Unit 1 – INTRODUCTION TO DESIGN (डिजाइन का परिचय)

📘 Topic 1.1 – Machine Design Philosophy and Procedures (English)

🧠 What is Machine Design?

Machine Design is the process of developing new machines or modifying existing ones so they can perform specific tasks efficiently, safely, and economically.

It involves:

Selecting appropriate materials,
Calculating loads and stresses,
Ensuring safety and reliability,
Creating drawings and prototypes.

🎯 Design Philosophy (Key Principles)

Philosophy	Description
Safety	The machine should not fail under working conditions.
Functionality	It must perform its intended task effectively.
Economy	Minimum cost while maintaining quality.
Reliability	It should work consistently for a long time.
Efficiency	It should use energy and resources optimally.

🔁 Machine Design Procedure (Step-by-Step)

Understand the Requirements
- What function will the machine perform?
- What are the performance expectations?
Conceptual Design
- Create rough sketches or conceptual ideas.
Select Suitable Material
- Based on cost, strength, availability, and durability.
Determine Forces & Loads
- Calculate all types of loads that act on the part.
Apply Mechanical Design Theories
- Use formulas for stress, strain, factor of safety, etc.
Use Design Data Book
- Select standard values for gears, bearings, etc.
Create Drawings (CAD or Sketch)
- Detailed dimensions and part drawings.
Prototyping & Testing
- Build and test a model before final manufacturing.

📊 Diagram: Design Flowchart


Requirements → Concept → Material Selection → Load Analysis 
→ Stress Calculation → Drawing → Prototype → Final Design

❓ Questions & Answers:

Q1. What is the purpose of machine design?

Ans: The purpose is to create a machine that can perform the desired function safely, efficiently, and economically.

Q2. Name three important philosophies of machine design.

Ans: Safety, Economy, and Functionality.

Q3. Why is material selection important in design?

Ans: Because the right material ensures strength, durability, and cost-effectiveness.

Q4. What is a prototype in machine design?

Ans: A small-scale model or test version of the machine to check functionality before final production.

📗 विषय 1.1 – मशीन डिज़ाइन का दृष्टिकोण और प्रक्रियाएँ (Hindi)

🔍 मशीन डिज़ाइन क्या होता है?

मशीन डिज़ाइन का मतलब है किसी मशीन को इस तरह से डिज़ाइन करना कि वह अपना कार्य सुरक्षित, कुशल (efficient), और कम लागत में कर सके।

इसमें शामिल होते हैं:

सही सामग्री (material) का चयन
मशीन पर लगने वाले बल (load) और तनाव (stress) की गणना
मशीन की सुरक्षा (safety) और विश्वसनीयता (reliability) सुनिश्चित करना
और ड्राइंग व मॉडल बनाना

🎯 डिज़ाइन का दृष्टिकोण (Design Philosophy)

दृष्टिकोण	विवरण
सुरक्षा (Safety)	मशीन को चलाते समय कोई खराबी या दुर्घटना न हो।
कार्यकुशलता (Functionality)	मशीन अपना कार्य सही से करे।
आर्थिकता (Economy)	कम लागत में अच्छे परिणाम दे।
विश्वसनीयता (Reliability)	लंबे समय तक लगातार कार्य करे।
ऊर्जा दक्षता (Efficiency)	ऊर्जा और संसाधनों का सही उपयोग हो।

🧭 मशीन डिज़ाइन की प्रक्रिया (Design Procedure)

आवश्यकताओं को समझना
- मशीन से क्या काम लिया जाना है?
आइडिया बनाना (Conceptual Design)
- मोटे स्केच या विचार तैयार करना।
सही सामग्री का चयन
- ताकत, लागत और उपलब्धता के अनुसार।
बल और लोड की गणना
- मशीन पर कौन-कौन से लोड लगेंगे?
डिज़ाइन सिद्धांतों का प्रयोग
- तनाव, विकृति, सुरक्षा गुणांक आदि की गणना।
डिज़ाइन डेटा बुक का उपयोग
- मानक घटक (standard parts) जैसे gears, shafts आदि चुनना।
ड्राइंग तैयार करना
- CAD या स्केच द्वारा माप सहित चित्र बनाना।
मॉडल बनाना और परीक्षण करना
- अंतिम निर्माण से पहले परीक्षण मॉडल बनाना।

📊 डायग्राम: डिज़ाइन प्रक्रिया का फ्लोचार्ट



आवश्यकताएँ → विचार → सामग्री चयन → बल विश्लेषण 
→ तनाव गणना → चित्रण → प्रोटोटाइप → अंतिम डिज़ाइन

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: मशीन डिज़ाइन का उद्देश्य क्या है?

उत्तर: ऐसा डिज़ाइन बनाना जो सुरक्षित, कुशल और कम लागत में कार्य कर सके।

प्रश्न 2: मशीन डिज़ाइन के तीन दृष्टिकोण बताइए।

उत्तर: सुरक्षा, कार्यकुशलता और आर्थिकता।

प्रश्न 3: सामग्री का चयन क्यों ज़रूरी है?

उत्तर: सही सामग्री से मशीन मजबूत, टिकाऊ और सस्ती बनती है।

प्रश्न 4: प्रोटोटाइप क्या होता है?

उत्तर: मशीन का छोटा मॉडल जो कार्यक्षमता जांचने के लिए बनाया जाता है।

📘 Topic 1.2 – General Considerations in Machine Design (English)

🧠 What are General Considerations in Machine Design?

When designing a machine, an engineer must consider many important practical factors. These ensure that the machine performs well in real-world conditions and is safe, cost-effective, and durable.

✅ Main Design Considerations:

Consideration	Description
Strength	Machine parts should be strong enough to resist failure.
Rigidity	Parts should not deform excessively under load.
Safety	The design should include safety factors to avoid accidents.
Economy	The machine should be cost-effective to produce and maintain.
Functionality	Machine must perform its intended job without errors.
Ease of Manufacturing	Design should be simple to manufacture using available processes.
Ease of Maintenance	The machine should be easy to inspect, repair, and service.
Weight	Should be optimized—not too heavy, not too light.
Space	The design should fit in the required space and allow access for operation.
Aesthetics	The machine should look professional and clean (especially for commercial products).
Standardization	Use standard components (like nuts, bolts, bearings) wherever possible.
Material Selection	Choose material suitable for stress, temperature, wear, corrosion, etc.
Environmental Conditions	Design must handle conditions like heat, rain, vibration, or dust.

📌 Diagram: General Considerations in Design (Mind Map Style)


            GENERAL DESIGN CONSIDERATIONS
             /       |         |         \
     Strength  Economy  Safety  Functionality
       |          |       |          |
    Material   Costing  Factor     Accuracy
  Selection            of Safety     & Purpose

❓ Questions & Answers:

Q1. Why is rigidity important in machine design?

Ans: To avoid unwanted deformation when the machine is under load, which can affect accuracy and safety.

Q2. What does "standardization" mean in design?

Ans: Using standard parts (like nuts, bolts, and gears) instead of custom ones to reduce cost and simplify manufacturing.

Q3. How does environment affect machine design?

Ans: Machines exposed to rain, dust, high temperature, or vibration must be designed using appropriate materials and protection.

Q4. Why is "ease of maintenance" important?

Ans: Because it reduces downtime, repair cost, and increases machine life.

📙 विषय 1.2 – मशीन डिज़ाइन में सामान्य विचार (General Considerations in Machine Design - Hindi)

🧠 मशीन डिज़ाइन में सामान्य विचार क्या होते हैं?

