POWRÓT

NAUKA O MATERIAŁACH

Podstawy doboru materiałów inżynierskich. Opracowano na podstawie C. Orłowski Informatyka i komputerowe wspomaganie prac inżynierskich.


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Modele projektowania materiałowego
Metodyka doboru materiałów inżynierskich z wykorzystaniem wykresów Ashby’ego

 

Modele projektowania materiałowego

   

   Liczba różnego rodzaju materiałów dostępnych na rynku i które możemy wykorzystać w procesie projektowania sięga już dziesiątków tysięcy. Wybór właściwego materiału do konkretnego zastosowania staje się, więc problemem samym w sobie. Aby go rozwiązać konieczny jest dostęp do elektronicznych baz danych zawierających użyteczne informacje na temat jak największej liczby materiałów oraz oprogramowania pozwalającego dokonywać selekcji na podstawie kryteriów określonych przez konstruktora.
   Dobór materiałów jest procesem, który polega na znalezieniu materiału, który najlepiej nadaje się do określonego zadania – celu projektu – przy założonych ograniczeniach i wskaźnikach materiałowych, które zestawiono w poniższej tabeli.

   Trudność polega na tym, że nie wystarczy wybrać materiał ze względu na minimalną lub maksymalną wartość jakiejś własności (wytrzymałość, sztywność itp.), ale dodatkowo trzeba uwzględnić wymagania funkcjonalne, geometrię i inne ograniczenia. W takiej sytuacji zagadnienie sprowadza się do znalezienia tzw. wskaźnika funkcjonalności zależnego od własności materiałowych. Wyznaczenie wskaźnika funkcjonalności odbywa się wg następującego algorytmu:

  • A - ustalenie cechy podlegającej optymalizacji.
  • B - wyprowadzenie równania cechy w postaci przedstawiającej wymagania funkcjonalne (uwzględniające cechy geometryczne, funkcjonalne i materiałowe) – funkcja celu.
  • C - ustalenie ograniczeń projektowych.
  • C - wyprowadzenie równań przedstawiających ograniczenia projektowe.
  • D - ustalenie zmiennych swobodnych (niewyszczególnionych w projekcie).
  • E - podstawienie zmiennych swobodnych wyliczonych z (D) do równania (B).
  • F - pogrupowanie zmiennych w trzy zbiory: funkcjonale (obciążenia, ugięcia…), geometryczne (wymiary, momenty bezwładności przekrojów …) i materiałowe (własności).
  • G - odczytanie wskaźnika funkcjonalności M.

Do góry


 

Metodyka doboru materiałów inżynierskich z wykorzystaniem wykresów Ashby’ego (https://grantadesign.com/education/students/charts/)

   


   Dogodnym sposobem ilościowej prezentacji właściwości materiałów są wykresy (mapy) doboru materiałów, na których jedna z właściwości jest zestawiana z inną na wykresie z podziałką logarytmiczną. Przykład takiej mapy, opracowanej przez M. F. Ashby'ego w celu doboru materiału pokazano na rysunku 1. Na osi poziomej zaznaczono wartości gęstości, a na osi pionowej wartość moduł Younga.

   Drugim przykładem jest mapa na której na osi poziomej zaznaczono wartości gęstości, a na osi pionowej wytrzymałość materiału.

   Wybrane rodzaje wykresów Ashby’ego pozyskane ze strony https://grantadesign.com/education/students/charts/, które planowane są do wykorzystania w części projektowej do przedmiotu, zestawiono niżej.

  • Rysunek 1. Moduł Younga a gęstości. Rodzina materiałów. »»» 
  • Rysunek 2. Moduł Younga a gęstość. »»» 
  • Rysunek 3. Wytrzymałość a gęstość. »»» 
  • Rysunek 4. Wytrzymałość a względny koszt na jednostkę objętości. »»» 
  • Rysunek 5. Rozszerzalność termiczna a przewodność cieplna. »»» 
  • Rysunek 6. Moduł Younga a energiochłonność. »»» 

   Zakres wartości na osiach wykresu jest tak dobrany, aby objąć wszystkie materiały, od najlżejszych, najdelikatniejszych pianek do najwytrzymalszych i najcięższych metali. Dane dotyczące poszczególnych rodzajów materiałów są na wykresach obwiedzione liniami zamkniętymi i zawierają informacje o wszystkich materiałach określonego rodzaju. Proces doboru materiałów opiera się na analizie właściwości użytkowych wyrobu i polega na wyselekcjonowaniu z grupy wszystkich materiałów kolejno podgrupy, zmniejszonego zestawu materiałów i w końcu konkretnego materiału spełniającego założone kryteria.

Do góry


   

 

 (C) 2010 - 2019 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved