What is Torsion Test? Definition, Torsion Equation, Procedure and Applications

Torsion Test Engineering Materials का एक महत्वपूर्ण Mechanical Test है जिसका उपयोग Circular Shaft या Cylindrical Specimen की Torsional Strength, Rigidity तथा Angle of Twist ज्ञात करने के लिए किया जाता है। जब किसी Shaft पर Torque लगाया जाता है तब उसमें Shear Stress तथा Angular Deformation उत्पन्न होती है। इन्हीं गुणों का अध्ययन Torsion Test द्वारा किया जाता है।

Automobile Engineering, Mechanical Engineering, Power Transmission Systems तथा Machine Design में उपयोग होने वाले Shafts, Axles, Spindles तथा Couplings की गुणवत्ता जाँचने के लिए Torsion Test का व्यापक उपयोग किया जाता है।

Introduction

Engineering Machines में अधिकांश Power Transmission Circular Shafts द्वारा होता है। Electric Motors, Gear Boxes, Pumps, Turbines, Propeller Shafts तथा Crank Shafts लगातार Torque के अधीन कार्य करते हैं। यदि Shaft पर्याप्त Torsional Strength नहीं रखती तो वह Twist होकर Fail हो सकती है। इसलिए किसी भी Rotating Machine के Design में Torsion Test का विशेष महत्व है।

Torsion Test द्वारा किसी Material की Torque सहन करने की क्षमता, Shear Stress, Shear Modulus तथा Angle of Twist ज्ञात किए जाते हैं।

Definition of Torsion Test

Torsion Test वह Mechanical Test है जिसमें किसी Circular Specimen पर Torque लगाया जाता है तथा उससे उत्पन्न Shear Stress, Angle of Twist तथा Torsional Strength का अध्ययन किया जाता है।

Objectives of Torsion Test

• Torsional Strength ज्ञात करना।
• Shear Stress निर्धारित करना।
• Angle of Twist मापना।
• Modulus of Rigidity ज्ञात करना।
• Material Selection करना।
• Shaft Design के लिए Data प्राप्त करना।
• Quality Control सुनिश्चित करना।

Principle of Torsion Test

जब किसी Circular Shaft पर Torque लगाया जाता है तब Shaft अपनी Longitudinal Axis के चारों ओर Twist करती है। Torque के कारण Shaft में Shear Stress तथा Angular Deformation उत्पन्न होती है। इनका परिमाण Material तथा Shaft के Dimensions पर निर्भर करता है।

Torsion Test Hooke’s Law for Shear तथा Elastic Behaviour के सिद्धांत पर आधारित है।

Basic Terminology

Torsion Equation

Torsion Test का सबसे महत्वपूर्ण Mathematical Relation निम्न प्रकार है:

T / J = τ / R = Gθ / L

जहाँ,

• T = Applied Torque
• J = Polar Moment of Inertia
• τ = Shear Stress
• R = Radius of Shaft
• G = Modulus of Rigidity
• θ = Angle of Twist
• L = Length of Shaft

Assumptions of Torsion Theory

• Material Homogeneous एवं Isotropic होता है।
• Shaft Perfectly Circular होती है।
• Material Elastic Limit के भीतर कार्य करता है।
• Plane Sections Twist के बाद भी Plane रहते हैं।
• Twist पूरी Shaft में Uniform होता है।

Torsion Testing Machine

Torsion Test करने के लिए विशेष Torsion Testing Machine का उपयोग किया जाता है।

Main Parts

• Loading Head
• Fixed Head
• Torque Measuring Device
• Specimen Holder
• Angle Measuring Dial
• Control Wheel

Test Procedure

1. Standard Circular Specimen तैयार किया जाता है।
2. Specimen को दोनों Chucks में मजबूती से Clamp किया जाता है।
3. Machine को Zero Position पर Set किया जाता है।
4. Torque धीरे-धीरे Apply किया जाता है।
5. Torque एवं Angle of Twist रिकॉर्ड किए जाते हैं।
6. Specimen के Failure तक Test जारी रहता है।
7. Maximum Torque एवं Failure Pattern नोट किया जाता है।