जब कोई इंजीनियर किसी मशीन को डिज़ाइन करता है, तो उसे कई व्यावहारिक बातों का ध्यान रखना पड़ता है, ताकि मशीन:

सुरक्षित,
कम लागत वाली,
टिकाऊ (durable) और
अच्छे से कार्य करने वाली हो।

✅ डिज़ाइन में ध्यान रखने योग्य मुख्य बातें:

विचार	विवरण
मज़बूती (Strength)	मशीन के पुर्जे टूटने से बचें।
कठोरता (Rigidity)	मशीन लोड से बहुत ज़्यादा न झुके या मुड़े।
सुरक्षा (Safety)	मशीन उपयोग के समय सुरक्षित हो।
आर्थिकता (Economy)	डिज़ाइन सस्ता और उपयोग में आसान हो।
कार्यक्षमता (Functionality)	मशीन अपना कार्य सही से करे।
बनाने में आसानी (Manufacturing Ease)	मशीन के पुर्जे आसानी से बन जाएं।
मरम्मत में सुविधा (Maintenance Ease)	मशीन की मरम्मत और देखभाल आसान हो।
वजन (Weight)	न तो बहुत भारी हो और न ही बहुत हल्की।
स्थान (Space)	मशीन कम जगह में समा जाए और संचालन में आसान हो।
दिखावट (Aesthetics)	मशीन देखने में साफ-सुथरी और आकर्षक हो।
मानकीकरण (Standardization)	अधिकतर हिस्से मानक (standard) हों, जैसे बोल्ट, बेयरिंग।
सामग्री का चयन (Material Selection)	सही धातु/सामग्री का चयन जो लोड, घिसाव, तापमान को सह सके।
पर्यावरणीय स्थिति (Environmental Conditions)	जैसे गर्मी, वर्षा, धूल, कंपन आदि के अनुसार डिज़ाइन करना।

🧾 डायग्राम: सामान्य डिज़ाइन विचार (Mind Map Style)


        सामान्य डिज़ाइन विचार
        /     |       \        \
     मज़बूती  सुरक्षा  लागत   कार्यक्षमता
       |        |         |         |
     सामग्री  सुरक्षा     सस्ते     सटीक कार्य
    चयन       उपाय      पुर्जे

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: मशीन डिज़ाइन में कठोरता क्यों ज़रूरी है?

उत्तर: ताकि लोड लगने पर मशीन ज़्यादा मुड़े नहीं और उसका आकार ठीक रहे।

प्रश्न 2: मानकीकरण (Standardization) का क्या लाभ है?

उत्तर: मानक पुर्जे आसानी से उपलब्ध होते हैं, सस्ते होते हैं और रिप्लेसमेंट आसान होता है।

प्रश्न 3: पर्यावरणीय स्थिति का डिज़ाइन पर क्या प्रभाव पड़ता है?

उत्तर: अगर मशीन को गर्मी, धूल, या बारिश में काम करना है, तो सामग्री और डिज़ाइन वैसा ही रखना होगा।

प्रश्न 4: मशीन की मरम्मत आसान क्यों होनी चाहिए?

उत्तर: ताकि समय और पैसे की बचत हो, और मशीन जल्दी दोबारा काम पर लग सके।

📘 Topic 1.3 – Types of Loads (English)

🧠 What is Load in Machine Design?

Load is the force applied to a machine component. It can cause stress, deformation, or failure depending on its type, direction, and duration.

✅ Types of Loads in Machine Design:

1. Static Load

A load that is constant or changes very slowly.
Example: Weight of a building on a beam.

2. Dynamic Load

A load that varies with time or motion.
More dangerous than static loads.
Example: Load on a car's suspension while driving on a bumpy road.

🔄 Based on Direction and Nature of Force:

Load Type	Description	Example
Tensile Load	Pulling force that tries to elongate the material.	Rope under tension
Compressive Load	Pushing force that tries to shorten the material.	Column in a building
Shear Load	Forces acting in opposite directions on parallel planes.	Punching or cutting action
Torsional Load	Twisting force causing rotation.	Shaft of a motor
Bending Load	Load that causes bending or deflection.	Beam under floor slab

📌 Illustration: Types of Loads


     ____________
    |            |
    |  ⬇️ Load   | ← Compressive
    |____________|

    |------------|  ←→  Tensile
    |            |
    |____________|

    ─────────────       🔁  ← Torsion
         ⬅️➡️

    _____________________     ⬇️  ← Bending
    |                     |
    |_____________________|

❓ Questions & Answers:

Q1. What is the difference between static and dynamic load?

Ans: Static load does not change with time, while dynamic load varies and causes vibration and fatigue.

Q2. Which load causes a material to elongate?

Ans: Tensile load.

Q3. What type of load acts during the operation of a drill machine?

Ans: Torsional and axial compressive load.

Q4. Why are dynamic loads more dangerous?

Ans: Because they cause vibration, fluctuating stress, and may lead to fatigue failure.

📙 विषय 1.3 – लोड के प्रकार (Types of Loads - Hindi)

🧠 मशीन डिज़ाइन में लोड क्या होता है?

लोड का मतलब है मशीन के किसी हिस्से पर लगने वाली ताकत। यह ताकत अलग-अलग दिशा, प्रकार, और समय के आधार पर मशीन को नुकसान पहुंचा सकती है।

✅ लोड के प्रकार:

1. स्थैतिक लोड (Static Load)

ऐसी ताकत जो स्थिर रहती है या धीरे-धीरे बदलती है।
उदाहरण: भवन के स्तंभ पर पड़ने वाला वजन।

2. गतिशील लोड (Dynamic Load)

ऐसी ताकत जो समय के साथ बदलती रहती है।
यह ज्यादा खतरनाक होती है।
उदाहरण: कार के सस्पेंशन पर चलते समय लगने वाला झटका।

🔄 ताकत की दिशा और प्रकार के अनुसार:

लोड का प्रकार	विवरण	उदाहरण
तान (Tensile Load)	खींचने वाली ताकत जो सामग्री को लंबा करती है।	रस्सी में लगने वाला तनाव।
दबाव (Compressive Load)	दबाने वाली ताकत जो सामग्री को छोटा करती है।	भवन का स्तंभ।
काटने वाली ताकत (Shear Load)	विपरीत दिशा में समानांतर बल।	कैंची की तरह कटाई।
मोड़ने वाली ताकत (Torsional Load)	मोड़ने वाली या घुमाने वाली ताकत।	मोटर की शाफ्ट।
झुकाव वाली ताकत (Bending Load)	बल जो वस्तु को मोड़ता है।	फर्श के नीचे बीम।

🧾 डायग्राम: लोड के प्रकार


     ____________
    |            |
    |  ⬇️ लोड     | ← दबाव (Compressive)
    |____________|

    |------------|  ←→  तान (Tensile)
    |            |
    |____________|

    ─────────────       🔁  ← मोड़ (Torsion)
         ⬅️➡️

    _____________________     ⬇️  ← झुकाव (Bending)
    |                     |
    |_____________________|

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: स्थैतिक और गतिशील लोड में क्या अंतर है?

उत्तर: स्थैतिक लोड स्थिर रहता है, गतिशील लोड समय के साथ बदलता रहता है।

प्रश्न 2: कौन सा लोड सामग्री को लंबा करता है?

उत्तर: तान लोड।

प्रश्न 3: ड्रिल मशीन में कौन सा लोड काम करता है?

उत्तर: मोड़ने वाला (Torsional) और दबाव (Compressive) लोड।

प्रश्न 4: गतिशील लोड ज्यादा खतरनाक क्यों होता है?

उत्तर: क्योंकि यह कंपन और बार-बार लगने वाले तनाव से थकान (fatigue) पैदा करता है।

📘 Topic 1.4 – Concepts of Stress and Strain (English)

🧠 What is Stress?

Stress is the internal force per unit area inside a material when an external force is applied. It tells us how much force the material is resisting inside itself.

Formula:
$\text{Stress} (\sigma) = \frac{\text{Force} (F)}{\text{Area} (A)}$
Unit: Pascal (Pa) or N/m²

🧠 What is Strain?

Strain is the deformation or change in length per unit length caused by stress.

Formula:
$\text{Strain} (\varepsilon) = \frac{\text{Change in length} (\Delta L)}{\text{Original length} (L)}$
Strain is dimensionless (no units).

✅ Types of Stress:

Stress Type	Description	Example
Tensile Stress	Stress that stretches the material.	Pulling a wire.
Compressive Stress	Stress that compresses or squeezes the material.	Column under load.
Shear Stress	Stress that causes sliding between layers.	Scissors cutting paper.

✅ Types of Strain:

Strain Type	Description
Elastic Strain	Temporary deformation; material returns to original shape when load is removed.
Plastic Strain	Permanent deformation; material does not return to original shape.

📌 Diagram: Stress and Strain


Original length = L
After load applied: Length = L + ΔL

Stress = Force / Area
Strain = ΔL / L

❓ Questions & Answers:

Q1. What is the difference between stress and strain?

Ans: Stress is force per unit area inside the material, while strain is the deformation caused by stress.

Q2. What units are used for stress and strain?

Ans: Stress is measured in Pascal (Pa), strain is dimensionless.

Q3. What type of strain is reversible?

Ans: Elastic strain.

Q4. Give an example of shear stress.

Ans: Scissors cutting paper apply shear stress.

📙 विषय 1.4 – तनाव और विकृति की अवधारणा (Concepts of Stress and Strain - Hindi)

🧠 तनाव (Stress) क्या है?

