POWRÓT

NAUKA O MATERIAŁACH

Dobór materiałów inżynierskich


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Wprowadzenie
Wielkości charakteryzujące materiał
Zbiór materiałów do wykorzystania w procesie projektowania

 

Wprowadzenie

   

   W obecnych czasach na świecie dostępnych jest wiele różnego rodzaju materiałów inżynierskich. Stwarza to konieczność ich poprawnego doboru na elementy konstrukcyjne lub funkcjonalne, narzędzia i ewentualnie inne produkty lub ich elementy. Dobierając materiał na elementy maszyn lub konstrukcji na drodze jego projektowania należy dokonać wielokryterialnej optymalizacji. Optymalizacja ta powinna opierać się na własnościach szukanego materiału według określonych klas kryteriów tj.:

  • ogólne (koszty materiału i jego gęstość),
  • mechaniczne (moduł Younga, wytrzymałość, odporność na pękanie i zmęczenie),
  • cieplne (przewodność cieplna, temperatura topnienia, odporność na pełzanie),
  • zużycie (wskaźnik zużycia),
  • korozja (wskaźnik korozji).

   Ważne jest aby dobierając materiał na elementy maszyn bądź konstrukcji należy zawsze uwzględnić to, w jakich warunkach i w jaki sposób będzie ten materiał eksploatowany. Rozwój technologii komputerowych oraz oprogramowania daje dzisiejszym inżynierom większe możliwości i prawidłowy dobór materiałów staje się łatwiejszy. Coraz częściej wykorzystuje się systemy komputerowego wspomagania doboru materiałów - CAMS. System taki pozwala na wyeliminowanie wszelkiego rodzaju błędów, a dobrane materiały maja najkorzystniejsze własności użytkowe i technologiczne przy odpowiedniej gęstości oraz najniższych możliwych kosztach materiałów i wytwarzanych z nich produktów. Oprogramowanie do komputerowego wspomagania doboru materiałów zawiera obszerna bazę danych, w której zawarte są informacje na temat różnych materiałów i ich właściwościach.

Do góry


 

Wielkości charakteryzujące materiał

   

   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


 

Zbiór materiałów do wykorzystania w procesie projektowania

   

   Wykresy Ashby’ego pozyskane ze strony https://grantadesign.com/education/students/charts/

  • 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. »»» 


Moduły Younga, gęstości materiałów

  • Tabela podstawowych własności materiałów - moduł Younga, gęstości dla wybranych materiałów »»» 
  • Tablica dopuszczalnych naprężeń »»» 
  • Tablica dopuszczalnych naprężeń dla tworzyw sztucznych »»» 
  • Darmowy serwis baz danych właściwości materiałów www.matweb.com »»» 

Do góry


   

 

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