ZASTOSOWANIE BAZY DANYCH DO PROJEKTOWANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH

Transkrypt

1 30/38 Solidification of Metals and Alloys, No. 38, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 38, 1998 PAN Katowice PL ISSN ZASTOSOWANIE BAZY DANYCH DO PROJEKTOWANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH NAPLOCHA Krzysztof, SAMSONOWICZ Zdzisław Instytut Budowy Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej Wrocław, ul.łukasiewicza 3/5 STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań materiałów kompozytowych na osnowie stopu AK9 umacnianych włóknami ceramicznymi Saffil. Analizowano niektóre parametry procesu wytwarzania wpływające na granicę plastyczności, granicę wytrzymałości, twardość HB, wytrzymałość w podwyższonych temperaturach, odporność na zużycie ścierne oraz rozszerzalność cieplną. W celu uproszczenia analizy wyników zgromadzonych w kilku obszernych zbiorach oraz dokonywania szybkiego wyboru odpowiednich parametrów procesu wytwarzania utworzono bazę danych wraz z podstawowymi filtrami oraz kwerendami ułatwiającymi ich przeglądanie i sortowanie. W pracy posłużono się pakietem Microsoft Access 97 [1] wchodzącym w skład zestawu Microsoft Office. Opracowana baza danych może być uzupełniana dodatkowymi wynikami otrzymanymi w badaniach innych materiałów kompozytowych lub może stać się w przyszłości częścią większego powszechnie znanego banku informacji. Obecnie stanowi doskonałe narzędzie w wyszukiwaniu materiału kompozytowego charakteryzującego się pożądanymi własnościami mechanicznymi wraz z opisem parametrów technologii wytwarzania. Utworzone podstawowe kwerendy umożliwiają w prosty i szybki sposób odfiltrować te dane, które w określonej sesji chcemy oglądać, natomiast wykorzystanie raportów pozwala w zwięzły sposób prezentować te dane. 1.WPROWADZENIE Od szeregu lat, obserwuje się rosnące upowszechnienie systemów baz danych zarówno w przedsiębiorstwach jak i w jednostkach badawczych. Wynika to między innymi z trudności jakie napotyka się podczas przetwarzania, analizowania i wyszukiwania niezbędnych informacji zgromadzonych w wielu obszernych zbiorach. Stosunkowo niska cena oprogramowania, a także jego coraz większa prostota skłaniają wielu użytkowników do stosowania ich podczas opracowywania i selekcjonowania informacji. Obecnie są dostępne języki programowania do zadań fundamentalnych, podstawowych np.c++ bądź też specjalistycznych, umożliwiających tworzenie dużych baz danych (SQL) [2]. W

2 190 przedstawionej pracy wybrano narzędzie znacznie uproszczone, pracujące w środowisku Windows a, a zatem szybciej przyswajane przez przeciętnych użytkowników. W przypadku analizowania wyników badań naukowych jest ono zupełnie wystarczające, a utworzona baza stanowi doskonały zbiór łatwo dostępnych, uporządkowanych informacji. Podczas prowadzenia badań nad tak złożonymi materiałami jak kompozyty otrzymuje się szereg informacji, analizuje się wiele czynników wpływających na własności kompozytów, napotyka trudności z analizą wyników dlatego wykorzystanie prezentowanej bazy danych staje się bardzo pomocne. Stworzony zbiór informacji może wejść w skład powstających obecnie rozbudowanych baz danych dostępnych miedzy innymi poprzez Internet. 2.ZAKRES BAZY DANYCH W pracy wykorzystano wyniki badań materiałów kompozytowych na osnowie stopu AK9 umacnianych włóknami ceramicznymi Saffil. Zastosowano proces odlewania z doprasowaniem (squeeze casting), w którym użyto wytworzone wcześniej kształtki ceramiczne o porowatościach wynoszących 90, 85 i 80%. Utrzymywano stałą temperaturę formy, stempla, ciekłego stopu i kształtki, zmieniano natomiast ciśnienie infiltracji od 30 MPa do 150 MPa. Wykonano badania twardości HB, granicy plastyczności Re, granicy wytrzymałości Rm [4], wytrzymałości w podwyższonych temperaturach [3], odporności na zużycie ścierne oraz rozszerzalności cieplnej. Z kilkuset pomiarów wyznaczono uśrednione wartości powyższych własności (około 250) i umieszczono w 7 tabelach, które stanowią podstawę bazy danych i z których pobierane będą określone informacje według założonych kryteriów. Na rysunku 1 przedstawiono zestawienie wszystkich tabel umieszczonych w zakładce (segmencie) Tabele programu Access 97. Tabele Kwerendy Formularze Raporty Makra HB Re Re Temp Rm Rm Temp Zużycie Rozszerzal.cieplna Rys.1.Widok zakładki Tabele Fig.1. View of module Tables Każda tabela zbudowana jest z rekordów (wierszy), które są podzielone polami (kolumnami) na komórki zawierające poszczególne dane. Informacje mogą być odnajdywane we wskazanej tabeli lub w kilku jednocześnie. Niestety konieczna jest znajomość podstawowych komend programu Access97, które pozwolą w pełni wykorzystać

