Indentation plastometry
ઇન્ડેન્ટેશન પ્લાસ્ટોમેટ્રી એ પ્લાસ્ટિક શાસનમાં તણાવ-તાણ સંબંધોના સ્વરૂપમાં (જથ્થાબંધ) યાંત્રિક ગુણધર્મો (ધાતુઓ) મેળવવા માટે ઇન્ડેન્ટેશન-આધારિત પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરવાનો વિચાર છે (કઠિનતા પરીક્ષણના વિરોધમાં, જે સંખ્યાઓ આપે છે જે પ્લાસ્ટિક વિરૂપતાના પ્રતિકારના માત્ર અર્ધ-માત્રાત્મક સૂચકાંકો છે). પરંપરાગત તાણ પરીક્ષણ કરતાં ઇન્ડેન્ટેશન ઘણી સરળ અને વધુ અનુકૂળ પ્રક્રિયા હોવાથી, અવકાશી વિવિધતાઓના મેપિંગ માટે ઘણી વધુ સંભાવના સાથે, આ એક આકર્ષક ખ્યાલ છે (જો કે પરિણામ ઓછામાં ઓછું પ્રમાણભૂત યુનિએક્સિયલ પરીક્ષણો જેટલું વિશ્વસનીય હોય તો). મૂળભૂત જરૂરિયાતો મેક્રોસ્કોપિક (કદ-સ્વતંત્ર) ગુણધર્મોને કબજે કરવાથી સામગ્રીના જથ્થાને વિકૃત કરવાની જરૂરિયાત આવે છે જે જથ્થાના પ્રતિનિધિ બનવા માટે પૂરતી મોટી હોય છે. આ માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર પર આધાર રાખે છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે તેનો અર્થ એ છે કે તેમાં "ઘણા" અનાજ હોવા જોઈએ અને તે સામાન્ય રીતે રેખીય પરિમાણોમાં સેંકડો માઇક્રોનના ક્રમમાં હોય છે. ઇન્ડેન્ટેશન કદની અસર, જેમાં માપવામાં આવેલી કઠિનતામાં વધારો થાય છે કારણ કે વિકૃત વોલ્યુમ નાનું થાય છે, તે ઓછામાં ઓછું અંશતઃ પ્રતિનિધિ વોલ્યુમની પૂછપરછ કરવામાં નિષ્ફળતાને કારણે છે. ઇન્ડેન્ટર, જે સામાન્ય રીતે ગોળાકાર હોય છે, તેથી તેની ત્રિજ્યા સેંકડો માઇક્રોનની અંદાજિત શ્રેણીમાં એક કે બે મીમી સુધીની હોવી જરૂરી છે. વધુ જરૂરિયાત નમૂનામાં પેદા થતા પ્લાસ્ટિકના તાણની છે. ઇન્ડેન્ટેશન પ્રતિસાદ રસની તાણ શ્રેણી પર સામગ્રીની પ્લાસ્ટિસિટી લાક્ષણિકતાઓ પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોવો જોઈએ, જે સામાન્ય રીતે ઓછામાં ઓછા કેટલાક ટકા સુધી અને સામાન્ય રીતે કેટલાક દસ ટકા સુધી વિસ્તરે છે. તેથી નમૂનામાં બનાવેલા તાણ પણ આ ક્રમના મૂલ્યો સુધી હોવા જોઈએ. આ માટે સામાન્ય રીતે "પ્રવેશ ગુણોત્તર" (ઇન્ડેન્ટર ત્રિજ્યા પર પ્રવેશની ઊંડાઈ) ઓછામાં ઓછો 10 ટકા હોવો જરૂરી છે. છેવટે, ધાતુની કઠિનતા પર આધાર રાખીને, આ માટે જરૂરી છે કે સુવિધામાં પ્રમાણમાં ઊંચી ભાર ક્ષમતા હોવી જોઈએ-સામાન્ય રીતે કેટલાક કેએનના ક્રમમાં. પ્રાયોગિક પરિણામો સૌથી સરળ ઇન્ડેન્ટેશન પ્રક્રિયાઓ, જે ઘણા દાયકાઓથી ઉપયોગમાં લેવાઈ રહી છે, તેમાં પૂર્વ-નિર્ધારિત ભાર (ઘણીવાર મૃત વજનમાંથી) નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારબાદ અવશેષ ઇન્ડેન્ટ (અથવા કદાચ તેની ઊંડાઈ) ના બાજુની કદનું માપન કરવામાં આવે છે. જો કે, ઘણી ઇન્ડેન્ટેશન પ્રક્રિયાઓ હવે "ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેડ" સેટ-અપ્સ પર આધારિત છે, જેમાં ભાર ક્રમશઃ વધારવામાં આવે છે અને ઇન્ડેન્ટેશન દરમિયાન ભાર અને પ્રવેશ (વિસ્થાપન) બંનેનું સતત નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. આમ મુખ્ય પ્રાયોગિક