pemilihan material material Pemilihan Pemilihan bahan adalah langkah dalam proses merancang setiap objek fisik. Dalam konteks desain desai n produk , tujuan utama dari bahan pilihan adalah untuk meminimalkan biaya sekaligus memenuhi tujuan kinerja produk.
[1]
pilihan sistematis dari bahan terbaik untuk aplikasi tertentu tertentu
dimulai dimulai dengan sifat dan biaya bahan kandidat. Misalnya, Misalnya, selimut selimut termal termal harus memiliki miskin konduktivitas termal untuk meminimalkan perpindahan panas untuk perbedaan suhu tertentu. emukan sistematis untuk aplikasi yang memerlukan beberapa kriteria yang lebih kompleks. Misalnya, batang yang harus kaku dan ringan membutuhkan bahan dengan tinggi modulus !oung dan rendah kepadatan . "ika batang akan ditarik dalam ketegangan, para modulus tertentu , atau modulus dibagi dengan kepadatan
, #kan menentukan bahan terbaik. etapi
karena piring ini lentur skala kekakuan sebagai potong dadu ketebalan, bahan terbaik untuk piring kaku dan cahaya ditentukan oleh akar akar pangkat pangkat tiga tiga dari dari kekakuan kekakuan dibagi dengan dengan kepadatan
. $ntuk balok kaku lentur indeks material
.
Plot dari !oung !oung modulus vs kepadatan. %a %arna rna merupakan keluarga k eluarga dari bahan. #shby plot, nama untuk Michael #shby dari &ambridge $niversity , adalah plot pencar yang menampilkan dua atau lebih sifat dari banyak bahan atau kelas bahan.
[']
plot ini berguna untuk
membandingkan rasio antara sifat yang berbeda. $ntuk contoh bagian cahaya ( kaku dibahas dibahas di atas akan memiliki modulus !oung pada satu sumbu dan kepadatan pada sumbu lainnya, dengan satu titik data pada grafik untuk setiap bahan kandidat. Pada plot seperti itu, sangat mudah untuk menem menemuk ukan an tida tidak k hanya hanya baha bahan n deng dengan an kekak kekakuan uan tert tertin inggi ggi,, atau atau yang yang deng dengan an kepad kepadat atan an terenda terendah, h, tapi tapi itu itu dengan dengan rasio rasio terbai terbaik k
. Menggu Menggunaka nakan n skala skala log pada kedua kedua sumbu sumbu
memfasilitasi pemilihan bahan dengan yang terbaik piring kekakuan
.
Plot dari !oung modulus vs kepadatan dengan skala log)log. %arna merupakan keluarga dari bahan. Plot pertama di sebelah kanan menunjukkan kepadatan dan modulus !oung, dalam skala linear. Plot kedua menunjukkan bahan yang sama atribut dalam skala log)log. *ahan keluarga +polimer, busa, logam, dll diidentifikasi oleh -arna.
[]
"adi karena harga energi telah meningkat dan teknologi telah meningkat, mobil telah diganti peningkatan jumlah ringan magnesium dan aluminium paduan untuk baja , pesa-at yang menggantikan serat karbon yang diperkuat plastik dan paduan titanium untuk aluminium, dan satelit telah lama terbuat dari eksotis bahan komposit . entu saja, biaya per kg bukan satu)satunya faktor penting dalam pemilihan material. /onsep penting adalah 0biaya per unit fungsi0. Misalnya, jika tujuan desain utama adalah kekakuan sepiring materi, seperti yang dijelaskan dalam paragraf pengantar di atas, maka desainer akan membutuhkan bahan dengan kombinasi optimal dari kepadatan, modulus !oung, dan harga. Mengoptimalkan kombinasi kompleks sifat teknis dan harga adalah proses yang sulit untuk mencapai secara manual, sehingga perangkat lunak pemilihan material yang rasional adalah alat penting.
&ontoh ebuah metode umum untuk memilih bahan yang tepat adalah 2bagan #shby2. Dengan merencanakan indeks kinerja untuk kasus tertentu loading pada grafik #shby, bahan dengan kinerja maksimum dapat dipilih. 3ndeks kinerja mempertimbangkan kendala dimensi, kendala bahan, dan kendala variabel bebas dari aplikasi tertentu. &ontoh berikut akan menunjukkan bagaimana untuk datang dengan indeks kinerja dan bagaimana untuk merencanakan dan menafsirkan grafik #shby.
&ontoh ini akan mempertimbangkan sinar yang akan menjalani dua beban yang berbeda dengan tujuan meminimalkan berat. *eban pertama adalah balok dalam ketegangan. 4ambar 1 menggambarkan pemuatan ini.