Observations Obtained from Torsion Test

• Maximum Torque
• Shear Stress
• Angle of Twist
• Modulus of Rigidity
• Torsional Strength
• Fracture Behaviour

Shear Stress Distribution

जब किसी Circular Shaft पर Torque लगाया जाता है तब Shear Stress Shaft के Centre पर शून्य (Zero) होता है तथा बाहरी Surface की ओर बढ़ते हुए अधिकतम (Maximum) हो जाता है। इसलिए Shaft की Outer Surface सबसे अधिक Stress सहन करती है।

Angle of Twist

Torque के प्रभाव से Shaft अपनी Longitudinal Axis के चारों ओर जितने कोण (Angle) से घूमती है उसे Angle of Twist कहते हैं। Angle of Twist Shaft की Length, Material तथा Applied Torque पर निर्भर करता है।

θ = TL / JG

जहाँ,

• θ = Angle of Twist
• T = Applied Torque
• L = Length of Shaft
• J = Polar Moment of Inertia
• G = Modulus of Rigidity

Types of Failure in Torsion Test

• Ductile Material में लगभग 45° पर Helical Fracture होता है।
• Brittle Material सामान्यतः Plane Fracture प्रदर्शित करता है।
• Excessive Twist के कारण Permanent Deformation हो सकती है।
• Overloading के कारण Shaft पूरी तरह टूट सकती है।

Advantages of Torsion Test

• Torsional Strength ज्ञात होती है।
• Modulus of Rigidity प्राप्त होता है।
• Shaft Design के लिए उपयोगी है।
• Quality Control में सहायता करता है।
• Machine Components की Reliability बढ़ाता है।
• Power Transmission Shafts की क्षमता निर्धारित करता है।

Limitations of Torsion Test

• मुख्यतः Circular Shaft के लिए उपयुक्त है।
• Specimen Alignment आवश्यक होती है।
• Improper Clamping से Result प्रभावित हो सकते हैं।
• Complex Shapes पर सीधे लागू नहीं किया जा सकता।

Applications of Torsion Test

• Automobile Drive Shaft Testing
• Transmission Shaft Design
• Crank Shaft Analysis
• Axle Testing
• Gear Shaft Manufacturing
• Machine Tool Components
• Power Transmission Systems
• Aerospace Components
• Marine Shaft Testing
• Research and Development Laboratories

Industrial Importance

Torsion Test का उपयोग Automobile Industry, Heavy Engineering, Power Plants, Aerospace तथा Manufacturing Industries में व्यापक रूप से किया जाता है। यह Test Rotating Components की Strength, Safety तथा Service Life सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

Comparison Between Tensile Test and Torsion Test

Exam Oriented Important Questions

1. Torsion Test क्या है? परिभाषित कीजिए।
2. Torsion Equation व्युत्पन्न कीजिए।
3. Torsion Testing Machine का वर्णन कीजिए।
4. Angle of Twist क्या है?
5. Shear Stress Distribution समझाइए।
6. Torsion Test की प्रक्रिया लिखिए।
7. Torsion Test के लाभ एवं सीमाएँ लिखिए।
8. Torsion Test के Applications लिखिए।

Viva Questions

1. Torsion Test क्या है?
2. Torque क्या होता है?
3. Angle of Twist क्या है?
4. Modulus of Rigidity क्या है?
5. Shear Stress कहाँ Maximum होता है?
6. Torsion Equation लिखिए।
7. Polar Moment of Inertia क्या है?
8. Torsion Test किस Machine पर किया जाता है?
9. Torsion Test का मुख्य उद्देश्य क्या है?
10. Automobile Industry में Torsion Test का उपयोग कहाँ किया जाता है?

Conclusion

Torsion Test Mechanical Engineering का एक अत्यंत महत्वपूर्ण Material Testing Method है जिसका उपयोग Shafts तथा अन्य Rotating Components की Torsional Strength, Shear Stress, Modulus of Rigidity तथा Angle of Twist ज्ञात करने के लिए किया जाता है। Machine Design, Power Transmission, Automobile Engineering तथा Aerospace Engineering में इसका विशेष महत्व है।