इंजीनियरिंग में अक्षीय भार को समझना

एक इंजीनियरिंग छात्र या इंजीनियर के रूप में, आप जानते हैं कि संरचनाओं के लिए विभिन्न प्रकार के भारों को संभालने में सक्षम होना कितना महत्वपूर्ण है।

लेकिन क्या आपने कभी उन अनोखी समस्याओं के बारे में सोचा है जो अक्षीय भार प्रस्तुत करती हैं? अपरूपण बल, मरोड़ भार और झुकने भार के विपरीत, अक्षीय भार संरचना के अक्ष के साथ सीधे बल लागू करता है।

इसका मतलब यह है कि संरचनाओं को डिजाइन, निर्माण और रखरखाव करते समय, चीजों का एक नया सेट ध्यान में रखा जाना चाहिए।

इस लेख में, मैं अक्षीय भार के बारे में विस्तार से बताऊंगा और इस महत्वपूर्ण बल को संभालने वाली संरचनाओं के निर्माण के लिए आपको जो कुछ भी जानने की जरूरत है, उसे कवर करूंगा।

तो कमर कस लें, और चलिए शुरू करते हैं!.

अक्षीय भार का परिचय

औपचारिक परिभाषा:

एक बल जिसके परिणामस्वरूप एक विशेष खंड के केन्द्रक के माध्यम से गुजरता है और अनुभाग के विमान के लंबवत होता है।

अक्षीय भार एक प्रकार का भार है जो एक संरचनात्मक सदस्य पर अपनी धुरी के साथ दबाव डालता है।

कतरनी बल, मरोड़ भार और झुकने वाले भार के विपरीत, अक्षीय भार तनाव या कतरनी बल की तुलना में अधिक संकुचित तनाव पैदा करता है।

शियर फोर्स, टॉर्सनल लोड और बेंडिंग लोड: अंतर

अपरूपण बल के कारण तनाव किसी वस्तु के तल के साथ फैल जाता है, जबकि मरोड़ वाला भार तनाव को वस्तु के अनुदैर्ध्य अक्ष के चारों ओर फैलाने का कारण बनता है।

जब कोई भार झुकता है, तो यह सामान्य तनाव और अनुप्रस्थ कतरनी तनाव पैदा करता है।

सामान्य तनाव में अक्षीय और अनुप्रस्थ दोनों तनाव शामिल होते हैं, जबकि अनुप्रस्थ कतरनी तनाव में मरोड़ और अनुप्रस्थ कतरनी तनाव दोनों शामिल होते हैं।

अक्षीय भार का महत्व

अक्षीय भार महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे इम्प्लांट की संरचना और उसके आसपास की हड्डी दोनों को बदल सकते हैं।

इंजीनियरिंग में, अक्षीय भार कॉलम, बीम और ट्रस बनाने का एक बहुत ही महत्वपूर्ण हिस्सा है।

बायोमेकॅनिक्स में, अक्षीय भार बदल सकता है कि हड्डियां कैसे चलती हैं, जो अन्य चोटों के बीच फ्रैक्चर या संयुक्त प्रतिस्थापन का कारण बन सकती है।

इस वजह से, इंजीनियरिंग और चिकित्सा दोनों में यह समझना महत्वपूर्ण है कि अक्षीय भार कैसे काम करता है।

अक्षीय लोडिंग और अनुप्रस्थ लोडिंग के बीच अंतर

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संरचनात्मक सदस्य और अक्षीय भार

ट्रस और कॉलम दो सामान्य प्रकार के संरचनात्मक सदस्य हैं जो ज्यादातर अक्षीय भार ले जाने के लिए बनाए जाते हैं।

ट्रस: लक्षण और अनुप्रयोग

ट्रस संरचनात्मक सदस्य होते हैं जो अपने सदस्यों में अक्षीय बलों को ले जाने के लिए बने होते हैं।