પરિણામ લોડ-ડિસ્પ્લેસમેન્ટ કર્વ છે. આવા વળાંક પેદા કરવા માટે વિવિધ પ્રકારના સાધનોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આમાં કહેવાતા "નેનોઆઇન્ડેન્ટેશન" હાથ ધરવા માટે રચાયેલ છે-જેના માટે ભાર (એમએન શ્રેણી સુધી) અને વિસ્થાપન (સામાન્ય રીતે પેટા-માઇક્રોન) બંને ખૂબ નાના હોય છે. જો કે, ઉપર નોંધ્યા મુજબ, જો વિકૃત વોલ્યુમ નાનું હોય, તો "બલ્ક" ગુણધર્મો મેળવવાનું શક્ય નથી. વધુમાં, પ્રમાણમાં મોટા ભાર અને વિસ્થાપન સાથે પણ, લોડિંગ સિસ્ટમ સાથે સંકળાયેલા વિસ્થાપનથી નમૂનાના પ્રતિસાદને અલગ કરવા માટે અમુક પ્રકારના "પાલન સુધારણા" ની જરૂર પડી શકે છે. પ્રાયોગિક પરિણામનું અન્ય મુખ્ય સ્વરૂપ અવશેષ ઇન્ડેન્ટનો આકાર છે. ઉપર સૂચવ્યા મુજબ, પ્રારંભિક પ્રકારના કઠિનતા પરીક્ષકોએ આના પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું, ઇન્ડેન્ટની "પહોળાઈ" ના (પ્રમાણમાં કાચા) માપનના સ્વરૂપમાં-સામાન્ય રીતે સરળ ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી દ્વારા. જો કે, શેષ ઇન્ડેન્ટનો સંપૂર્ણ આકાર મેળવવા માટે પ્રોફાઇલોમીટર (ઓપ્ટિકલ અથવા સ્ટાઇલસ) નો ઉપયોગ કરીને વધુ સમૃદ્ધ માહિતી મેળવી શકાય છે. ગોળાકાર ઇન્ડેન્ટર (અને ઇન્ડેન્ટેડ સપાટીના સમતલમાં આઇસોટ્રોપિક નમૂના) સાથે, ઇન્ડેન્ટ રેડિયલ સમપ્રમાણતા પ્રદર્શિત કરશે અને તેનો આકાર એક જ રૂપરેખા (રેડિયલ સ્થિતિ સામે ઊંડાઈ) ના સ્વરૂપમાં મેળવી શકાય છે. આ આકારની વિગતો (આપેલ લાગુ ભાર માટે) નમૂનાના તણાવ-તાણ સંબંધ પ્રત્યે ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા દર્શાવે છે. ઉપરાંત, લોડ-ડિસ્પ્લેસમેન્ટ કર્વ કરતાં તે મેળવવું સરળ છે, અંશતઃ કારણ કે લોડિંગ દરમિયાન કોઈ માપ લેવાની જરૂર નથી. છેવટે, આવા પ્રોફાઇલોમેટ્રીમાં નમૂનાના અનિસોટ્રોપીની શોધ અને લાક્ષણિકતા માટે સંભવિતતા છે (જ્યારે ભાર-વિસ્થાપન વળાંક આવી કોઈ માહિતી વહન કરતા નથી). ઉકેલ પ્રક્રિયાઓ પ્રાયોગિક ઇન્ડેન્ટેશન પરિણામો (ભાર-વિસ્થાપન વળાંક અથવા શેષ ઇન્ડેન્ટ રૂપરેખાઓ) માંથી તણાવ-તાણ સંબંધો મેળવવા માટે બે મુખ્ય અભિગમો વિકસિત થયા છે. બેમાંથી સૌથી સરળમાં ભાર-વિસ્થાપન વળાંકનું સીધું "રૂપાંતર" સામેલ છે. આ સામાન્ય રીતે નમૂનાના ભારિત ભાગમાં (લાગુ કરેલા ભારમાંથી) તાણના "સમકક્ષ", "અસરકારક" અથવા "પ્રતિનિધિ" મૂલ્યોની શ્રેણી અને વિકૃત પ્રદેશમાં (વિસ્થાપનમાંથી) તાણના મૂલ્યોનો અનુરૂપ સમૂહ મેળવીને કરવામાં આવે છે. આવા રૂપાંતરણો હાથ ધરવા માટે સામેલ ધારણાઓ અનિવાર્યપણે ખૂબ જ અસંસ્કારી છે, કારણ કે (ગોળાકાર ઇન્ડેન્ટર માટે પણ) નમૂનાની અંદર તણાવ અને તાણ બંનેના ક્ષેત્રો અત્યંત જટિલ છે અને સમગ્ર પ્રક્રિયા દરમિયાન વિકસિત થાય છે-આ આંકડો કેટલાક લાક્ષણિક પ્લાસ્ટિક તાણ ક્ષેત્રો દર્શાવે છે. વિવિધ પ્રયોગમૂલક સુધારણા પરિબળોનો સામાન્ય રીતે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાં ન્યુરલ નેટવર્ક "તાલીમ" પ્રક્રિયાઓ કેટલીકવાર લોડ-ડિસ્પ્લેસમેન્ટ ડેટા