি কিন্তু বিরল আরেকটি ঘটনা হল অস্থায়ী অস্থিতিস্থাপকতা (Anelasticity), যেখানে প্রযুক্ত বল অপসারণ করার পর রূপবিকারগ্রস্ত উপাদানটি তাৎক্ষণিকভাবে নয়, বরং কিছু সময় পরে আদি আকার-আকৃতিতে ফেরত যায়।

সাধারণত কোনও উপাদানের উপরে বাইরে থেকে বল (টানা বল বা সংকোচক বল) প্রয়োগ করলে সেটির আকৃতির পরিবর্তন ঘটে ও রূপবিকার শুরু হয়। এই রূপবিকারটি একটি সীমা পর্যন্ত স্থিতিস্থাপকতা প্রদর্শন করে, অর্থাৎ ধাতুর রূপবিকারটি অস্থায়ী ও প্রত্যাবর্তী আচরণ প্রদর্শন করে ও বল অপসারণ করলে ধাতুটি তার আদি আকৃতিতে ফেরত আসে। এই সীমাটিকে পদার্থটির স্থিতিস্থাপক সীমা (Elastic limit) বলে। কিন্তু স্থিতিস্থাপক সীমা অতিক্রম করলে পদার্থটি আর তার আগের আকৃতিতে ফেরত আসে না, বরং তার রূপবিকার একটি স্থায়ী রূপ ধারণ করে; পদার্থের এই ধর্মটিকেই অস্থিতিস্থাপকতা বলে। পদার্থের স্থিতিস্থাপক আচরণ থেকে অস্থিতিস্থাপক আচরণে রূপান্তরের ঘটনাটি প্রকৌশলে নতি (Yielding) হিসাবে পরিচিত ।

বেশিরভাগ উপাদান পদার্থেই, বিশেষ করে ধাতু, মৃত্তিকা, শিলা , কংক্রিট এবং ফেনাতে অস্থিতিস্থাপক রূপবিকার পরিলক্ষিত হয়। বিভিন্ন ধরনের ভৌত প্রক্রিয়া অস্থিতিস্থাপক রূপবিকার ঘটাতে পারে। ধাতুতে অস্থিতিস্থাপকতা সাধারণত স্থানচ্যুতির পরিণতি। এই ধরনের ত্রুটিগুলি সিংহভাগ স্ফটিক-জাতীয় পদার্থের মধ্যে তুলনামূলকভাবে বিরল। কোষীয় উপাদান যেমন তরল ফেনা বা জৈবিক দেহকলাতে অস্থিতিস্থাপকতা প্রধানত বুদবুদ বা কোষের পুনর্বিন্যাসের (বিশেষত টি১ প্রক্রিয়াগুলির) ফলাফল।

অনেক নমনীয় ধাতু একটি নমুনায় প্রথমে একটি স্থিতিস্থাপক আচরণ করবে। ভারের বৃদ্ধির সাথে সাথে আনুপাতিক হারে প্রসারণ হয়ে থাকে। যখন ভার সরানো হয়, টুকরাটি তার আসল আকৃতিতে ফিরে আসে। যখন ভার একটি স্থিতিস্থাপক সীমা অতিক্রম করলে স্থিতিস্থাপক অঞ্চলের তুলনায় প্রসারণ আরও দ্রুত বৃদ্ধি পায়। এমতাবস্থায় যখন বল সরানো হয়, কিছু মাত্রায় প্রসারণ অবশিষ্ট থেকে যায়।

স্থিতিস্থাপক রূপবিকারেরর গুণমান নির্ভর করে বিবেচিত সময় এবং বলের গতির উপর। যদি বিপরীত গ্রাফে নির্দেশিত বিকৃতিতে স্থিতিস্থাপক বিকৃতি অন্তর্ভুক্ত থাকে তবে এটি প্রায়শই "ইলাস্টো-প্লাস্টিক বিকৃতি" বা "ইলাস্টিক-প্লাস্টিক বিকৃতি" হিসাবেও উল্লেখ করা হয়।