सबसे खराब स्थिति भार और लोड संयोजनों के आधार पर ये बल तनाव, संपीड़न या प्रतिवर्ती तनाव/संपीड़न हो सकते हैं।

ट्रस सदस्य वजन की समान मात्रा का समर्थन करने के लिए कम सामग्री का उपयोग करते हैं।

यह उन्हें उन पुलों या छतों के लिए बहुत अच्छा बनाता है जिन्हें मजबूत होने की आवश्यकता होती है लेकिन बहुत भारी नहीं।

लेकिन ट्रस सदस्य स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र हैं और केवल एक दिशा में भार ले जा सकते हैं।

इसका मतलब यह है कि वे इतने मजबूत नहीं हैं कि वे उन भारों का सामना कर सकें जो अगल-बगल या झुकते हैं।

कॉलम: लक्षण और अनुप्रयोग

कॉलम स्टील बिल्डिंग फ्रेम के लंबवत भाग होते हैं जो फर्श गर्डर्स या फर्श को पकड़ते हैं जो भारी अक्षीय संपीड़न भार के अधीन होते हैं।

वे ज्यादातर कंप्रेसिव अक्षीय भार का विरोध करने के लिए बनाए जाते हैं, लेकिन उन्हें कैसे सेट किया जाता है और कैसे बनाया जाता है, इसके आधार पर वे झुकने और कतरनी बलों का भी विरोध कर सकते हैं।

कॉलम गोल, चौकोर या आयताकार हो सकते हैं, और वे कंक्रीट, स्टील, या लकड़ी, अन्य चीजों से बने हो सकते हैं।

फ़्रेम सदस्य: विशेषताएँ और अनुप्रयोग

उन्हें कैसे स्थापित और बनाया जाता है, इस पर निर्भर करते हुए, बीम और स्तंभ अपनी लंबाई के साथ अनुप्रस्थ और अक्षीय भार दोनों ले सकते हैं।

वे अक्सर भवन और निर्माण परियोजनाओं में फर्श, छतों और दीवारों को पकड़ने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

लेकिन, ट्रस सदस्यों के विपरीत, फ्रेम सदस्यों को केवल अक्षीय भार का समर्थन नहीं करना पड़ता है; वे अनुप्रस्थ भार का भी समर्थन कर सकते हैं।

अधिकतम अक्षीय भार का निर्धारण

संरचना का निर्माण करते समय, यह जानना महत्वपूर्ण है कि एक निश्चित सदस्य या संरचना कितना अक्षीय भार संभाल सकती है।

स्तंभों के लिए अधिकतम अक्षीय भार की गणना करना

यह पता लगाने के लिए कि एक स्तंभ कितना अक्षीय भार संभाल सकता है, आप इसके KL/r का पता लगा सकते हैं और फिर तालिका में cFcr का मान देख सकते हैं।

कॉलम के क्रॉस-सेक्शन में तनाव समीकरण एपी = एफ का उपयोग करके पाया जा सकता है, जहां एफ को पूरे क्रॉस-सेक्शन में समान माना जाता है।

बकलिंग को कॉलम के लिए विफलता सीमा स्थिति के रूप में जाना जाता है, और समीकरण कॉलम (3.1) के लिए महत्वपूर्ण बकलिंग लोड पीसीआर देता है।

लेकिन किसी दिए गए कॉलम के लिए महत्वपूर्ण बकलिंग लोड को पूरी तरह से समझने के लिए, आपको अधिक समीकरणों और विधियों की आवश्यकता होती है, और डिज़ाइन को ध्यान में रखना चाहिए कि कॉलम कैसे समाप्त होता है और सामग्री के गुण।

अधिकतम भार वहन क्षमता का अनुमान

एक स्टील डिजाइन करना और अंतःक्रियात्मक अनुपात को देखना एक अच्छा तरीका है जिससे एक सदस्य द्वारा उठाए जा सकने वाले अधिकतम वजन का अंदाजा लगाया जा सकता है।

