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कॉची तनाव टेंसर

1822
  • Augustin-Louis Cauchy
Structural engineer analyzing stress in bridge design using Cauchy stress tensor principles.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

कॉची तनाव टेंसर, जिसे [latex]boldsymbol{sigma}[/latex] से दर्शाया जाता है, एक द्वितीय-कोटि का टेंसर है जो किसी पदार्थ के भीतर किसी बिंदु पर तनाव की स्थिति को पूर्णतः परिभाषित करता है। यह उस बिंदु से गुजरने वाली किसी भी सतह पर कर्षण सदिश (प्रति इकाई क्षेत्रफल बल) [latex]mathbf{T}[/latex] को सतह के अभिलंब सदिश [latex]mathbf{n}[/latex] से रैखिक संबंध [latex]mathbf{T} = boldsymbol{sigma} cdot mathbf{n}[/latex] के माध्यम से संबंधित करता है।

कॉची स्ट्रेस टेंसर किसी भी विकृत होने योग्य पिंड के भीतर कार्य करने वाले आंतरिक बलों का पूर्ण विवरण प्रदान करता है। मान लीजिए कि एक बिंदु P पर एक अत्यंत छोटा घन है। इस घन के प्रत्येक फलक पर आसपास के पदार्थ द्वारा बल लगाए जाते हैं। स्ट्रेस टेंसर [latex]boldsymbol{sigma}[/latex] एक 3×3 मैट्रिक्स है जिसके घटक [latex]sigma_{ij}[/latex] i-वें फलक पर j-वीं दिशा में लगने वाले तनाव को दर्शाते हैं। विकर्ण घटक ([latex]sigma_{11}, sigma_{22}, sigma_{33}[/latex]) सामान्य तनाव हैं, जो फलक के लंबवत खिंचाव (तनाव) या धक्के (संपीड़न) को दर्शाते हैं। गैर-विकर्ण घटक ([latex]sigma_{12}, sigma_{23},[/latex] आदि) अपरूपण तनाव हैं, जो फलक के समानांतर कार्य करने वाले बलों को दर्शाते हैं।

एक महत्वपूर्ण परिणाम, जिसे कॉची का तनाव प्रमेय कहा जाता है, यह बताता है कि तीन परस्पर लंबवत तलों पर तनाव सदिशों का ज्ञान उस बिंदु से गुजरने वाले किसी भी अन्य तल पर तनाव सदिश को निर्धारित करने के लिए पर्याप्त है। इसे सूत्र [latex]mathbf{T}^{(mathbf{n})} = boldsymbol{sigma}^T mathbf{n}[/latex] में समाहित किया गया है। इसके अलावा, कोणीय संवेग के संरक्षण के लिए तनाव टेंसर का सममित होना आवश्यक है ([latex]sigma_{ij} = sigma_{ji}[/latex]), जिससे स्वतंत्र घटकों की संख्या नौ से घटकर छह हो जाती है। यह टेंसर मौलिक है क्योंकि यह इंजीनियरों को किसी वस्तु के भीतर किसी भी बिंदु पर तनाव की स्थिति का विश्लेषण करने की अनुमति देता है, चाहे उसका अभिविन्यास कुछ भी हो, और तनाव की स्थिति की तुलना सामग्री के सामर्थ्य गुणों से करके यह भविष्यवाणी करने में सक्षम बनाता है कि सामग्री लागू भार के तहत झुकेगी या टूटेगी।

UNESCO Nomenclature: 2210
– मैकेनिक्स

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • न्यूटन के गति के नियम
  • तरल पदार्थों में दबाव की यूलर की अवधारणा
  • सदिशों और आव्यूहों (टेंसरों) का गणितीय ढांचा
  • घर्षण और मृदा यांत्रिकी पर कूलम्ब का कार्य

आवेदन

  • इमारतों, पुलों और विमानों की संरचनात्मक विश्लेषण करके विफलता का पूर्वानुमान लगाना
  • सुरंग निर्माण और नींव डिजाइन के लिए चट्टान और मिट्टी में तनाव का विश्लेषण करने हेतु भूयांत्रिकी
  • पदार्थ विज्ञान, फ्रैक्चर और थकान जैसी पदार्थ विफलता प्रक्रियाओं को समझने के लिए आवश्यक है।
  • भार के तहत हड्डियों और ऊतकों में तनाव की गणना के लिए जैवयांत्रिकी

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • संरचनाओं में लगे स्मार्ट सेंसर वास्तविक समय में संपूर्ण तनाव टेंसर को सीधे मापते हैं।
  • एआई-संचालित पूर्वानुमानित रखरखाव प्रणालियाँ जो सामग्री की थकान का पूर्वानुमान लगाने के लिए तनाव टेंसर डेटा का उपयोग करती हैं
  • उन्नत सर्जिकल रोबोट जो ऊतकों को होने वाले नुकसान को कम करने के लिए वास्तविक समय में तनाव टेंसर विश्लेषण का उपयोग करते हैं।
  • चट्टान संरचनाओं के अंतर्देशीय तनाव टेंसर का मानचित्रण करके भूतापीय ऊर्जा निष्कर्षण को अनुकूलित किया गया।
  • अनुकूलन योग्य सुरक्षात्मक उपकरण जो महत्वपूर्ण तनाव टेंसर मानों के अनुसार कठोर हो जाते हैं
  • कार्यात्मक रूप से श्रेणीबद्ध सामग्रियों के साथ 3डी प्रिंटिंग, जिसमें अनुमानित तनाव टेंसर क्षेत्र के आधार पर सूक्ष्म संरचना को अनुकूलित किया जाता है।
  • परिकलित तनाव टेंसरों पर आधारित स्पर्शनीय प्रतिक्रिया युक्त आभासी प्रोटोटाइपिंग सॉफ़्टवेयर
  • non-invasive मेडिकल इमेजिंग techniques that can map the stress tensor within living organs
संबंधित विषय: तनाव, टेंसर, कॉची तनाव टेंसर, सामान्य तनाव अपरूपण तनावकर्षण सदिश, सतत यांत्रिकी, आंतरिक बल।

ऐतिहासिक संदर्भ

कॉची तनाव टेंसर

1820
1820
1821
1822
1827
1829
1831
1816-11-16
1820
1820
1822
1824
1827
1831
1831

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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