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

Cena jednostki sztywności

Pręt rozciągany lub ściskany 3/1mRC EC

Wałek zginany 3/2mRC 2/1EC

Wałek skręcany 3/2mRC 2/1GC

Pręt Prostokątny zginany 2/1mRC 3/1EC

Cienkościenny zbiornik ciśnieniowy, walcowy mRC

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 materiałówPorównanie alternatywnych rozwiązań

Metoda wagowego wskaźnika własności (metoda logicznego przybliżenia)

Liczba możliwych decyzji = 10245 Wymaganie nr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Decyzje pozytywne

Względny współczynnik

wagi 1 1 1 0 1 3 0,3 2 0 1 0 1 2 0,2 3 0 0 1 0 1 0,1 4 1 1 0 0 2 0,2 5 0 0 1 1 2 0,2

Suma decyzji pozytywnych: 10 0,1

Wymaganie nr 1 Materiał nr 1 2 3 4 5 6 P Względny współcz.

Wymagania nr 2, 3, 4, 5

1 1 0 1 2 0,33 2 0 0 1 1 0,17 3 1 1 1 3 0,50 4 0 0 0 0 0,0

Współczynnik przydatności materiału: i

n

ii

gdzie: n – liczba wymagań do spełnienia

Dobór materiałów - przykład

Liczba decyzji Wlasność

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Ciagliwość 1 1 1 1 1 1 Granica plastyczności

0 1 0 0 1 1

Moduł Younga E

0 0 0 0 0 1

Gęstość 0 1 1 1 1 1 Rozszerzalność cieplna

0 1 1 0 1 1

Przewodność cieplna

0 0 1 0 0 0

Ciepło właściwe

0 0 0 0 0 1

Porównanie własności każdej z każdą parami

Własność Decyzje pozytywne Współczynniki wagi Ciągliwość 6 0,28 Granica plastyczności 3 0,14 Moduł Younga E

1 0,05

Gęstość 5 0,24 Rozszerzalność cieplna 4 0,19 Przewodność cieplna 1 0,05 Ciepło właściwe 1 0,05 Razem 21 1,00

Współczynniki wagi własności materiału

Dobór materiału na zbiornik do ciekłego azotu (diuaru) – metoda wagowego wskaźnika własności

Dobór materiałów - przykład

Materiał Wskaźnik ciągliwości

(Rm+Rpl) /2

Granica plastyczności

Rpl [MPa]

Moduł Younga E

[GPa]

Gęstość [g/cm3]

Rozszerzalność cieplna

[10-6/C]

Przewodność cieplna

[cal/cm2/cm/C/s]

Ciepło właściwe [cal/g/C]

AlCu4SiMg –T6 75,5 420 74,2 2,8 21,4 0,37 0,16 AlMg2,5 - O 95 91 70 2,68 22,1 0,33 0,16 Stal austenityczna 301 (w stanie utwardzonym)

770 1365 189 7,9 16,9 0,04 0,08

Ti-6Al-4V 179 875 112 4,43 9,4 0,016 0,09 Inconel 718 239 1190 217 8,51 11,5 0,31 0,07 Mosiądz M70 273 200 112 8,53 19,9 0,29 0,06

Własności wybranych materiałów do wykonania zbiornika na ciekły azot

Wyskalowane własności Materiał

1 2 3 4 5 6 7

Współczynnik przydatności materiału

AlCu4SiMg –T6 10 30 34 96 44 4,3 38 42,2 AlMg2,5 - O 12 6 32 100 43 4,8 38 40,1 Stal austenityczna 301 (w stanie utwardzonym)

100 100 87 34 56 40 75 70,9

Ti-6Al-4V 23 64 52 60 100 100 67 59,8 Inconel 718 31 87 100 30 82 5,2 86 53,3 Mosiądz M70 35 15 52 30 47 5,5 100 35,9

Wyskalowane wartości własności i obliczone wagowe wskaźniki własności dla materiałów

Dobór materiałów - przykład

Wybrane materiały Własność

A B C D Spawalność doskonała słaba dobra dostateczna Ocena 5 1 3 2 Wyskalowana własność 100 20 60 40

Skalowanie własności materiału bez wartości liczbowych

Materiał Względny koszt Koszt jednostki

wytrzymałości x 100 Wagowy wskaźnik

własności Współczynnik przydatności

Pozycja

AlCu4SiMg –T6 1 0,67 42,2 62,99 2 AlMg2,5 - O 1,05 3,09 40,1 12,98 5 Stal austenityczna 301 (w stanie utwardzonym)

1,4 0,81 70,9 87,53 1

Ti-6Al-4V 6,3 3,2 59,8 18,69 3 Inconel 718 5,0 3,58 53,3 14,89 4 Mosiądz M70 2,1 8,96 35,9 4,01 6

Stopień przydatności materiału do wykonania zbiornika z uwzględnieniem jego ceny

Formuły do skalowania własności o wartościach liczbowych:

Wartość wyskalowana własności : liścienamaksymalnawartość

wlasnościliczbowawartość 100B dla własności z wymaganą największą wartością

wlasnościliczbowawartość

liścienawartośćminimalna 100B dla własności z wymaganą najmniejszą wartością