અને અનુરૂપ સ્ટ્રેસ-સ્ટ્રેન કર્વ્સના સેટ પર લાગુ કરવામાં આવે છે, જેથી તેમનું મૂલ્યાંકન કરવામાં મદદ મળે. લોડિંગમાં સમયાંતરે વિક્ષેપ આવે તે પણ સામાન્ય છે, અને આંશિક અનલોડિંગ પ્રક્રિયાઓમાંથી ડેટાનો ઉપયોગ રૂપાંતરમાં થાય છે. જો કે, આશ્ચર્યજનક રીતે, આ પ્રકારના સાર્વત્રિક રૂપાંતરણો (અજ્ઞાત તણાવ-તાણ વળાંકવાળા નમૂનાઓ પર લાગુ) અવિશ્વસનીય હોય છે અને હવે તે વ્યાપક રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે કે પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કોઈ પણ વિશ્વાસ સાથે કરી શકાતો નથી. અન્ય મુખ્ય અભિગમ વધુ બોજારૂપ છે, જોકે તેમાં વિશ્વસનીય પરિણામો મેળવવાની ઘણી વધુ સંભાવના છે. તેમાં ઇન્ડેન્ટેશન પ્રક્રિયાના પુનરાવર્તિત આંકડાકીય (મર્યાદિત તત્વ પદ્ધતિ-FEM) મોડેલિંગનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રથમ પરીક્ષણ તણાવ-તાણ સંબંધ (વિશ્લેષણાત્મક અભિવ્યક્તિના સ્વરૂપમાં-જેને ઘણીવાર રચનાત્મક સમીકરણ કહેવામાં આવે છે) સાથે કરવામાં આવે છે, ત્યારબાદ શ્રેષ્ઠ ફિટ સંસ્કરણ (સમીકરણમાં પરિમાણ મૂલ્યોનો સમૂહ) પર અભિસરણ થાય છે, જે પ્રાયોગિક અને નમૂના પરિણામો (લોડ-ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પ્લોટ્સ અથવા શેષ ઇન્ડેન્ટ પ્રોફાઇલ્સ) વચ્ચે શ્રેષ્ઠ સમજૂતી આપે છે. આ પ્રક્રિયા ઇન્ડેન્ટેશન દરમિયાન વિકસતા તણાવ અને તાણ ક્ષેત્રોની જટિલતાને સંપૂર્ણપણે મેળવે છે. જ્યારે તે પ્રમાણમાં સઘન મોડેલિંગ ગણતરીઓ પર આધારિત છે, ત્યારે પ્રોટોકોલ વિકસાવવામાં આવ્યા છે જેમાં કન્વર્જન્સ સ્વચાલિત અને ઝડપી છે. પ્રોફિલોમેટ્રી-આધારિત ઇન્ડેન્ટેશન પ્લાસ્ટોમેટ્રી (પી. આઈ. પી.) તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું છે કે લોડ-ડિસ્પ્લેસમેન્ટ કર્વને બદલે લક્ષ્ય પરિણામ તરીકે શેષ ઇન્ડેન્ટ પ્રોફાઇલનો ઉપયોગ કરીને મહત્વપૂર્ણ લાભો આપવામાં આવે છે. આમાં સરળ માપન, તણાવ-તાણ સંબંધ માટે પ્રાયોગિક પરિણામની વધુ સંવેદનશીલતા અને નમૂનાના અનિસોટ્રોપીની શોધ અને લાક્ષણિકતા માટેની ક્ષમતા શામેલ છે-ઉપર જુઓ. આ આંકડો સામગ્રીના તણાવ-તાણના વળાંકની રૂપરેખા પ્રત્યેની સંવેદનશીલતાનો સંકેત આપે છે. પી. આઈ. પી. શબ્દ આ રીતે નીચેની લાક્ષણિકતાઓનો સમાવેશ કરે છેઃ 1) સામગ્રીના મોટા ભાગની લાક્ષણિકતા ધરાવતું તણાવ-તાણ વળાંક મેળવવું (પ્રમાણમાં મોટા ગોળાકાર ઇન્ડેન્ટર્સ અને પ્રમાણમાં ઊંડા પ્રવેશનો ઉપયોગ કરીને), 2) અવશેષ ઇન્ડેન્ટ પ્રોફાઇલનું પ્રાયોગિક માપન અને 3) ઇન્ડેન્ટેશન પરીક્ષણનું પુનરાવર્તિત એફ. ઇ. એમ. અનુકરણ, તણાવ-તાણ વળાંક (રચનાત્મક સમીકરણમાં કેપ્ચર કરેલ) મેળવવા માટે જે મોડેલ અને માપેલા રૂપરેખાઓ વચ્ચે શ્રેષ્ઠ ફિટ આપે છે. ટ્રેક્ટેબલ અને વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ એપ્લિકેશન માટે, એક સંકલિત સુવિધાની જરૂર છે, જેમાં ઇન્ડેન્ટેશન, પ્રોફાઇલોમેટ્રી અને ઓપ્ટિમલ સ્ટ્રેસ-સ્ટ્રેન કર્વ પર કન્વર્જન્સની પ્રક્રિયાઓ સ્વચાલિત નિયંત્રણ હેઠળ હોય છે.