जब किसी बाहरी बल से सामग्री पर अंदरूनी बल लगती है, तो उसे तनाव कहते हैं। यह बताता है कि सामग्री अपने अंदर कितनी ताकत झेल रही है।

सूत्र:
$\text{तनाव} (\sigma) = \frac{\text{बल} (F)}{\text{क्षेत्रफल} (A)}$
इकाई: पास्कल (Pa) या न्यूटन प्रति वर्ग मीटर (N/m²)

🧠 विकृति (Strain) क्या है?

तनाव की वजह से सामग्री की लंबाई में जो बदलाव आता है, उसे विकृति कहते हैं।

सूत्र:
$\text{विकृति} (\varepsilon) = \frac{\text{लंबाई में परिवर्तन} (\Delta L)}{\text{मूल लंबाई} (L)}$
विकृति बिना इकाई के होती है (dimensionless)।

✅ तनाव के प्रकार:

प्रकार	विवरण	उदाहरण
तानात्मक तनाव (Tensile Stress)	सामग्री को खींचने वाला तनाव।	तार को खींचना।
संपीड़नात्मक तनाव (Compressive Stress)	सामग्री को दबाने वाला तनाव।	स्तंभ पर वजन।
काटनात्मक तनाव (Shear Stress)	सामग्री की परतों के बीच खिसकने वाला तनाव।	कैंची से काटना।

✅ विकृति के प्रकार:

प्रकार	विवरण
लचीली विकृति (Elastic Strain)	अस्थायी विकृति; बल हटने पर सामान वापस अपनी जगह आ जाता है।
स्थायी विकृति (Plastic Strain)	स्थायी विकृति; वस्तु अपनी जगह वापस नहीं आती।

📌 डायग्राम: तनाव और विकृति



मूल लंबाई = L  
लोड के बाद लंबाई = L + ΔL

तनाव = बल / क्षेत्रफल  
विकृति = ΔL / L

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: तनाव और विकृति में क्या अंतर है?

उत्तर: तनाव वह बल है जो प्रति क्षेत्रफल लगता है, जबकि विकृति वह बदलाव है जो उस बल की वजह से लंबाई में आता है।

प्रश्न 2: तनाव और विकृति की इकाई क्या है?

उत्तर: तनाव की इकाई पास्कल (Pa) होती है, विकृति बिना इकाई होती है।

प्रश्न 3: कौन सी विकृति अस्थायी होती है?

उत्तर: लचीली (Elastic) विकृति।

प्रश्न 4: काटनात्मक तनाव का उदाहरण दें।

उत्तर: कैंची से कागज काटना।

📘 Topic 1.5 – Stress-Strain Diagram for Ductile and Brittle Materials (English)

🧠 What is a Stress-Strain Diagram?

A graphical representation showing how a material deforms (strain) when stress is applied.
It helps to understand material behavior under load and design accordingly.

✅ Key Points of Stress-Strain Diagram

Proportional Limit (PL):
Up to this point, stress is proportional to strain (follows Hooke's law).
Elastic Limit (EL):
Maximum stress material can withstand and still return to its original shape.
Yield Point (YP):
Point where material begins to deform permanently (plastic deformation starts).
Ultimate Stress (US) or Tensile Strength:
Maximum stress material can bear before breaking.
Fracture Point:
Where material breaks or fails.

✅ Ductile vs Brittle Materials

Property	Ductile Material	Brittle Material
Behavior	Can undergo large plastic deformation before breaking	Breaks suddenly with little plastic deformation
Stress-Strain Curve	Shows clear yield point and large strain before fracture	No distinct yield point, breaks early
Examples	Mild steel, aluminum	Cast iron, glass

📊 Typical Stress-Strain Diagram


Stress (σ)
  ↑
  |              /--------- Ultimate Stress (Tensile Strength)
  |             /
  |            /
  |           /  Yield Point
  |          /
  |         /
  |--------/-------------------- Elastic Limit
  |       /
  |      /
  |     / Proportional Limit
  |____/____________________________ Strain (ε)

❓ Questions & Answers

Q1. What is the proportional limit?

Ans: The point up to which stress is directly proportional to strain.

Q2. What happens at the yield point?

Ans: Material starts to deform permanently.

Q3. Which material shows a large plastic deformation before breaking?

Ans: Ductile material.

Q4. Give one example each of ductile and brittle materials.

Ans: Ductile: Mild steel; Brittle: Cast iron.

📙 विषय 1.5 – डक्टाइल और ब्रिटल मटेरियल्स का स्ट्रेस-स्ट्रेन डायग्राम (Stress-Strain Diagram - Hindi)

🧠 स्ट्रेस-स्ट्रेन डायग्राम क्या है?

यह एक ग्राफ होता है जो दिखाता है कि किसी मटेरियल में तनाव (Stress) लगने पर वह कितना विकृत (Strain) होता है।
इससे हमें मटेरियल की मजबूती और व्यवहार समझने में मदद मिलती है।

✅ स्ट्रेस-स्ट्रेन डायग्राम के मुख्य भाग:

प्रोपोर्शनल लिमिट (Proportional Limit):
इस बिंदु तक तनाव और विकृति सीधे अनुपाती होते हैं (Hooke’s Law लागू होता है)।
इलास्टिक लिमिट (Elastic Limit):
अधिकतम तनाव जिसे मटेरियल झेलकर अपनी पुरानी अवस्था में लौट सकता है।
यील्ड पॉइंट (Yield Point):
वह बिंदु जहाँ मटेरियल में स्थायी विकृति शुरू हो जाती है।
अल्टिमेट स्ट्रेस (Ultimate Stress):
मटेरियल का अधिकतम तनाव जिसे वह टूटने से पहले झेल सकता है।
फ्रैक्चर पॉइंट (Fracture Point):
वह बिंदु जहाँ मटेरियल टूट जाता है।

✅ डक्टाइल और ब्रिटल मटेरियल में अंतर:

गुण	डक्टाइल मटेरियल (Ductile)	ब्रिटल मटेरियल (Brittle)
व्यवहार	टूटने से पहले बड़ी स्थायी विकृति झेलता है	बिना अधिक विकृति के अचानक टूट जाता है
स्ट्रेस-स्ट्रेन कर्व	स्पष्ट यील्ड पॉइंट और अधिक स्ट्रेन	यील्ड पॉइंट नहीं, जल्दी टूट जाता है
उदाहरण	माइल्ड स्टील, एल्यूमिनियम	कास्ट आयरन, कांच

📊 सामान्य स्ट्रेस-स्ट्रेन डायग्राम


तनाव (σ)
  ↑
  |              /--------- अल्टिमेट स्ट्रेस (Ultimate Stress)
  |             /
  |            /
  |           /  यील्ड पॉइंट (Yield Point)
  |          /
  |         /
  |--------/-------------------- इलास्टिक लिमिट (Elastic Limit)
  |       /
  |      /
  |     / प्रोपोर्शनल लिमिट (Proportional Limit)
  |____/____________________________ विकृति (ε)

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: प्रोपोर्शनल लिमिट क्या है?

उत्तर: वह बिंदु जहाँ तनाव और विकृति सीधे अनुपाती होते हैं।

प्रश्न 2: यील्ड पॉइंट पर क्या होता है?

उत्तर: मटेरियल में स्थायी विकृति शुरू हो जाती है।

प्रश्न 3: कौन सा मटेरियल टूटने से पहले बड़ी विकृति झेलता है?

उत्तर: डक्टाइल मटेरियल।

प्रश्न 4: डक्टाइल और ब्रिटल मटेरियल के एक-एक उदाहरण दें।

उत्तर: डक्टाइल: माइल्ड स्टील; ब्रिटल: कास्ट आयरन।

📘 Topic 1.6 – Types of Stresses (English)

🧠 What are Stresses?

Stress is the internal force per unit area within materials that arises due to externally applied forces. Different types of stresses occur depending on the nature and direction of applied forces.

✅ Main Types of Stresses

1. Tensile Stress (Pulling Stress)

It occurs when forces act to stretch or elongate the material.
Example: A rope under tension while pulling a load.
Effect: The material gets stretched.

2. Compressive Stress (Pushing Stress)

It occurs when forces act to compress or shorten the material.
Example: Columns supporting a building.
Effect: The material gets compressed.

3. Shear Stress

It occurs when forces act parallel but in opposite directions on different planes of the material causing layers to slide over each other.
Example: Scissors cutting paper, or bolts subjected to shear.
Effect: Sliding deformation.

4. Bending Stress

A combination of tensile and compressive stresses on opposite sides of a material when it is bent.
Example: A beam supported at ends with a load in the middle.
Effect: The material bends; one side stretches (tension) and other compresses.

5. Torsional Stress (Twisting Stress)

Occurs when a material is twisted by applying torque.
Example: A shaft transmitting power in a machine.
Effect: Twisting deformation.