3 191 zgromadzone informacje. Przedstawiana baza danych została wyposażona w gotowe narzędzia (kwerendy) wyszukujące interesujące nas informacje jednocześnie w kilku tabelach. 3.SORTOWANIE DANYCH W pracy zostaną przedstawione tylko niektóre sposoby wyszukiwania i segregowania danych. Do tego celu zostały stworzone kwerendy czyli instrukcje wyszukujące informacje według ustalonych przez nas kryteriów. Na wstępie ustala się wzajemne relacje (powiązania) pomiędzy tabelami, wskazując które pola zostaną sprzężone i w jaki sposób. Na rysunku 2 przedstawiono schematycznie ustalone w prezentowanej bazie danych relacje pomiędzy poszczególnymi tabelami. Oczywiście ilość i typ połączeń jest dowolna i ustalana według potrzeb użytkownika oraz kwerend tworzonych w następnym kroku. Relacje Re Rm HB Zużycie Ciś.Inf Re Ciś.Inf Rm Ciś.Inf HB Zużycie (mg) WzgZużcie(%) Re_Temp Rm_Temp RozCieplna Re_100C (Mpa) Re_200C Rm_100C (Mpa) Rm_200C Współ_Alfa Re_300C (Mpa) Rm_300C (Mpa) Rys.2. Związki pomiędzy tabelami utworzone instrukcją Relacje Fig.2.Depends between the tables made with instruction Relationships Po wyznaczeniu połączeń pomiędzy tabelami utworzono kilkanaście kwerend grupujących materiały kompozytowe o określonych własnościach mechanicznych. W pracy zostaną przedstawione dwie kwerendy, pierwsza (Re_Rm_HB) grupująca materiały o najlepszych własnościach wytrzymałościowych w temperaturze otoczenia druga (Re_Rm_Temp) wybierająca materiały charakteryzujące się dobrymi własnościami w podwyższonych temperaturach. W każdej kwerendzie należy wybrać tablice, z których zostaną pobrane określone informacje według podanych warunków. Pierwsza kwerenda bazuje na tabelach: Re, Rm, HB, Zużycie. Założono w niej następujące kryteria wyboru: - ciśnienie infiltracji P <50,100MPa> - granica plastyczności Re> 150 MPa - granica wytrzymałości Rm>250 MPa - twardość HB>110.

