ड्यूक विश्वविद्यालय में मैकेनिकल इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान के प्रोफेसर जॉन डोलबो और अर्बाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय में सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग के प्रोफेसर ऑस्कर लोपेज़-पामीज़ ने सामग्री की विफलता को बेहतर ढंग से समझने और भविष्यवाणी करने के लिए कम्प्यूटेशनल फ्रैक्चर यांत्रिकी पर सहयोग किया है।उनकाकाममें प्रकाशित किया गया हैजर्नल ऑफ़ द मैकेनिक्स एंड फिजिक्स ऑफ़ सॉलिड्स.

उनके शोध के केंद्र में निर्माण, विनिर्माण और यहां तक ​​कि चिकित्सा अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण निहितार्थों के साथ भंगुर सामग्री की ताकत का परीक्षण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सदियों पुराने फॉर्मूले को सही करने की आशा है।दशकों पहले, ब्राज़ीलियाई परीक्षण भंगुर सामग्रियों के टूटने के बिंदु को मापने के लिए बनाया गया था, लेकिन इसका इतिहास एक असंभव कार्य में निहित है।

फर्नांडो एल.एल.बी."लोबो" कार्नेइरो

(1913-2001) ने वस्तुतः एक चौराहे पर ब्राजीलियाई परीक्षण की स्थापना की।20वीं सदी के मध्य में रियो डी जनेरियो में, एक समुदाय को एक महत्वपूर्ण चौराहे पर खड़े चर्च को स्थानांतरित करने की आवश्यकता थी।और यदि वे इसका पता नहीं लगा सके, तो बारोक इमारत को ध्वस्त करना होगा।कार्नेइरो पर इस बड़े ऑपरेशन के समाधान के लिए इंजीनियरिंग का आरोप लगाया गया था, और चर्च के विनाश से बचने के लिए, उन्होंने इसके नीचे कंक्रीट रोलर्स लगाने का प्रस्ताव रखा ताकि वे चर्च को उसके नए स्थान पर रोल करके स्थानांतरित कर सकें।

लेकिन सबसे पहले, रोलर्स का परीक्षण करना आवश्यक था।

संपीड़न में कंक्रीट डिस्क का परीक्षण करते समय, कार्नेइरो ने देखा कि जैसे-जैसे भार बढ़ता गया, डिस्क में बीच से ठीक नीचे दो टुकड़ों में विभाजित होने की प्रवृत्ति थी।वह तुरंत समझ गया कि क्या हो रहा था;हालाँकि डिस्क को लंबवत रूप से संपीड़ित किया जा रहा था, उन्हें क्षैतिज दिशा में भी तनाव में रखा जा रहा था।

चूँकि कंक्रीट संपीड़न की तुलना में तनाव में अपेक्षाकृत कमजोर है, विफलता का यह तरीका सबसे पहले शुरू हुआ था।कार्नेइरो ने गलती से चट्टानों जैसी कंक्रीट जैसी सामग्रियों की तन्य शक्ति को अप्रत्यक्ष रूप से मापने का एक सरल तरीका खोज लिया था।इस प्रकार "ब्राज़ीलियाई परीक्षण" का जन्म हुआ, जो भंगुर सामग्रियों के लिए एक मानक परीक्षण है जो 1943 में कार्नेइरो द्वारा पहली बार पेश किए जाने के बाद से उपयोग में है।

परीक्षण सामग्री की एक डिस्क को फ्रैक्चर होने तक संपीड़ित करने के लिए दो कठोर प्लेटों का उपयोग करता है, और नमूना तैयार करने और भार के अनुप्रयोग में आसानी के कारण इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

पिछले कुछ दशकों में यह परीक्षण काफी बहस का विषय भी रहा है।उदाहरण के लिए, परीक्षण में दर्ज चरम बल से ताकत निकालने के लिए पेश किया गया सुरुचिपूर्ण फॉर्मूला कार्नेइरो को एएसटीएम इंटरनेशनल द्वारा संशोधित किया गया है।कुछ शोधकर्ताओं ने यह भी सुझाव दिया है कि परीक्षण तब तक वैध नहीं है जब तक कि नमूने के ठीक बीच में विफलता शुरू न हो जाए, न कि उन प्लेटों के पास जहां भार लगाया जाता है।

यह सब इस गलतफहमी के कारण है कि सामग्री कैसे विफल होती है और ताकत और दरारों की अचानक उपस्थिति के बीच परस्पर क्रिया होती है, कम से कम हाल के शोध के अनुसार जो कार्नेइरो की विधि के मूल में सूत्र को सही करने का प्रयास करता है।

लोपेज़-पैमिस ने कहा, "हमारी प्रजाति लंबे समय से फ्रैक्चर को समझने की कोशिश कर रही है।""जब चीज़ों पर पर्याप्त मात्रा में बल लगाया जाता है, तो अंततः वे टूट जाती हैं, ठीक है? इसका ठोस पदार्थों से संबंधित हर चीज़ पर प्रभाव पड़ता है।"