📌 Diagram of Different Stresses

(Visualize or draw: Simple sketches showing)

Tensile stress: pulling force stretching a rod.
Compressive stress: pushing force compressing a column.
Shear stress: forces causing layers to slide.
Bending stress: beam bending with tension and compression.
Torsional stress: twisting a shaft.

❓ Questions & Answers

Q1. What type of stress occurs when a rod is pulled?

Ans: Tensile stress.

Q2. Which stress compresses a column?

Ans: Compressive stress.

Q3. What kind of stress causes sliding layers?

Ans: Shear stress.

Q4. What is torsional stress?

Ans: Stress due to twisting forces (torque).

📙 विषय 1.6 – तनाव के प्रकार (Types of Stresses - Hindi)

🧠 तनाव क्या है?

तनाव वह आंतरिक बल है जो किसी वस्तु के क्षेत्रफल पर बाहरी बल के कारण उत्पन्न होता है। तनाव के प्रकार बाहरी बल के दिशा और प्रकृति पर निर्भर करते हैं।

✅ मुख्य तनाव के प्रकार

1. तानात्मक तनाव (Tensile Stress)

जब कोई वस्तु खींची जाती है, तब यह तनाव उत्पन्न होता है।
उदाहरण: रस्सी में खींचाव।
प्रभाव: वस्तु लम्बी और पतली हो जाती है।

2. संपीड़नात्मक तनाव (Compressive Stress)

जब कोई वस्तु दबाई जाती है, तब यह तनाव उत्पन्न होता है।
उदाहरण: किसी स्तंभ पर लगने वाला भार।
प्रभाव: वस्तु छोटी और मोटी हो जाती है।

3. काटनात्मक तनाव (Shear Stress)

जब दो विपरीत दिशा में समानांतर बल लगते हैं और वस्तु की परतें एक-दूसरे के ऊपर फिसलने लगती हैं।
उदाहरण: कैंची से कागज काटना।
प्रभाव: वस्तु की परतें फिसलती हैं।

4. मोड़ने वाला तनाव (Bending Stress)

जब वस्तु को मोड़ा जाता है, तो एक तरफ तानात्मक और दूसरी तरफ संपीड़नात्मक तनाव उत्पन्न होते हैं।
उदाहरण: बीम पर बीच में भार लगना।
प्रभाव: वस्तु मुड़ जाती है।

5. ट्विस्टिंग तनाव (Torsional Stress)

जब वस्तु को घुमाया जाता है (टॉर्क लगाकर)।
उदाहरण: मशीन के शाफ्ट का घूमना।
प्रभाव: वस्तु घुमाव में आती है।

📌 तनाव के प्रकारों के चित्र

(ख़ुद बनाएँ या नोट्स में जोड़ें)

खींचाव दिखाते हुए रॉड
दबाव डालते हुए स्तंभ
कटनात्मक तनाव की परतें फिसलती हुई
मोड़ने वाला बीम
घुमाव वाला शाफ्ट

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: खींचने पर किस प्रकार का तनाव उत्पन्न होता है?

उत्तर: तानात्मक तनाव।

प्रश्न 2: स्तंभ पर भार लगने से कौन सा तनाव होता है?

उत्तर: संपीड़नात्मक तनाव।

प्रश्न 3: परतों के फिसलने वाला तनाव क्या कहलाता है?

उत्तर: काटनात्मक तनाव।

प्रश्न 4: ट्विस्टिंग तनाव क्या है?

उत्तर: जब वस्तु को टॉर्क देकर घुमाया जाता है, तब उत्पन्न तनाव।

📘 Topic 1.7 – Principal Stresses (English)

🧠 What are Principal Stresses?

When a material is subjected to stresses in different directions, stresses act on various planes inside it.
Principal stresses are the maximum and minimum normal stresses acting on particular planes where the shear stress is zero.
These principal stresses help in understanding failure criteria and safe design.

✅ Key Concepts

Normal Stress (σ): Stress acting perpendicular to a surface.
Shear Stress (τ): Stress acting parallel to a surface.
Principal Planes: Planes on which shear stress is zero and only normal stresses act.
Principal Stresses: Stresses on principal planes, denoted as σ₁ (maximum), σ₂ (intermediate), σ₃ (minimum).

🧮 Calculating Principal Stresses

For two-dimensional stress state with normal stresses σx, σy and shear stress τxy:

\sigma_{1,2} = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}

📊 Mohr’s Circle (Graphical Method)

A graphical method to find principal stresses and maximum shear stresses.
Plot normal stress (σ) vs shear stress (τ).
The circle’s center is at $\frac{\sigma_x + \sigma_y}{2}$ , radius gives max shear.

❓ Questions & Answers

Q1. What are principal stresses?

Ans: Maximum and minimum normal stresses acting on planes where shear stress is zero.

Q2. How many principal stresses exist in 3D stress?

Ans: Three principal stresses (σ₁, σ₂, σ₃).

Q3. What is the condition of principal planes?

Ans: Shear stress is zero on principal planes.

📙 विषय 1.7 – प्रमुख तनाव (Principal Stresses - Hindi)

🧠 प्रमुख तनाव क्या हैं?

जब किसी वस्तु पर विभिन्न दिशाओं में तनाव लगते हैं, तो उसके अंदर विभिन्न विमाओं पर तनाव उत्पन्न होते हैं।
प्रमुख तनाव वे अधिकतम और न्यूनतम सामान्य तनाव होते हैं जो उन विमाओं पर कार्य करते हैं जहाँ कटाव तनाव शून्य होता है।
प्रमुख तनावों को जानना डिज़ाइन और विफलता के विश्लेषण के लिए आवश्यक है।

✅ मुख्य अवधारणाएँ

सामान्य तनाव (σ): वह तनाव जो किसी सतह के लंबवत होता है।
काटनात्मक तनाव (τ): वह तनाव जो सतह के समानांतर होता है।
प्रमुख विमाएँ: वे विमाएँ जहाँ कटाव तनाव शून्य होता है।
प्रमुख तनाव: प्रमुख विमाओं पर लगने वाले तनाव, जिन्हें σ₁ (अधिकतम), σ₂ (मध्य), σ₃ (न्यूनतम) कहा जाता है।

🧮 प्रमुख तनाव की गणना

2D तनाव स्थिति के लिए जहां सामान्य तनाव σx, σy और कटाव तनाव τxy हैं:

\sigma_{1,2} = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}

📊 मोह्र का वृत्त (Mohr’s Circle)

यह एक ग्राफिकल विधि है जो प्रमुख तनाव और अधिकतम कटाव तनाव ज्ञात करने के लिए उपयोग की जाती है।
सामान्य तनाव (σ) और काटनात्मक तनाव (τ) को प्लॉट किया जाता है।
वृत्त का केंद्र $\frac{\sigma_x + \sigma_y}{2}$ पर होता है और त्रिज्या अधिकतम कटाव तनाव दर्शाती है।

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: प्रमुख तनाव क्या हैं?

उत्तर: वे अधिकतम और न्यूनतम सामान्य तनाव होते हैं जो उन विमाओं पर लगते हैं जहां काटनात्मक तनाव शून्य होता है।

प्रश्न 2: 3D तनाव स्थिति में कितने प्रमुख तनाव होते हैं?

उत्तर: तीन प्रमुख तनाव (σ₁, σ₂, σ₃) होते हैं।

प्रश्न 3: प्रमुख विमाओं की क्या स्थिति होती है?

उत्तर: प्रमुख विमाओं पर काटनात्मक तनाव शून्य होता है।

Topic 1.8 – Simple Numericals (English)

🧮 Simple Numerical Examples on Principal Stresses

Example 1:

A two-dimensional stress element has:

Normal stress in x-direction, σx = 40 MPa (tensile)
Normal stress in y-direction, σy = 10 MPa (compressive)
Shear stress, τxy = 20 MPa

Find the principal stresses.

Solution:

Use the formula:

\sigma_{1,2} = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}

Calculate:

\frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} = \frac{40 + (-10)}{2} = \frac{30}{2} = 15 \text{ MPa}

\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2} = \frac{40 - (-10)}{2} = \frac{50}{2} = 25 \text{ MPa}

\sqrt{25^2 + 20^2} = \sqrt{625 + 400} = \sqrt{1025} \approx 32.02 \text{ MPa}

Therefore:

\sigma_1 = 15 + 32.02 = 47.02 \text{ MPa}

\sigma_2 = 15 - 32.02 = -17.02 \text{ MPa}

✅ Answer:

Principal stresses are approximately:

σ₁ = 47.02 MPa (tensile)
σ₂ = –17.02 MPa (compressive)

❓ Questions:

What is the average normal stress in the element?
Calculate the maximum shear stress from this data.