4ambar 1. *eam ba-ah beban stres tarik untuk meminimalkan berat. Parameter untuk balok dapat disusun dalam kategori. /ategori)kategori ini adalah variabel materi, yang meliputi kepadatan, modulus, dan stres hasil, variabel bebas yang merupakan variabel yang dapat berubah selama siklus pembebanan, misalnya diterapkan gaya. /ategori terakhir adalah variabel desain yang biasanya merupakan batas seberapa tebal balok bisa, berapa banyak yang dapat membelokkan, atau faktor pembatas lainnya untuk aplikasi tertentu. $ntuk siklus pembebanan ini, stres dalam berkas diukur sebagai dan
adalah luas penampang. *eratnya adalah ukuran sebagai
densitas, dan tetap
, di mana
adalah beban
, di mana
adalah
adalah panjang. Dengan melihat persamaan, kita melihat bah-a untuk panjang
, 5ariabel material
perlu diminimalkan,
dan
. #da satu variabel bebas,
, Dan variabel yang
.
Dalam rangka untuk mencari indeks kinerja, persamaan untuk - dalam hal variabel tetap dan bahan harus ditemukan. 3ni berarti bah-a variabel # memiliki entah bagaimana harus diganti. Dengan menata ulang persamaan tegangan aksial,
dapat direpresentasikan sebagai
Dengan mensubstitusi ini ke dalam persamaan berat badan,
.
, Memberikan persamaan untuk
berat badan yang hanya tetap dan variabel materi. 6angkah berikutnya adalah untuk memisahkan variabel materi dari semua variabel lain dan konstanta. Persamaan menjadi
. ejak tujuannya adalah untuk meminimalkan berat,
variabel materi harus diminimalkan. 3ni berarti bah-a persamaan terbalik,
telah harus diminimalkan, atau
telah dimaksimalkan. /ami menyebutnya persamaan yang perlu
dimaksimalkan indeks kinerja kami.
. Penting untuk dicatat bah-a indeks kinerja selalu
persamaan yang perlu dimaksimalkan, sehingga pembalik persamaan yang perlu diminimalkan diperlukan. 3ndeks kinerja kemudian dapat diplot pada grafik #shby dengan mengubah persamaan untuk skala log. 7al ini dilakukan dengan mengambil log dari kedua belah pihak, dan merencanakan mirip dengan garis dengan
menjadi intercept y)a8is. 3ni berarti bah-a semakin tinggi
intercept, semakin tinggi kinerja material. Dengan memindahkan line up grafik #shby, indeks kinerja semakin tinggi. etiap bahan garis mele-ati, memiliki indeks kinerja yang tercantum pada sumbu y. "adi, pindah ke bagian atas grafik sementara masih menyentuh -ilayah bahan adalah di mana kinerja tertinggi akan. Pemuatan siklus berikutnya akan memiliki indeks kinerja yang berbeda dengan persamaan yang berbeda. Misalnya, jika #nda juga ingin memaksimalkan sinar ini untuk membungkuk, menggunakan persamaan stres ma8 tarik lentur adalah jarak dari sumbu netral, dan
, di mana
adalah momen lentur,
adalah momen inersia. 7al ini ditunjukkan pada
4ambar '. Menggunakan persamaan berat badan di atas dan pemecahan untuk variabel bebas, #nda tiba di kinerja bahan ke
, di mana
adalah panjang dan
adalah tinggi balok. 3ni ternyata indeks
.
4ambar '. *eam di ba-ah tegangan lentur. Mencoba untuk meminimalkan berat Dengan memplot dua indeks kinerja pada grafik #shby yang sama, indeks kinerja maksimum dari kedua jenis pembebanan bersama)sama akan berada di intercept dari dua baris. 7al ini ditunjukkan pada gambar
4ambar . #shby grafik dengan indeks kinerja diplot untuk hasil yang maksimal
eperti yang terlihat dari gambar dua baris mencegat di dekat bagian atas grafik di keramik eknis dan /omposit. 3ni akan memberikan indeks kinerja 1'9 untuk loading tarik dan 1: untuk membungkuk.
/etika mempertimbangkan biaya keramik engineering, terutama karena
mencegat adalah sekitar *oron karbida, ini tidak akan menjadi kasus optimal. /asus yang lebih baik dengan indeks kinerja yang lebih rendah tetapi lebih solusi efektif biaya adalah sekitar ;ekayasa /omposit dekat &<;P.
