Transcript Dobór materiałów

Dobór materiałów
Schemat postępowania przy projektowaniu nowego wyrobu
Dobór materiałów
Główne etapy procesu doboru materiałów:
wstępne sortowanie,
opracowanie i porównanie alternatywnych rozwiązań,
wybór optymalnego rozwiązania.
We wstępnym sortowaniu materiałów na konkretny wyrób uwzględnia się głównie:
Wymagania funkcjonalne związane bezpośrednio z funkcją wyrobu,
Wymagania technologiczne: lejność, spawalność, skrawalność, plastyczność, hartowność itp.
Koszt
Niezawodność: trwałość
Odporność na warunki eksploatacyjne.
Dobór materiałów
Metody ilościowe stosowane podczas wstępnego sortowania:
Metoda ważności własności materiału:
• sztywne własności, konieczne do spełnienia wymagania
• miękkie własności, wskazane do spełnienia wymagania
Metoda kosztu jednostki własności
Formuły na obliczanie kosztu jednostki własności
Rodzaj obciążenia lub konstrukcji
Cena jednostki
wytrzymałości
C R m1 / 3
Cena jednostki
sztywności
Wałek zginany
C R m2 / 3
C E
C E 1 / 2
Wałek skręcany
C R m2 / 3
C G 1 / 2
Pręt Prostokątny zginany
C R m1 / 2
C Rm
C E 1 / 3
Pręt rozciągany lub ściskany
Cienkościenny zbiornik ciśnieniowy, walcowy

gdzie: C – cena jednostki masy materiału;  - gęstość materiału; Rm – wytrzymałość na rozciąganie; E, G - sztywność
Dobór materiałów
Metoda Ashbiego – wykresy zależności pomiędzy wybranymi własnościami (np.wytrzymałością a gęstością)
Dobór materiałów
Porównanie alternatywnych rozwiązań
Metoda wagowego wskaźnika własności (metoda logicznego przybliżenia)
Wymaganie
nr
1
2
3
4
5
Liczba możliwych decyzji = 5  4 2  10
1
2
3
4
1
0
1
0
1
5
1
0
0
1
6
0
7
9
10
0
1
3
2
1
2
2
1
1
0
1
0
8
Decyzje
pozytywne
0
0
1
Suma decyzji pozytywnych:
Materiał
nr
1
2
3
4
1
1
0
2
0
3
1
4
0
1
1
0
Wymaganie nr 1
5
6
P
2
1
1
1
3
0
0
0
10
Względny współcz. 
0,33
0,17
0,50
0,0
n
Współczynnik przydatności materiału:
   i   i
i
gdzie: n – liczba wymagań do spełnienia
Względny
współczynnik
wagi 
0,3
0,2
0,1
0,2
0,2
   1,0
Wymagania
nr 2, 3, 4, 5
Dobór materiałów - przykład
Dobór materiału na zbiornik do ciekłego azotu (diuaru) – metoda wagowego wskaźnika własności
Porównanie własności każdej z każdą parami
Wlasność
Ciagliwość
Granica
plastyczności
Moduł
Younga E
Gęstość
Rozszerzalność
cieplna
Przewodność
cieplna
Ciepło
właściwe
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
0
0
7
8
9
1
0
0
Liczba decyzji
10 11 12 13 14
1
0
1
0
16 17
18
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
Współczynniki wagi własności materiału
Własność
Ciągliwość
Granica plastyczności
Moduł
Younga E
Gęstość
Rozszerzalność cieplna
Przewodność cieplna
Ciepło właściwe
Razem
21
1
1
0
19 20
1
0
0
15
Decyzje pozytywne
6
3
Współczynniki wagi
0,28
0,14
1
0,05
5
4
1
1
21
0,24
0,19
0,05
0,05
1,00
1
0
0
0
0
1
Dobór materiałów - przykład
Własności wybranych materiałów do wykonania zbiornika na ciekły azot
Wskaźnik
Granica
ciągliwości plastyczności
Rpl [MPa]
(Rm+Rpl)  /2
75,5
420
95
91
Materiał
AlCu4SiMg –T6
AlMg2,5 - O
Stal austenityczna 301
(w stanie utwardzonym)
Ti-6Al-4V
Inconel 718
Mosiądz M70
Moduł
Younga E
[GPa]
74,2
70
Gęstość
[g/cm3]
2,8
2,68
Rozszerzalność
Przewodność
cieplna
cieplna
[10-6/C]
[cal/cm2/cm/C/s]
21,4
0,37
22,1
0,33
Ciepło
właściwe
[cal/g/C]
0,16
0,16
770
1365
189
7,9
16,9
0,04
0,08
179
239
273
875
1190
200
112
217
112
4,43
8,51
8,53
9,4
11,5
19,9
0,016
0,31
0,29
0,09
0,07
0,06
Wyskalowane wartości własności i obliczone wagowe wskaźniki własności dla materiałów
Wyskalowane własności
Materiał
AlCu4SiMg –T6
AlMg2,5 - O
Stal austenityczna 301
(w stanie utwardzonym)
Ti-6Al-4V
Inconel 718
Mosiądz M70
1
2
3
4
5
6
7
10
12
30
6
34
32
96
100
44
43
4,3
4,8
38
38
Współczynnik
przydatności
materiału 
42,2
40,1
100
100
87
34
56
40
75
70,9
23
31
35
64
87
15
52
100
52
60
30
30
100
82
47
100
5,2
5,5
67
86
100
59,8
53,3
35,9
Dobór materiałów - przykład
Stopień przydatności materiału do wykonania zbiornika z uwzględnieniem jego ceny
Materiał
Względny koszt
Koszt jednostki
wytrzymałości x 100
Wagowy wskaźnik
własności
Współczynnik
przydatności
Pozycja
AlCu4SiMg –T6
AlMg2,5 - O
Stal austenityczna 301
(w stanie
utwardzonym)
1
1,05
0,67
3,09
42,2
40,1
62,99
12,98
2
5
1,4
0,81
70,9
87,53
1
Ti-6Al-4V
Inconel 718
Mosiądz M70
6,3
5,0
2,1
3,2
3,58
8,96
59,8
53,3
35,9
18,69
14,89
4,01
3
4
6
Formuły do skalowania własności o wartościach liczbowych:
Wartość wyskalowana własności : B 
B
wartość liczbowa wlasności 100
dla własności z wymaganą największą wartością
wartośćmaksymalnana liście
minimalnawartość na liście 100
dla własności z wymaganą najmniejszą wartością
wartość liczbowa wlasności
Skalowanie własności materiału bez wartości liczbowych
Własność
Spawalność
Ocena
Wyskalowana własność
A
doskonała
5
100
Wybrane materiały
B
C
słaba
dobra
1
3
20
60
D
dostateczna
2
40