इंटरेक्शन अनुपात एक सदस्य द्वारा उठाए जा सकने वाले अधिकतम वजन और वास्तव में कितना वजन वहन कर रहा है, के बीच का अनुपात है।

उस अनुपात का पारस्परिक आपको बताता है कि टूटने से पहले प्रत्येक सदस्य कितना अधिक वजन उठा सकता है।

यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि यह विधि केवल अनुमान देती है।

एक सदस्य द्वारा वहन किया जा सकने वाला वास्तविक अधिकतम भार परिकलित मान से कम या अधिक हो सकता है।

अधिकतम अक्षीय भार के लिए डिजाइनिंग

संरचनाओं को डिजाइन करते समय, सदस्यों का आकार मोटे तौर पर वास्तु चित्र और अन्य प्रासंगिक दस्तावेजों के आधार पर होता है, और अधिकांश कोड और अन्य सिविल इंजीनियरिंग साहित्य से जानकारी का उपयोग करके उनके वजन का पता लगाया जाता है।

लेकिन महत्वपूर्ण भार को संभालने के लिए संरचनाओं का निर्माण किया जाना चाहिए, जो कि सबसे बड़ा भार है जो उन पर कार्य कर सकता है।

यह उन सभी भारों को जोड़कर किया जाता है जो एक संरचना अपने जीवनकाल में ले जा सकती है।

इसमें लाइव लोड और डेड लोड दोनों के साथ-साथ हवा, भूकंप और अन्य संभावित भार के कारण लोड शामिल हैं।

लंबे पतले कॉलम में क्रिटिकल लोड

महत्वपूर्ण भार सबसे अधिक अक्षीय भार है जिसे एक स्तंभ झुकने से पहले धारण कर सकता है।

यूलर का फॉर्मूला: क्रिटिकल लोड की गणना

महत्वपूर्ण भार खोजने के लिए यूलर के सूत्र का उपयोग किया जा सकता है: Pcr = (2EI)/(KL)2, जहां Pcr यूलर का महत्वपूर्ण भार है, E यंग का लोच का मापांक है, I के क्रॉस-सेक्शन के क्षेत्र का न्यूनतम दूसरा क्षण है स्तंभ (जड़ता का क्षेत्र क्षण), K स्तंभ प्रभावी लंबाई कारक है, और L स्तंभ की असमर्थित लंबाई है।

क्रिटिकल लोड का महत्व

महत्वपूर्ण भार यह पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण है कि कितने लंबे, पतले स्तंभ अक्षीय संपीड़ित बल पर प्रतिक्रिया करते हैं क्योंकि यह इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि सामग्री कितनी मजबूत है।

इसका मतलब यह है कि झुकी हुई पतली संरचनाओं का निर्माण करते समय, इंजीनियरों को तनुता अनुपात पर अतिरिक्त ध्यान देने की आवश्यकता होती है, जो स्तंभ की लंबाई को इसके सबसे छोटे परिभ्रमण त्रिज्या से विभाजित किया जाता है।

एक उच्च पतलापन अनुपात का मतलब है कि छोटे संपीड़न भार से संरचना के टूटने की संभावना अधिक होती है।

बकलिंग तब होती है जब एक सीधा स्तंभ जो उसकी लंबाई के साथ संकुचित हो रहा होता है अचानक झुक जाता है। यह स्तंभों के लिए विफलता सीमा स्थिति है।

अक्षीय लोड सेल और उनके अनुप्रयोग

लोड सेल जो एक अक्ष के साथ बल को मापते हैं उन्हें अक्षीय लोड सेल कहा जाता है।

अक्षीय भार कोशिकाओं का कार्य सिद्धांत

अक्षीय भार कोशिकाएं उन पर लगाए गए बल को एक विद्युत संकेत में बदलकर काम करती हैं जिसे पढ़ा और लिखा जा सकता है।

वे यह मापने के लिए स्ट्रेन गेज का उपयोग करते हैं कि कितना अक्षीय भार किसी चीज के आकार को बदलता है।