যে উপাদানের নিখুঁত নমনীয়তা চাপ বা লোড বৃদ্ধি ছাড়াই অপরিবর্তনীয় বিকৃতির মধ্য দিয়ে যায়। যে উপাদানগুলি যেগুলি পূর্বের বিকৃতি দ্বারা শক্ত হয়ে গেছে ,সেগুলো আরও বিকৃত করার জন্য ক্রমবর্ধমান উচ্চ চাপের প্রয়োজন হতে পারে। সাধারণত প্লাস্টিকের বিকৃতিও বিকৃতির গতির উপর নির্ভর করে, অর্থাৎ বিকৃতির হার বাড়াতে উচ্চ চাপ প্রয়োগ করতে হয়। এই জাতীয় উপকরণগুলিকে "সান্দ্র-অস্থিতিস্থাপকভাবে রূপবিকারগ্রস্ত" বলে বলা হয় ।

বৈশিষ্ট্য

স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে পীড়ন বিকৃতির সমানুপাতিক।

কার্য পদ্ধতি

তামার মধ্যে একটি গোলাকার ন্যানোইন্ডেন্টারের নীচে প্লাস্টিসিটি। আদর্শ জালি অবস্থানের সমস্ত কণা বাদ দেওয়া হয় এবং রঙ কোডটি ভন মিসেস পীড়ন ক্ষেত্রকে নির্দেশ করে।

ধাতুতে নমনীয়তা

বিশুদ্ধ ধাতুর একটি স্ফটিকের নমনীয়তা প্রাথমিকভাবে স্ফটিক জালিতে দুটি বিকৃতির কারণে ঘটে।এরা হলো: স্লিপ এবং টুইনিং । স্লিপ হল একটি শিয়ার বিকৃতি যা পরমাণুকে তাদের প্রাথমিক অবস্থানের থেকে আন্তঃপরমাণু দূরত্বের মধ্য দিয়ে স্থানান্তর করে। টুইনিং হল প্লাস্টিকের বিকৃতি যা একটি প্রদত্ত ধাতুর অংশে প্রয়োগ করা শক্তির কারণে দুটি সমতল বরাবর ঘটে।

বেশির ভাগ ধাতু ঠাণ্ডার চেয়ে গরম হলে বেশি নমনীয়তা দেখায়। সীসা কক্ষ তাপমাত্রায় পর্যাপ্ত প্লাস্টিকতা দেখায়। বেশীরভাগ ধাতু গরম করার মাধ্যমে প্লাস্টিক রেন্ডার করা হয়।

বিপরীত নমনীয়তা

ন্যানোস্কেলে ধাতুগুলিতে প্রাথমিক নমনীয়তা বিকৃতিটি বিপরীতমুখী।শেপ-মেমরি অ্যালয় নমনীয়তার একটি বিপরীতমুখী রূপ প্রদর্শন করে।একে আরও সঠিকভাবে সিউডোইলাস্টিসিটি বলা হয়।

মাইক্রোপ্লাস্টিসিটি

মাইক্রোপ্লাস্টিসিটি বা মাইক্রো নমনীয়তা ধাতুগুলির একটি স্থানীয় ঘটনা। এটি চাপেরজন্য ঘটে। এখানে, ধাতুটি সম্পূর্ণ ইলাস্টিক ডোমেনে থাকে যখন কিছু স্থানীয় এলাকা প্লাস্টিকের ডোমেনে থাকে।

নিরাকার উপকরণ

উন্মাদনা

নিরাকার পদার্থে, "অবস্থান" এর আলোচনাটি প্রযোজ্য নয়।যেহেতু সম্পূর্ণ উপাদানের দীর্ঘ পরিসরের ক্রম নেই। এই উপকরণগুলি এখনও প্লাস্টিকের বিকৃতির মধ্য দিয়ে যেতে পারে। যেহেতু পলিমারের মতো নিরাকার পদার্থগুলি সুশৃঙ্খল নয় তাই এগুলিতে প্রচুর পরিমাণে মুক্ত আয়তন বা নষ্ট স্থান রয়েছে। এই উপাদানগুলিকে উত্তেজনায় টানলে এই অঞ্চলগুলি খুলে যায় এবং উপকরণগুলিকে একটি অস্পষ্ট চেহারা দিতে পারে। এই অস্পষ্টতা উন্মত্ততার ফলাফল।এখানে উচ্চ হাইড্রোস্ট্যাটিক পীড়ন অঞ্চলে উপাদানের মধ্যে ফাইব্রিল তৈরি হয় । উপাদান একটি আদেশকৃত চেহারা থেকে স্ট্রেন এবং প্রসারিত চিহ্ন একটি প্যাটার্ন যেতে পারে যেটাকে "পাগল" প্যাটার্ন বলে আখ্যা করা হয়।