विषय 1.8 – सरल संख्यात्मक प्रश्न (Simple Numericals - Hindi)

🧮 सरल संख्यात्मक उदाहरण – प्रमुख तनाव

उदाहरण 1:

एक द्वि-आयामी तनाव तत्व पर:

x-दिशा में सामान्य तनाव, σx = 40 MPa (तानात्मक)
y-दिशा में सामान्य तनाव, σy = 10 MPa (संपीड़नात्मक)
काटनात्मक तनाव, τxy = 20 MPa

प्रमुख तनाव ज्ञात करें।

हल:

सूत्र का उपयोग करें:

\sigma_{1,2} = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}

गणना करें:

\frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} = \frac{40 + (-10)}{2} = \frac{30}{2} = 15 \text{ MPa}

\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2} = \frac{40 - (-10)}{2} = \frac{50}{2} = 25 \text{ MPa}

\sqrt{25^2 + 20^2} = \sqrt{625 + 400} = \sqrt{1025} \approx 32.02 \text{ MPa}

इसलिए:

\sigma_1 = 15 + 32.02 = 47.02 \text{ MPa}

\sigma_2 = 15 - 32.02 = -17.02 \text{ MPa}

✅ उत्तर:

प्रमुख तनाव लगभग हैं:

σ₁ = 47.02 MPa (तानात्मक)
σ₂ = –17.02 MPa (संपीड़नात्मक)

❓ प्रश्न:

तनाव तत्व का औसत सामान्य तनाव क्या है?
इस डेटा से अधिकतम काटनात्मक तनाव ज्ञात करें।

Topic 1.9 – Fatigue (English)

🧠 What is Fatigue?

Fatigue is the weakening or failure of a material caused by repeated or fluctuating stresses over time, even if the stresses are below the material's ultimate tensile strength.
It happens due to cyclic loading (like bending, twisting, or fluctuating forces).
Fatigue failure often starts with microscopic cracks that grow with each load cycle until the material breaks.

✅ Key Points

Fatigue life = Number of cycles a material can endure before failure.
Fatigue limit (endurance limit) = Stress level below which fatigue failure does not occur.
Common in parts like shafts, bridges, aircraft wings which face repetitive stresses.

📈 S-N Curve (Stress vs Number of Cycles)

Graph showing relation between cyclic stress amplitude and number of cycles to failure.
Typically, stress amplitude decreases as the number of cycles to failure increases.
For some materials (like steel), there is an endurance limit below which the material can theoretically last infinite cycles without failure.

❓ Questions & Answers

Q1. What causes fatigue in materials?

Ans: Repeated or cyclic stresses cause fatigue.

Q2. What is fatigue life?

Ans: Number of load cycles a material can withstand before failure.

Q3. What is endurance limit?

Ans: Maximum stress below which fatigue failure does not occur.

विषय 1.9 – थकावट (Fatigue - Hindi)

🧠 थकावट क्या है?

थकावट वह प्रक्रिया है जिसमें कोई पदार्थ बार-बार या बदलते हुए तनाव के कारण कमजोर होकर टूट जाता है, भले ही तनाव उसकी अधिकतम ताकत से कम हो।
यह चक्रीय लोडिंग (जैसे झुकाव, मरोड़, या बदलते बल) के कारण होता है।
थकावट के कारण छोटे-छोटे दरारें उत्पन्न होती हैं जो लोडिंग के साथ बढ़ती जाती हैं और अंत में टूटने का कारण बनती हैं।

✅ मुख्य बिंदु

थकावट जीवन = वह चक्रीय संख्या (साइकल) जिसे पदार्थ टूटने से पहले सह सकता है।
थकावट सीमा (एंड्योरेंस लिमिट) = वह तनाव सीमा जिसके नीचे थकावट टूट नहीं होती।
ऐसे हिस्से जिनमें बार-बार तनाव आते हैं जैसे शाफ्ट, पुल, हवाई जहाज के पंख, थकावट के प्रति संवेदनशील होते हैं।

📈 एस-एन कर्व (तनाव बनाम चक्रीय संख्या)

यह ग्राफ तनाव की तीव्रता और टूटने तक के चक्रीय संख्या के बीच संबंध दिखाता है।
आमतौर पर, अधिक चक्रीय संख्या के लिए तनाव कम होता है।
कुछ पदार्थों जैसे स्टील में थकावट सीमा होती है, जिसके नीचे अनंत संख्या में लोड लगने पर भी टूटाव नहीं होता।

❓ प्रश्न उत्तर:

प्रश्न 1: थकावट क्यों होती है?

उत्तर: बार-बार या चक्रीय तनाव के कारण।

प्रश्न 2: थकावट जीवन क्या होता है?

उत्तर: वह लोड साइकल की संख्या जिसे पदार्थ टूटने से पहले सहता है।

प्रश्न 3: थकावट सीमा क्या है?

उत्तर: वह अधिकतम तनाव जिसके नीचे थकावट टूट नहीं होती।

Topic 1.10 – Endurance Limit (English)

🧠 What is Endurance Limit?

The endurance limit (also called fatigue limit) is the maximum stress level below which a material can withstand an infinite number of load cycles without failure due to fatigue.
Not all materials have a well-defined endurance limit, but ferrous metals like steel usually do.
For materials with no endurance limit, designers use a fatigue strength at a specified number of cycles (like 10^6 cycles).

✅ Key Points

If the cyclic stress is below the endurance limit, the material theoretically never fails by fatigue.
Important for designing machine parts subjected to repeated or fluctuating loads.
Helps in selecting safe stress levels for long-life components.

📈 Graphical Representation

On the S-N curve, endurance limit is the stress level where the curve becomes nearly horizontal, indicating infinite life.

❓ Questions:

Q1: What does the endurance limit signify?

Ans: The maximum stress below which the material can endure infinite load cycles without fatigue failure.

Q2: Do all materials have endurance limits?

Ans: No, ferrous metals usually have it; non-ferrous metals may not.

Q3: How is endurance limit useful?

Ans: It helps in designing parts for long fatigue life.

विषय 1.10 – एंड्योरेंस लिमिट (Endurance Limit - Hindi)

🧠 एंड्योरेंस लिमिट क्या है?

एंड्योरेंस लिमिट (जिसे थकावट सीमा भी कहा जाता है) वह अधिकतम तनाव स्तर है, जिसके नीचे पदार्थ अनंत संख्या में लोड साइकल सह सकता है बिना थकावट के टूटे।
सभी पदार्थों के लिए एंड्योरेंस लिमिट नहीं होती, लेकिन इस्पात जैसे लौह पदार्थों के लिए यह आमतौर पर होती है।
जिन पदार्थों के लिए यह नहीं होती, उनके लिए एक विशेष चक्रीय संख्या (जैसे 10^6 साइकल) पर थकावट ताकत निर्धारित की जाती है।

✅ मुख्य बिंदु

अगर चक्रीय तनाव एंड्योरेंस लिमिट से कम है, तो पदार्थ सैद्धांतिक रूप से थकावट से कभी नहीं टूटेगा।
यह उन मशीन भागों के डिजाइन में बहुत महत्वपूर्ण है जिन्हें बार-बार लोड या बदलते लोड का सामना करना पड़ता है।
लंबे जीवन वाले हिस्सों के लिए सुरक्षित तनाव स्तर चुनने में मदद करता है।

📈 ग्राफिकल प्रतिनिधित्व

S-N कर्व में, एंड्योरेंस लिमिट वह तनाव स्तर होता है जहाँ कर्व लगभग क्षैतिज हो जाता है, जो अनंत जीवन को दर्शाता है।

❓ प्रश्न:

प्रश्न 1: एंड्योरेंस लिमिट क्या दर्शाती है?

उत्तर: वह अधिकतम तनाव जिस से नीचे पदार्थ अनंत लोड साइकल सह सकता है बिना थकावट टूटे।

प्रश्न 2: क्या सभी पदार्थों में एंड्योरेंस लिमिट होती है?

उत्तर: नहीं, लौह पदार्थों में होती है, गैर-लौह पदार्थों में नहीं भी हो सकती।

प्रश्न 3: एंड्योरेंस लिमिट का उपयोग कैसे होता है?

उत्तर: लंबे समय तक थकावट रहित जीवन के लिए भागों के डिजाइन में उपयोगी होती है।

Topic 1.11 – Factor of Safety and Factors Governing Selection of Factor of Safety (English)

🧠 What is Factor of Safety (FoS)?

The Factor of Safety is a design criterion that provides a safety margin over the expected maximum load.
It is the ratio of the material’s ultimate strength (or yield strength) to the allowable or working stress.
It ensures that even with uncertainties in loads, material properties, and manufacturing defects, the component will not fail.