लोपेज़-पैमीज़ के अनुसार, ब्राज़ीलियाई परीक्षण पोस्टर चाइल्ड है जो दर्शाता है कि लोगों ने फ्रैक्चर के बारे में क्या सोचा है, जो हमेशा के लिए महसूस होता है।परीक्षण में "बहुत महत्वपूर्ण गलतफहमियां हैं जिन्हें शोधकर्ता अभी भी लागू करते हैं, लेकिन उन्हें गलत निष्कर्ष मिलेंगे क्योंकि इसका आधार गलत है।"

डॉल्बो और लोपेज़-पैमीज़ भौतिक ताकत की पारंपरिक समझ और दरारों की अचानक उपस्थिति के साथ एक बुनियादी मुद्दे की पहचान करते हैं, एक सैद्धांतिक ढांचे की आवश्यकता पर जोर देते हैं जो इन घटनाओं का सटीक वर्णन करता है।उनका तर्क है कि ग़लतफ़हमियाँ तब पैदा होती हैं जब तनाव लागू होने पर केवल तनाव पर ध्यान केंद्रित किया जाता है और फ्रैक्चर होता है, जो वास्तव में सिर्फ एक अदिश राशि है।

लोपेज़-पामीज़ ने समझाया, "यदि आप सिस्टम में बलों या तनाव की निगरानी करने में सक्षम थे, तो अकेले यह आपको नहीं बताएगा कि दरारें कब दिखाई देती हैं।""इसलिए एकल आयाम बनाम एकाधिक आयामों के बारे में गलत धारणाएं हैं क्योंकि यह ब्राजीलियाई परीक्षण से संबंधित है।"इस पद्धति के यांत्रिक कार्यों का उन क्षेत्रों में भी प्रभाव पड़ता है जो चिकित्सा जैसे इंजीनियरिंग के साथ मिलकर काम करते हैं।

डॉल्बो एक उदाहरण के रूप में लिथोट्रिप्सी को सामने लाता है।चिकित्सा प्रक्रियाडॉक्टरों द्वारा ब्रेकअप के लिए उपयोग किया जाता हैगुर्दे की पथरीऔर उनके शोध की दिशा के बारे में बहुत कुछ बताता हैभौतिक विफलता.उनका कहना है कि यह प्रक्रिया उनके शोध की रूपरेखा को समझने में महत्वपूर्ण है क्योंकि इस मामले में फ्रैक्चर वांछित परिणाम है।

"हम अपनी प्रयोगशाला में बेगोस्टोन नामक एक विशेष सामग्री के साथ काम करते हैं क्योंकि यहयांत्रिक विशेषताएंगुर्दे की पथरी के बहुत करीब हैं," उन्होंने समझाया।

अपने बेगोस्टोन नमूनों की तन्यता ताकत को मापने और मापने के लिए इसका उपयोग करते समय अंततः उन्हें ब्राजीलियाई परीक्षण के पीछे की गलतफहमियों का एहसास हुआ।

परिणाम अन्य मापों से बिल्कुल भी मेल नहीं खाते थे, इसलिए उन्होंने परीक्षण के पीछे की धारणाओं पर ही सवाल उठाना शुरू कर दिया।उन्होंने बहुत जल्दी पता लगा लिया कि संपीड़न और तनाव की संयुक्त स्थिति वास्तव में मायने रखती है, और इस तथ्य को दशकों से अनदेखा किया गया है।डॉल्बो ने कहा, "कार्नेइरो का फॉर्मूला "काफी करीब है, लेकिन कुछ मामलों में, त्रुटियां महत्वपूर्ण हो सकती हैं।"

उनका शोध जो प्रस्तावित करता है वह सूत्र में एक सरल संशोधन है जो भौतिक गुणों के अधिक सटीक आकलन को जन्म दे सकता है, जिससे निर्माण, विनिर्माण और चिकित्सा प्रक्रियाओं में सामग्रियों का चयन और उपयोग कैसे प्रभावित होता है।महत्वपूर्ण रूप से, संशोधन परीक्षण को वैध बनाने की अनुमति देता है, चाहे दरारें नमूने के बीच में शुरू हों या प्लेटों के पास जहां भार लगाया जाता है।

इसके अलावा, डॉल्बो और लोपेज़-पामिस शोधकर्ताओं और चिकित्सकों द्वारा तन्य शक्ति को मापने और सामग्री विफलता की भविष्यवाणी करने के तरीके में एक संभावित बदलाव का सुझाव देते हैं।यह बदलाव फ्रैक्चर मैकेनिक्स सिद्धांत और विभिन्न उद्योगों में इसके अनुप्रयोग में प्रगति का मार्ग प्रशस्त कर सकता है, लेकिन यह अंततः इंजीनियरिंग प्रथाओं में नवीन विचारों की आवश्यकता को रेखांकित करता है जो यथास्थिति को चुनौती देते हैं।

अधिक जानकारी:आदित्य कुमार और अन्य, ब्राजीलियाई फ्रैक्चर परीक्षण की ताकत,जर्नल ऑफ़ द मैकेनिक्स एंड फिजिक्स ऑफ़ सॉलिड्स(2023)।डीओआई: 10.1016/जे.जेएमपीएस.2023.105473