সেলুলার উপকরণ

স্টিতিস্টাপক সীমা অতিক্রম করলে এই উপকরণগুলি বিকৃত হয়। এটি খোলা সেল ফোমের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। ফোমগুলি প্লাস্টিকের ফলন পয়েন্ট সহ যে কোনও উপাদান দিয়ে তৈরি করা যেতে পারে ।এর মধ্যে অনমনীয় পলিমার এবং ধাতু রয়েছে। যখন ফেনার ঘনত্বের সাথে পদার্থের ঘনত্বের অনুপাত ০.৩ এর কম হয় তখনই ফোমকে বিম হিসাবে মডেল করার এই পদ্ধতিটি বৈধ । এর কারণ হল বিমগুলি বাঁকানোর পরিবর্তে অক্ষীয়ভাবে ফল দেয়।

মাটি ও বালি

মাটি, বিশেষ করে কাদামাটি, লোডের অধীনে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে স্থিতিস্থাপকতা প্রদর্শন করে। মাটির মধ্যে নমনীয়তার কারণ বেশ জটিল হতে পারে এবং এটি দৃঢ়ভাবে মাইক্রোস্ট্রাকচার, রাসায়নিক গঠন, এবং জল কন্টেন্ট উপর নির্ভর করে। মাটির মধ্যে প্লাস্টিকের আচরণ প্রাথমিকভাবে সংলগ্ন শস্যের ক্লাস্টারগুলির পুনর্বিন্যাসের কারণে ঘটে।

ফলন মানদণ্ড

ভন মিসেস মানদণ্ডের সাথে ট্রেসকা মানদণ্ডের তুলনা।

উপরে উল্লিখিত হিসাবে যদি চাপ একটি নির্দিষ্ট মান অতিক্রম করে, তাহলে উপাদানটি বিকৃতির মধ্য দিয়ে যাবে। এই সমালোচনামূলক চাপ প্রসার্য বা সংকোচনশীল হতে পারে। ট্রেসকা এবং ভন মিসেস মানদণ্ড সাধারণত একটি উপাদান ফলন হয়েছে কিনা তা নির্ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়।প্রমাণিত হয়েছে যে, এই মানদণ্ডগুলি একটি বৃহৎ পরিসরের উপকরণের জন্য অপর্যাপ্ত প্রমাণিত হয়েছে এবং অন্যান্য বেশ কয়েকটি ফলনের মানদণ্ডও ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা হচ্ছে।

গ্রন্থপঞ্জি

• Ashby, M. F. (২০০১)। "Plastic Deformation of Cellular Materials"। Encyclopedia of Materials: Science and Technology। 7। Oxford: Elsevier। পৃষ্ঠা 7068–7071। আইএসবিএন 0-08-043152-6। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
• Han, W.; Reddy, B. D. (২০১৩)। Plasticity: Mathematical Theory and Numerical Analysis (2nd সংস্করণ)। New York: Springer। আইএসবিএন 978-1-4614-5939-2। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
• Kachanov, L. M. (২০০৪)। Fundamentals of the Theory of Plasticity। Dover Books। আইএসবিএন 0-486-43583-0। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
• Khan, A. S.; Huang, S. (১৯৯৫)। Continuum Theory of Plasticity। Wiley। আইএসবিএন 0-471-31043-3। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
• Simo, J. C.; Hughes, T. J. (১৯৯৮)। Computational Inelasticity। Springer। আইএসবিএন 0-387-97520-9। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
• Van Vliet, K. J. (২০০৬)। "Mechanical Behavior of Materials"। MIT Course Number 3.032। Massachusetts Institute of Technology। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)