\text{Factor of Safety} = \frac{\text{Ultimate Strength}}{\text{Allowable Stress}}

✅ Key Points

FoS > 1 to ensure safety (commonly between 1.5 to 5 depending on application).
Higher FoS means more safety but increases weight and cost.
Used in all engineering designs to avoid failure due to unexpected conditions.

🧩 Factors Affecting Selection of Factor of Safety

Type of Load: Dynamic or impact loads require higher FoS.
Material Properties: Variability in material strength needs higher FoS.
Consequences of Failure: Severe consequences (e.g. loss of life) require higher FoS.
Accuracy of Load Estimation: Uncertain loads need higher FoS.
Manufacturing Defects: Presence of defects or poor quality needs higher FoS.
Environment: Corrosive or harsh environments increase FoS.
Experience and Testing: Well-tested designs may have lower FoS.

❓ Questions & Answers

Q1: What is the factor of safety?

Ans: Ratio of ultimate strength to allowable stress to ensure safety.

Q2: Why do we use a factor of safety?

Ans: To protect against uncertainties and unexpected loads.

Q3: Name some factors that affect the choice of FoS.

Ans: Load type, material, consequences, accuracy, defects, environment.

विषय 1.11 – सुरक्षा गुणांक (Factor of Safety) और सुरक्षा गुणांक के चयन के कारक

🧠 सुरक्षा गुणांक क्या है?

सुरक्षा गुणांक (Factor of Safety) एक डिज़ाइन मापदंड है जो अनुमानित अधिकतम लोड से अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करता है।
यह सामग्री की अधिकतम ताकत (अल्टीमेट स्ट्रेंथ या यील्ड स्ट्रेंथ) और कामकाजी तनाव (Allowable Stress) के अनुपात के रूप में परिभाषित होता है।
इसका उद्देश्य लोड, सामग्री की असमानताओं, और निर्माण दोषों के कारण होने वाली विफलता से बचाव करना है।

सुरक्षा\:गुणांक = \frac{अल्टीमेट\:स्ट्रेंथ}{अनुमत\:तनाव}

✅ मुख्य बिंदु

सुरक्षा गुणांक हमेशा 1 से बड़ा होता है (आमतौर पर 1.5 से 5 के बीच)।
अधिक सुरक्षा गुणांक का मतलब अधिक सुरक्षा, लेकिन इससे वजन और लागत बढ़ जाती है।
सभी इंजीनियरिंग डिज़ाइनों में इसका उपयोग होता है ताकि अनपेक्षित स्थितियों में विफलता न हो।

🧩 सुरक्षा गुणांक चयन के कारक

लोड का प्रकार: गतिशील या प्रभावी लोड के लिए उच्च सुरक्षा गुणांक आवश्यक।
सामग्री की विशेषताएँ: सामग्री की ताकत में असमानता होने पर अधिक सुरक्षा गुणांक।
विफलता के परिणाम: यदि विफलता से गंभीर नुकसान हो, तो अधिक सुरक्षा गुणांक।
लोड का अनुमान: लोड की अनिश्चितता अधिक होने पर उच्च सुरक्षा गुणांक।
निर्माण दोष: निर्माण में दोष या खराब गुणवत्ता के कारण अधिक सुरक्षा गुणांक।
पर्यावरण: संक्षारण या कठोर पर्यावरण में उच्च सुरक्षा गुणांक।
अनुभव और परीक्षण: अच्छी तरह परीक्षण किए डिज़ाइनों में कम सुरक्षा गुणांक हो सकता है।

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: सुरक्षा गुणांक क्या है?

उत्तर: अल्टीमेट स्ट्रेंथ और अनुमत तनाव का अनुपात जो सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

प्रश्न 2: सुरक्षा गुणांक क्यों उपयोग करते हैं?

उत्तर: अनिश्चितताओं और अप्रत्याशित लोड से सुरक्षा के लिए।

प्रश्न 3: सुरक्षा गुणांक के चयन में कौन-कौन से कारक महत्वपूर्ण हैं?

उत्तर: लोड का प्रकार, सामग्री, परिणाम, लोड अनुमान, निर्माण दोष, पर्यावरण।

Topic 1.12 – Stress Concentration (English)

🧠 What is Stress Concentration?

Stress concentration is the phenomenon where stress becomes significantly higher at certain points in a material due to abrupt changes in geometry, holes, notches, cracks, or sharp corners.
These areas are called stress concentration points or stress raisers.
Stress concentration can cause premature failure as these points experience stresses much greater than the average.

✅ Causes of Stress Concentration

Holes (bolt holes, keyways)
Sharp corners or edges
Notches and grooves
Sudden changes in cross-sectional area
Cracks or surface defects

📊 Effect of Stress Concentration

Local stress at concentration points can be several times higher than nominal stress.
It reduces the fatigue life of components.
Design must minimize stress concentration to increase component life.

❓ Questions & Answers

Q1: What is stress concentration?

Ans: Localized increase in stress due to geometry changes or defects.

Q2: Name some causes of stress concentration.

Ans: Holes, notches, sharp corners, sudden changes in cross-section.

Q3: Why is stress concentration important in design?

Ans: It can lead to early failure and reduces fatigue life.

विषय 1.12 – तनाव एकाग्रता (Stress Concentration)

🧠 तनाव एकाग्रता क्या है?

तनाव एकाग्रता उस स्थिति को कहते हैं जहाँ सामग्री में आकृति में अचानक बदलाव, छेद, कटाव, या नुकीले कोनों के कारण तनाव किसी विशेष स्थान पर बहुत अधिक हो जाता है।
इन्हें तनाव एकाग्रता बिंदु या तनाव बढ़ाने वाले बिंदु कहा जाता है।
ये बिंदु जल्दी विफलता का कारण बन सकते हैं क्योंकि यहाँ तनाव औसत से बहुत अधिक होता है।

✅ तनाव एकाग्रता के कारण

छेद (जैसे बोल्ट होल, कीवे)
नुकीले कोने या किनारे
कटाव और नालियाँ
अचानक क्रॉस-सेक्शन में बदलाव
दरारें या सतह दोष

📊 तनाव एकाग्रता का प्रभाव

तनाव एकाग्रता वाले बिंदुओं पर स्थानीय तनाव नाममात्र तनाव से कई गुना अधिक हो सकता है।
इससे सामग्री की थकावट जीवन कम हो जाती है।
डिज़ाइन में तनाव एकाग्रता को कम करना आवश्यक होता है ताकि भाग की उम्र बढ़ सके।

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: तनाव एकाग्रता क्या है?

उत्तर: आकृति या दोषों के कारण तनाव का स्थानीय रूप से बढ़ जाना।

प्रश्न 2: तनाव एकाग्रता के कारण क्या-क्या हो सकते हैं?

उत्तर: छेद, नुकीले कोने, कटाव, आकृति में अचानक बदलाव।

प्रश्न 3: डिज़ाइन में तनाव एकाग्रता क्यों महत्वपूर्ण है?

उत्तर: यह जल्दी टूटने और थकावट जीवन कम होने का कारण बनती है।

Topic 1.12.1 – Causes & Remedies of Stress Concentration (English)

🧠 Causes of Stress Concentration

Geometrical discontinuities: Sharp corners, sudden changes in cross-section, grooves, keyways, holes.
Surface defects: Cracks, scratches, corrosion pits.
Material defects: Inclusions, voids inside the material.
Poor manufacturing: Improper machining causing rough surfaces or sharp edges.

✅ Remedies to Reduce Stress Concentration

Use fillets and rounds: Replace sharp corners with smooth curves (fillets) to reduce stress risers.
Avoid sudden changes in cross-section: Use gradual transitions.
Drill holes properly: Ensure holes have smooth edges, chamfers or counterbores.
Surface treatment: Polishing, shot peening, or surface hardening to remove surface defects.
Material selection: Use tougher materials with better fatigue resistance.
Proper manufacturing controls: Maintain good quality control to avoid defects.

❓ Questions & Answers

Q1: What are common causes of stress concentration?

Ans: Sharp corners, holes, cracks, sudden geometry changes.

Q2: How can stress concentration be reduced?

Ans: Using fillets, smooth transitions, proper hole finishing, surface treatment.

Q3: Why is reducing stress concentration important?

Ans: To prevent premature failure and increase fatigue life.