4 192 Użyty na osnowę stop AK9 charakteryzował się następującymi własnościami mechanicznymi: Re=115 MPa, Rm=205 MPa, HB=80, R m_100 C =200 MPa, R m_200 C =189 MPa, R m_300 C =135 MPa, R e_100 C =103 MPa, R e_200 C =100 MPa, R m_300 C =92 MPa, α=20,4 1/K. W kwerendzie uwzględniono także wyniki badań odporności na zużycie materiałów kompozytowych, w których badano próbki zawierające zróżnicowaną zawartość włókien Saffil i próbki z nieumocnionego stopu AK9. W badaniach tych do żeliwnej obrotowej przeciwpróbki o twardości 65 HRC dociskano próbki i ścierano z prędkością υ =1,3 m/s. Nacisk pomiędzy próbką i przeciwpróbką wynosił 3,5 MPa. Mierzono zmniejszenie masy próbek Zg oraz obliczano Zużycie względne określające w procentach stosunek ubytku masy próbki z kompozytu do ubytku masy próbki nieumocnionej. Nie ustalono kryterium dla tej własności materiału, wskazano jedynie, że należy ją zestawić z innymi własnościami kompozytów. Wszystkie te kryteria wraz z wyborem pól i tabel, z których mają być pobierane zapisano w specjalnej tablicy dostępnej w trakcie projektowania (rys.3). Aby uzyskać uporządkowanie rekordów określono w niej sortowanie wartości granicy wytrzymałości kompozytów w kolejności rosnącej. Rezultat zastosowania powyższej kwerendy zostanie umieszczony w raporcie i przedstawiony w dalszej części pracy. Pole: Zawartość włókien (%) Ciśnienie inf (Mpa) Re Rm HB Zużycie względne (%) Tabela: Re Re Re Rm HB Zużycie Sortuj: Rosnąco Pokaż: Kryteria: >=50 And <=100 >150 >250 >110 Rys.3.Projekt kwerendy Re_Rm_HB. Fig.3.Design of queries Re_Rm_HB. W kolejnej kwerendzie Re_Rm_Temp dążono do wyznaczenia grupy materiałów kompozytowych charakteryzujących się dobrą wytrzymałością oraz małą rozszerzalnością cieplną. Wybór tych materiałów został przeprowadzony w oparciu o tabele: Re_Temp, Rm_Temp i RozCieplna (rys.4). Przyjęto następujące kryteria wyboru: - granica plastyczności w temperaturze 300 C Re> 120 MPa - granica wytrzymałości w temperaturze 300 C Rm> 180 MPa - współczynnik rozszerzalności cieplnej α 17. Pole: Zawartość włókien (%) Re_100C Re_300C Rm_100C Rm_100C α (1/K 10 ) Tabela: Re_Temp Re_Temp Re_Temp Rm_Temp Rm_Temp RozCiepl Sortuj: Rosnąco Pokaż: Kryteria: >120 >180 <=17 Rys.4.Projekt kwerendy Re_Rm_Temp.

5 193 Fig.4.Design of queries Re_Rm_Temp. Badania wytrzymałościowe przeprowadzono w temperaturze 100, 200 i 300 C przy pomocy uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej Instrom. Otrzymane średnie wartości granicy plastyczności Re mieściły się w przedziale MPa, natomiast granicy wytrzymałości w przedziale MPa. Badania liniowej rozszerzalności cieplnej przeprowadzono w przedziale temperatur C. Użyto cylindryczne próbki (φ4x30mm), które nagrzewano z prędkością 4 C/min. Obliczono średnie współczynniki rozszerzalności cieplnej dla materiałów kompozytowych i nieumocnionej osnowy. Otrzymano wartości z przedziału 14,6-20,4 1/K, przy czym największą rozszerzalność uzyskał stop AK9. Uzyskane w oparciu o zaprojektowane kwerendy zestawy materiałów kompozytowych umieszczono w specjalnie do tego celu stworzonych raportach. Podobnie jak w przypadku kwerend ustalono, które pola i w jakiej kolejności zostaną zaprezentowane. Poniżej przedstawiono oryginalny wydruk raportu stworzonego na bazie kwerendy Re_Rm_HB. Re_Rm_HB CiśnienieInf Re Rm HB Wzgl_StopieńZużycia (%) , , , , , , , ,4 Łącznie wyznaczono 8 różnych materiałów kompozytowych spełniających warunki zapisane w kwerendzie. Wraz ze wzrostem granicy wytrzymałości Rm wyszczególniono kolejno: materiał kompozytowy umacniany 15% obj. włókien wytwarzany przy zastosowaniu obniżonego ciśnienia infiltracji, następnie kompozyt umacniany 10% obj. wytwarzany przy ciśnieniu 75 i 100 MPa i na końcu materiał umacniany 20% włókien wytwarzany przy ciśnieniu 100 MPa. Zmianę bądź zaostrzenie warunków kwerendy można bez trudu wykonać w panelu Projekt kwerendy wyznaczając w ten sposób nową grupę interesujących nas materiałów kompozytowych. W wyniku zastosowania kwerndy Re_Rm_Temp, w której zapisano znaczniej wymagające kryteria wyboru wyznaczono tylko dwa typy materiałów kompozytowych. Własności tych materiałów znacznie przewyższają własności stopu AK9. Ze wzrostem temperatury nie dochodzi do gwałtownego obniżenia własności wytrzymałościowych, a także zachowana jest znaczna stabilność wymiarowa. Wydruk raportu zaprojektowanego i otrzymanego na bazie programu Access97 jest następujący: Re_Rm_Temp ZawartośćWł Re_100C Re_300C Rm_100C Rm_300C Współ_Alf ,4 121, , ,5