जब लोड सेल पर उसकी धुरी के साथ बल लगाया जाता है, तो तनाव गेज झुक जाते हैं, जिससे उनका प्रतिरोध बदल जाता है।

प्रतिरोध में परिवर्तन तब एक विद्युत संकेत में बदल जाता है जिसे मापा जा सकता है।

अक्षीय भार कोशिकाओं के अनुप्रयोग

अक्षीय रूप से माउंटेड लोड सेल का उपयोग कई क्षेत्रों में किया जाता है, जैसे एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव और मैन्युफैक्चरिंग।

अक्षीय भार कोशिकाओं का उपयोग करने के कुछ सामान्य तरीके हैं:

• इमारतों और पुलों के संरचनात्मक भागों, जैसे बीम और स्तंभों पर बल को मापना, जबकि उनका निर्माण या उपयोग किया जा रहा है।
• परीक्षण उपयोग, जैसे यह पता लगाना कि किसी चीज़ को निचोड़ने या खींचने के लिए कितना बल चाहिए, या किसी चीज़ को तोड़ने या ख़राब करने के लिए कितना बल चाहिए।
• यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे सुरक्षित रूप से काम कर रहे हैं, हाइड्रॉलिक प्रेस, क्रेन और लिफ्ट जैसी चीज़ों पर नज़र रखना।
• मैं इस लेख के निचले भाग में और अधिक सूचीबद्ध करूँगा।

अक्षीय भार के अन्य पहलू

अक्षीय पवन भार

अक्षीय वायु भार वह बल है जो वायु प्रवाह एक भवन पर होता है।

अतीत में, वायु सेना, विशेष रूप से तटीय क्षेत्रों में, कई इमारतों के गिरने का कारण बनी।

सिविल इंजीनियर एएससीई 7-16 संशोधित समीकरण 2.2 का उपयोग करते हैं, जो जमीनी स्तर से ऊपर संरचना की ऊंचाई को ध्यान में रखता है और यह लोगों के जीवन और संपत्ति के लिए कितना महत्वपूर्ण है, हवा की गति और जमीन के स्तर से अलग ऊंचाई पर दबाव का पता लगाने के लिए।

सिविल इंजीनियर एक सूत्र का उपयोग करते हैं जो अक्षीय वायु भार का पता लगाने के लिए अनुमानित क्षेत्र, पवन दबाव, ड्रैग गुणांक, जोखिम गुणांक, गस्ट प्रतिक्रिया कारक और महत्व कारक जैसी चीजों को ध्यान में रखता है।

एक सूत्र है एफ = ए एक्स पी एक्स सीडी, जहां एफ बल या वायु भार है, ए वस्तु का अनुमानित क्षेत्र है, पी हवा का दबाव है, और सीडी ड्रैग का गुणांक है।

थकान शक्ति

अक्षीय और झुकने वाले भार के तहत संरचना की थकान शक्ति की गणना अक्षीय और झुकने वाले भार के लिए थकान शक्ति के अनुपात के आधार पर विश्लेषणात्मक तरीकों का उपयोग करके की जा सकती है।

इन विधियों में, रोटरी झुकने वाले भार के तहत थकान शक्ति को अक्षीय भार के तहत थकान शक्ति में बदल दिया जाता है।

यह पता लगाने के लिए कि एक विश्लेषणात्मक मॉडल कैसे काम करता है, दोनों लोडिंग स्थितियों के तहत उच्च-चक्र थकान परीक्षण भी किया जा सकता है।

इसके अलावा, समतल तनाव मॉडल का उपयोग यह पता लगाने के लिए किया जा सकता है कि इसकी सतह पर उपयोग किए जाने पर कोई सामग्री कितनी देर तक चलेगी, जहां मुख्य तनावों में से एक आमतौर पर शून्य होता है।

अंत में, एसएन वक्रों का उपयोग एन चक्रों पर अधिकतम स्वीकार्य तनाव और थकान शक्ति में कमी कारक केएफ को खोजने के लिए किया जा सकता है।