विषय 1.12.1 – तनाव एकाग्रता के कारण और उपाय

🧠 तनाव एकाग्रता के कारण

आकृतिक विषमताएँ: नुकीले कोने, आकृति में अचानक बदलाव, कटाव, कीवे, छेद।
सतह दोष: दरारें, खरोंच, संक्षारण के गड्ढे।
सामग्री दोष: सामग्री में शामिल अशुद्धियाँ, रिक्त स्थान।
खराब निर्माण प्रक्रिया: खराब मशीनिंग से खुरदरे सतह या तेज किनारे बनना।

✅ तनाव एकाग्रता कम करने के उपाय

फिलेट और राउंड का उपयोग: नुकीले कोनों की जगह चिकनी वक्र (फिलेट) दें।
अचानक बदलाव से बचें: आकृति में धीरे-धीरे बदलाव करें।
छेद सही तरीके से बनाएं: छेदों के किनारों को चिकना, चैंफर या काउंटरबोर करें।
सतह उपचार: पॉलिशिंग, शॉट पीनिंग या सतह कड़ीकरण करें।
सामग्री का चयन: मजबूत और थकावट प्रतिरोधी सामग्री का उपयोग।
निर्माण प्रक्रिया नियंत्रण: गुणवत्ता नियंत्रण से दोष कम करें।

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: तनाव एकाग्रता के मुख्य कारण क्या हैं?

उत्तर: नुकीले कोने, छेद, दरारें, आकृति में अचानक बदलाव।

प्रश्न 2: तनाव एकाग्रता कैसे कम करें?

उत्तर: फिलेट, चिकनी आकृति, सही छेद बनाना, सतह उपचार।

प्रश्न 3: तनाव एकाग्रता कम करना क्यों जरूरी है?

उत्तर: जल्दी टूटने से बचाने और थकावट जीवन बढ़ाने के लिए।

Topic 1.13 – Converting Actual Load or Torque into Design Load or Torque Using Design Factors (English)

🧠 What is Design Load or Torque?

The actual load or torque is the real force or moment acting on a component during operation.
The design load or torque is the load or torque value used for designing a machine part, which is usually higher than the actual to ensure safety and durability.
It accounts for uncertainties in load, material properties, operating conditions, and possible overloads.

✅ Why Convert Actual Load to Design Load?

To include safety factors and unexpected loads.
To ensure the part does not fail under any normal or accidental condition.
To compensate for errors in load estimation and material defects.

🔢 How to Convert?

\text{Design Load} = \text{Actual Load} \times \text{Factor of Safety}

Similarly,

\text{Design Torque} = \text{Actual Torque} \times \text{Factor of Safety}

The Factor of Safety (FoS) depends on the application, material, and load nature.

❓ Questions & Answers

Q1: What is design load?

Ans: Load considered for design after applying factor of safety on actual load.

Q2: Why do we use factor of safety?

Ans: To account for uncertainties and ensure safety.

Q3: Write the formula to find design load.

Ans: Design Load = Actual Load × Factor of Safety.

विषय 1.13 – वास्तविक लोड या टॉर्क को डिजाइन लोड या टॉर्क में बदलना (Factor of Safety के उपयोग से)

🧠 डिज़ाइन लोड या टॉर्क क्या है?

वास्तविक लोड या टॉर्क वह असली बल या घुमावदार मोमेंट है जो किसी मशीन के भाग पर कार्य करता है।
डिज़ाइन लोड या टॉर्क वह मान है जिसका उपयोग मशीन के भाग को डिजाइन करने के लिए किया जाता है, जो सामान्यतः वास्तविक लोड से अधिक होता है ताकि सुरक्षा और मजबूती बनी रहे।
यह लोड में अनिश्चितताओं, सामग्री की गुणवत्ता, ऑपरेशन के हालात और अचानक अधिक लोड को ध्यान में रखता है।

✅ वास्तविक लोड को डिज़ाइन लोड में क्यों बदलते हैं?

सुरक्षा कारक और अप्रत्याशित लोड को शामिल करने के लिए।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि भाग सामान्य या आकस्मिक परिस्थितियों में टूटे नहीं।
लोड के अनुमान में त्रुटि और सामग्री दोषों के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए।

🔢 कैसे करें परिवर्तन?

\text{डिज़ाइन लोड} = \text{वास्तविक लोड} \times \text{सुरक्षा कारक (Factor of Safety)}

इसी प्रकार,

\text{डिज़ाइन टॉर्क} = \text{वास्तविक टॉर्क} \times \text{सुरक्षा कारक}

सुरक्षा कारक (FoS) का चयन एप्लीकेशन, सामग्री और लोड की प्रकृति पर निर्भर करता है।

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: डिज़ाइन लोड क्या होता है?

उत्तर: वास्तविक लोड पर सुरक्षा कारक लगाकर प्राप्त किया गया लोड।

प्रश्न 2: सुरक्षा कारक का उपयोग क्यों करते हैं?

उत्तर: अनिश्चितताओं को ध्यान में रखने और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए।

प्रश्न 3: डिज़ाइन लोड निकालने का सूत्र लिखिए।

उत्तर: डिज़ाइन लोड = वास्तविक लोड × सुरक्षा कारक।

Topic 1.13.1 – Factor of Safety (English)

🧠 What is Factor of Safety (FoS)?

Factor of Safety is a design parameter used to provide a safety margin in engineering design.
It is the ratio of the maximum strength of a material/component to the actual applied load or stress.
It ensures that the machine or structure will not fail under unforeseen loads or conditions.

\text{FoS} = \frac{\text{Maximum Strength}}{\text{Actual Working Load}}

✅ Why Use Factor of Safety?

To account for uncertainties in material properties.
To cover unexpected overloads.
To compensate for errors in load calculations or design assumptions.
To improve reliability and safety.

📝 Typical Values of FoS

Depends on the application and material. For example:
- Structural steel: 1.5 to 3
- Machines under fluctuating loads: 3 to 6
- High-risk applications: even higher

❓ Questions & Answers

Q1: Define Factor of Safety.

Ans: Ratio of maximum strength to actual load, providing safety margin.

Q2: Why is Factor of Safety important?

Ans: To ensure safety against uncertainties and overloads.

Q3: Write the formula of Factor of Safety.

Ans: FoS = Maximum Strength / Actual Working Load

विषय 1.13.1 – सुरक्षा कारक (Factor of Safety)

🧠 सुरक्षा कारक क्या है?

सुरक्षा कारक डिजाइन में इस्तेमाल होने वाला एक मानक है जो सुरक्षा के लिए अतिरिक्त मार्जिन देता है।
यह किसी सामग्री या पुर्जा की अधिकतम क्षमता और उस पर लगने वाले वास्तविक लोड का अनुपात होता है।
यह सुनिश्चित करता है कि मशीन या संरचना अप्रत्याशित लोड या परिस्थितियों में भी टूटे नहीं।

\text{सुरक्षा कारक} = \frac{\text{अधिकतम क्षमता}}{\text{वास्तविक कार्यशील लोड}}

✅ सुरक्षा कारक का उपयोग क्यों करें?

सामग्री के गुणों में अनिश्चितताओं के लिए।
अप्रत्याशित अधिक लोड के लिए।
लोड गणना या डिजाइन में त्रुटियों के लिए।
विश्वसनीयता और सुरक्षा बढ़ाने के लिए।

📝 सामान्य सुरक्षा कारक मान

आवेदन और सामग्री पर निर्भर। उदाहरण:
- स्ट्रक्चरल स्टील: 1.5 से 3
- लगातार बदलने वाले लोड वाली मशीनें: 3 से 6
- उच्च जोखिम वाले उपयोग: इससे भी अधिक

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: सुरक्षा कारक क्या है?

उत्तर: अधिकतम क्षमता और वास्तविक लोड का अनुपात जो सुरक्षा प्रदान करता है।

प्रश्न 2: सुरक्षा कारक क्यों जरूरी है?

उत्तर: अनिश्चितताओं और अधिक लोड के खिलाफ सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए।

प्रश्न 3: सुरक्षा कारक का सूत्र लिखिए।

उत्तर: सुरक्षा कारक = अधिकतम क्षमता / वास्तविक कार्यशील लोड

Topic 1.14 – Properties of Engineering Materials (English)

🧠 What are Properties of Engineering Materials?

Properties define how materials behave under different conditions.
Important for selecting the right material for machine parts.

✅ Key Properties

Mechanical Properties
- Strength: Ability to withstand load without failure.
- Hardness: Resistance to surface indentation or scratching.
- Ductility: Ability to deform plastically without breaking.
- Toughness: Ability to absorb energy before fracturing.
- Elasticity: Ability to return to original shape after load removal.
- Fatigue Strength: Ability to withstand repeated cyclic loading.
Physical Properties
- Density: Mass per unit volume.
- Melting Point: Temperature at which material melts.
- Thermal Conductivity: Ability to conduct heat.
Chemical Properties
- Corrosion Resistance: Ability to resist chemical attack.
- Oxidation Resistance: Ability to resist oxidation at high temperatures.