6 194 3.PODSUMOWANIE Zastosowanie utworzonej przy użyciu programu Access 97 bazy danych pozwala w prosty i szybki sposób wyznaczać grupy materiałów spełniających określone przez projektanta kryteria wyboru. Uzyskane wyniki w trakcie badań materiałów kompozytowych typu AK9-włókna Saffil umieszczono w siedmiu tabelach i poddano analizie za pomocą stworzonych kwerend. W pracy przedstawiono dwie przykładowe kwerendy wraz z przypisanymi im raportami. Wyznaczono dwie odmienne grupy materiałów. W pierwszej odnajdujemy kompozyty o podobnych własnościach, które wytwarzano przy zastosowaniu różnych parametrów procesu wytwarzania. Zwiększenie w odpowiednim stopniu zawartości włókien bądź ciśnienia infiltracji pozwala uzyskać zaplanowaną poprawę własności wytrzymałościowych materiałów kompozytowych umacnianych włóknami ceramicznymi. W drugiej kwerendzie wyznaczono kompozyty o bardzo dobrych własnościach mechanicznych w podwyższonych temperaturach. Aby je uzyskać należy przede wszystkim zwiększyć udział objętościowy włókien ceramicznych, które wyraźnie ograniczają spadek własności wytrzymałościowych w podwyższonych temperaturach a także zmniejszają rozszerzalność cieplną. LITERATURA [1] Barker F.S, Barker D.: Access 97, Warszawa 1998 [2] Rogowski W., Serodziński A.: Clipper 5.0, Warszawa 1991 [3] Naplocha K., Samsonowicz Z.: Proceedinpgs of the II Cast Composites Conference 98, Polanica Zdrój, 1998, [4] K.Naplocha, A.Janus, J.W.Kaczmar, Z.Samsonowicz: Praktyka Procesów Odlewniczych, Wrocław, Listopad 28, 1997, 3-9 APPLICATION OF DATABASE IN DESIGNING THE MECHANIC PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS. ABSTRACT This work presents the test results of composite materials on the base AK9 alloy reinforced with Saffil fibres. The influence some processing conditions on Re, Rm, HB, strength at hightemperature, wear resistance and thermal expansion was analysed. In order to simplify the analysis of the results placed in a few large files and to make a fast choice proper processing parameters, the database with basic filter and queries was built. In this work the programme Access 97 from file Microsoft Office was used. There is possibility that described data base will be supplemented with the test results of other composite research or becomes a part of big data bank. Now presents a perfect tool, which finds specific composite materials with description of technological parameters. The built basic queries enable to choose a data which we want to see easily and quickly, however use the reports allows to show this information