बॉल बियरिंग्स और अधिकतम अक्षीय भार

रिटेनर (या पिंजरे) के साथ रेडियल बॉल बेयरिंग ज्यादातर रेडियल भार को संभालने के लिए बनाए जाते हैं, लेकिन वे अक्षीय भार को भी संभाल सकते हैं।

असर पर लगाए जा सकने वाले अक्षीय भार की मात्रा उसके आकार पर निर्भर करती है और आमतौर पर असर के रेडियल लोड रेटिंग के प्रतिशत के रूप में दी जाती है।

जब बोर के व्यास और बाहरी रिंग के व्यास के बीच का अंतर बड़ा होता है, तो असर अक्षीय भार ले सकता है जो रेडियल स्थिर भार का 50% तक होता है।

थिन-सेक्शन बियरिंग में रेसवे उथला होता है, जो उन्हें अक्षीय भार को संभालने में कम सक्षम बनाता है।

एक कोणीय संपर्क असर का उपयोग किया जाना चाहिए यदि असर को भारी अक्षीय भार को संभालने की आवश्यकता हो।

ये गहरी नाली बॉल बेयरिंग की तुलना में अंदर की तरफ अलग तरह से बने होते हैं, इसलिए वे उच्च अक्षीय भार को संभाल सकते हैं।

एक निश्चित आंतरिक व्यास वाले बॉल बेयरिंग के लिए अधिकतम अक्षीय भार कई बातों पर निर्भर करता है, जैसे कि बियरिंग का आकार, बियरिंग रेसवे की गहराई, और यह भारी रेडियल या पल भार के अधीन है या नहीं।

असर पर लगाए जा सकने वाले अक्षीय भार की मात्रा को अक्सर बियरिंग के रेडियल लोड रेटिंग के अनुमान के रूप में दिया जाता है।

एसकेएफ एकल बीयरिंग और असर जोड़े के लिए न्यूनतम अक्षीय और रेडियल भार प्रदान करता है जो अग्रानुक्रम या बैक-टू-बैक / फेस-टू-फेस कॉन्फ़िगरेशन में स्थापित होता है।

बॉल बेयरिंग पर डाला जा सकने वाला सबसे अधिक तनाव इस बात पर निर्भर करता है कि वे अंदर कैसे बने हैं।

संरचनाओं में अक्षीय लोडिंग

जब किसी संरचना पर सीधे संरचना की धुरी के साथ बल लगाया जाता है, तो इसे अक्षीय भार कहा जाता है।

जब एक पॉइंट लोड होता है, तो लोडिंग पॉइंट के पास का तनाव औसत स्ट्रेस से बहुत अधिक होता है।

यह बहुत जटिल विकृति का कारण बनता है क्योंकि तनाव की स्थिति बहुत जटिल होती है।

सामान्य तनाव और अपरूपण तनाव दोनों एक क्रॉस सेक्शन पर औसत तनाव को मापने के तरीके हैं।

कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप क्रॉस सेक्शन के साथ कहां देखते हैं, तनाव की मात्रा समान होती है।

एक बिंदु भार बाहर से एक बल है जो एक छोटे से क्षेत्र में केंद्रित होता है।

बक्सों का इस्तेमाल करें

यहाँ कुछ तरीके हैं जिनसे अक्षीय भार का उपयोग किया जा सकता है:

में इस्तेमाल किया:	विवरण:
एक स्तंभ का डिज़ाइन	कॉलम एक संरचनात्मक सदस्य का एक बड़ा उदाहरण है जो अक्षीय भार का समर्थन करने के लिए बनाया गया है। उदाहरण के लिए, इमारतों में, स्तंभ फर्श और ऊपर की छत के वजन का समर्थन करते हैं, जो एक संपीड़ित अक्षीय भार बनाता है जिसका स्तंभ को विरोध करना चाहिए। अक्षीय भार एक महत्वपूर्ण बात है जिसके बारे में सोचने के लिए कॉलम डिजाइन करते समय यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे बल के नीचे झुकेंगे या टूटेंगे नहीं।
पुलों	पुलों को डिजाइन करते समय, अक्षीय भार भी विचार करने के लिए एक बहुत ही महत्वपूर्ण बात है। कंप्रेसिव अक्षीय भार पुल के भार और इसके द्वारा वहन किए जाने वाले वाहनों के कारण होता है। पुल इन भारों का सामना करने में सक्षम होना चाहिए। पुल हवा, भूकंप और यातायात जैसी चीजों से भी प्रभावित हो सकते हैं, ये सभी झुकने वाले क्षणों और अपरूपण बलों का कारण बन सकते हैं। सुरक्षित और उपयोगी पुल बनाने के लिए, यह जानना महत्वपूर्ण है कि ये भार एक दूसरे के साथ कैसे संपर्क करते हैं।
टॉवर डिजाइन	ट्रांसमिशन टावरों, सेल टावरों और पवन टर्बाइनों जैसे टावरों पर उच्च संपीड़न अक्षीय भार डाला जाता है। इन संरचनाओं को बनाते समय, आपको अन्य चीजों के साथ-साथ उन्हें लोड करने के तरीके, सामग्री, और टावरों की ऊंचाई और चौड़ाई के बारे में सोचना होगा। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये संरचनाएं सुरक्षित हैं और लंबे समय तक चलती हैं, आपको यह जानने की जरूरत है कि अक्षीय भार उन्हें कैसे प्रभावित करते हैं।
निर्माण और परीक्षण	निर्माण और परीक्षण में अक्षीय भार भी एक महत्वपूर्ण अवधारणा है, जहां सामग्री और उत्पादों को बिना तोड़े या ख़राब हुए कुछ भारों का सामना करने में सक्षम होना चाहिए। अक्षीय भार कोशिकाओं जैसे परीक्षण उपकरणों के साथ, आप यह पता लगा सकते हैं कि कोई सामग्री या उत्पाद टूटने से पहले कितना अक्षीय भार ले सकता है।
एयरोस्पेस अनुप्रयोग	अंतरिक्ष में उपयोग के लिए रॉकेट, मिसाइल और अन्य वाहनों को डिजाइन करते समय अक्षीय भार बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है। अक्षीय भार वाहन के वजन, उसकी गति या कंपन के कारण हो सकता है। सुरक्षित और प्रभावी प्रणाली बनाने के लिए, यह जानना महत्वपूर्ण है कि अक्षीय भार वाहन के संरचनात्मक भागों को कैसे प्रभावित करते हैं।

निष्कर्ष

जैसा कि हमने इस लेख में देखा है, अक्षीय भार उन संरचनाओं के डिजाइन और निर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है जो उन पर लगाए गए बलों का सामना कर सकते हैं।

इस महत्वपूर्ण बल के साथ काम करते समय, आपके इंजीनियरिंग टूलकिट में अक्षीय भार कोशिकाओं को जोड़ने के लिए लंबे, पतले स्तंभों की अनूठी चुनौतियों को समझने से लेकर सोचने के लिए बहुत सी चीज़ें हैं।

लेकिन अक्षीय भार भी एक अनुस्मारक है कि इंजीनियरिंग एक जटिल क्षेत्र है जो हमेशा बदलता रहता है।

जैसा कि हम संभव की सीमाओं को आगे बढ़ाना जारी रखते हैं, हम अनिवार्य रूप से नई समस्याओं का सामना करेंगे जिनके लिए हमें रचनात्मक रूप से सोचने और हल करने के लिए मिलकर काम करने की आवश्यकता होगी।

इसलिए, अगली बार जब आप अक्षीय भार के साथ काम करें, तो खुला दिमाग रखें और सीखने के लिए तैयार रहें।

कौन जानता है कि अगले कोने के आसपास कौन सी नई चीजें हैं?