📝 Examples

Steel is strong, tough, and moderately ductile.
Cast iron is hard and brittle.
Aluminum is lightweight and corrosion-resistant.

❓ Questions & Answers

Q1: What is ductility?

Ans: Ability of a material to deform without breaking.

Q2: Name two mechanical properties.

Ans: Strength and hardness.

Q3: Why is corrosion resistance important?

Ans: To prevent material damage and increase life.

विषय 1.14 – इंजीनियरिंग सामग्री के गुण

🧠 इंजीनियरिंग सामग्री के गुण क्या होते हैं?

ये गुण बताते हैं कि सामग्री विभिन्न परिस्थितियों में कैसे व्यवहार करती है।
मशीन के भागों के लिए सही सामग्री चुनने में मदद करते हैं।

✅ मुख्य गुण

मैकेनिकल गुण
- मजबूती (Strength): बिना टूटे लोड सहने की क्षमता।
- कठोरता (Hardness): सतह पर दबाव या खरोंच से बचाव।
- लचक (Ductility): बिना टूटे प्लास्टिकली बदलने की क्षमता।
- मज़बूती (Toughness): टूटने से पहले ऊर्जा अवशोषित करने की क्षमता।
- लचीलापन (Elasticity): लोड हटाने पर मूल आकार में लौटने की क्षमता।
- थकान शक्ति (Fatigue Strength): बार-बार लोड सहने की क्षमता।
भौतिक गुण
- घनत्व (Density): प्रति इकाई आयतन द्रव्यमान।
- गलनांक (Melting Point): वह तापमान जिस पर सामग्री पिघलती है।
- ऊष्मा चालकता (Thermal Conductivity): गर्मी को स्थानांतरित करने की क्षमता।
रासायनिक गुण
- जंग प्रतिरोध (Corrosion Resistance): रासायनिक प्रतिक्रिया से बचाव।
- ऑक्सीकरण प्रतिरोध (Oxidation Resistance): उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण से बचाव।

📝 उदाहरण

स्टील मजबूत, tough और मध्यम ductile होता है।
कास्ट आयरन कठोर और brittle होता है।
एल्युमिनियम हल्का और जंग प्रतिरोधी होता है।

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: लचक (Ductility) क्या है?

उत्तर: बिना टूटे सामग्री के आकार बदलने की क्षमता।

प्रश्न 2: दो मैकेनिकल गुण लिखिए।

उत्तर: मजबूती और कठोरता।

प्रश्न 3: जंग प्रतिरोध क्यों जरूरी है?

उत्तर: सामग्री को नुकसान से बचाने और जीवन बढ़ाने के लिए।

Topic 1.15 – Theories of Elastic Failures (English)

🧠 What are Theories of Elastic Failures?

Theories used to predict when a material or part will fail (break or permanently deform) under stress.
Important to ensure safety and reliability in machine design.

✅ Common Theories

Maximum Normal Stress Theory (Rankine’s Theory)
- Failure occurs when the maximum normal stress reaches the material’s tensile strength.
- Used for brittle materials.
Maximum Shear Stress Theory (Tresca’s Theory)
- Failure occurs when the maximum shear stress reaches the shear strength of the material.
- Used for ductile materials.

🔢 Formulas

Maximum Normal Stress Theory:
$\sigma_{\max} = \sigma_{failure}$
Maximum Shear Stress Theory:
$\tau_{\max} = \frac{\sigma_{failure}}{2}$

❓ Questions & Answers

Q1: What is the Maximum Normal Stress Theory?

Ans: Failure occurs when the maximum normal stress equals the material’s tensile strength.

Q2: For which materials is Maximum Shear Stress Theory used?

Ans: For ductile materials.

Q3: Write the formula for Maximum Shear Stress Theory.

Ans: $\tau_{\max} = \frac{\sigma_{failure}}{2}$

विषय 1.15 – लचीले टूटने के सिद्धांत (Theories of Elastic Failures)

🧠 लचीले टूटने के सिद्धांत क्या हैं?

ये सिद्धांत बताते हैं कि कब कोई सामग्री या भाग तनाव के कारण टूटेगा या स्थायी रूप से विकृत होगा।
मशीन डिजाइन में सुरक्षा और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए जरूरी है।

✅ प्रमुख सिद्धांत

अधिकतम सामान्य तनाव सिद्धांत (Maximum Normal Stress Theory / Rankine’s Theory)
- जब अधिकतम सामान्य तनाव सामग्री की तन्यता शक्ति के बराबर हो जाता है तो टूटना होता है।
- यह सिद्धांत भंगुर (brittle) सामग्री के लिए उपयोग होता है।
अधिकतम कतरनीय तनाव सिद्धांत (Maximum Shear Stress Theory / Tresca’s Theory)
- जब अधिकतम कतरनीय तनाव सामग्री की कतरनीय शक्ति के बराबर हो जाता है तो टूटना होता है।
- यह सिद्धांत लचीली (ductile) सामग्री के लिए उपयोग होता है।

🔢 सूत्र

अधिकतम सामान्य तनाव सिद्धांत:
$\sigma_{\max} = \sigma_{failure}$
अधिकतम कतरनीय तनाव सिद्धांत:
$\tau_{\max} = \frac{\sigma_{failure}}{2}$

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: अधिकतम सामान्य तनाव सिद्धांत क्या है?

उत्तर: जब अधिकतम सामान्य तनाव सामग्री की तन्यता शक्ति के बराबर हो तो टूटना होता है।

प्रश्न 2: अधिकतम कतरनीय तनाव सिद्धांत किस सामग्री के लिए उपयोग होता है?

उत्तर: लचीली (ductile) सामग्री के लिए।

प्रश्न 3: अधिकतम कतरनीय तनाव सिद्धांत का सूत्र लिखिए।

उत्तर: $\tau_{\max} = \frac{\sigma_{failure}}{2}$

Topic 1.16 – Use of Design Data Book (English)

🧠 What is a Design Data Book?

A Design Data Book is a reference book used by engineers and designers.
It contains essential data, standard values, material properties, formulas, and design guidelines.
Helps in faster and accurate design decisions.

✅ Why Use a Design Data Book?

Saves time by providing ready-to-use data.
Ensures accuracy and standardization.
Contains empirical data and tested values.
Helps avoid mistakes in design calculations.

📝 Common Contents

Material properties (strength, hardness, etc.)
Standard dimensions and tolerances
Load and stress data
Design formulas and charts
Safety factors and design codes

❓ Questions & Answers

Q1: What is a Design Data Book?

Ans: A reference book with essential design data and guidelines.

Q2: Why is it important?

Ans: It saves time, ensures accuracy, and provides standard values.

Q3: Name some common contents of a Design Data Book.

Ans: Material properties, standard dimensions, formulas, safety factors.

विषय 1.16 – डिज़ाइन डेटा बुक का उपयोग

🧠 डिज़ाइन डेटा बुक क्या है?

डिज़ाइन डेटा बुक इंजीनियरों और डिजाइनरों के लिए एक संदर्भ पुस्तक होती है।
इसमें आवश्यक डेटा, मानक मान, सामग्री गुण, सूत्र और डिज़ाइन गाइडलाइन होते हैं।
इससे डिज़ाइन फैसले तेज़ और सही होते हैं।

✅ डिज़ाइन डेटा बुक का उपयोग क्यों करें?

तैयार डेटा मिलने से समय की बचत होती है।
सटीकता और मानकीकरण सुनिश्चित करता है।
इसमें अनुभव आधारित और परीक्षण किए गए मान होते हैं।
डिज़ाइन की गणनाओं में गलती से बचाता है।

📝 सामान्य सामग्री

सामग्री के गुण (मजबूती, कठोरता आदि)
मानक आयाम और सहिष्णुता
लोड और तनाव डेटा
डिज़ाइन के सूत्र और चार्ट
सुरक्षा कारक और डिज़ाइन कोड

❓ प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: डिज़ाइन डेटा बुक क्या है?

उत्तर: आवश्यक डिज़ाइन डेटा और गाइडलाइन वाली संदर्भ पुस्तक।

प्रश्न 2: यह क्यों महत्वपूर्ण है?

उत्तर: समय बचाता है, सटीकता सुनिश्चित करता है, और मानक मान देता है।

प्रश्न 3: डिज़ाइन डेटा बुक में क्या-क्या होता है?

उत्तर: सामग्री के गुण, मानक आयाम, सूत्र, सुरक्षा कारक।