Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.1

Transkrypt

1 Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.1 dr inż. Hanna Smoleńska Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska Materiały edukacyjne

2 Literatura pomocnicza Literatura podstawowa: 1. Ashby M.F.: Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim. WNT. Warszawa Ashby M.F., Jones D.R.H. Materiały inżynierskie - Właściwości i zastosowania - tom 1. WNT, Warszawa Ashby M.F., Jones D.R.H. Materiały inżynierskie - Kształtowanie struktury i właściwości materiałów - tom 2. WNT, Warszawa Dobrzański L.A.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe: podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT. Warszawa Blicharski M. : Wstęp do inżynierii materiałowej. Wyd. II, WNT, Warszawa 1998 Literatura uzupełniająca: 1. Dobrzański L.A.: Metalowe materiały inżynierskie. WNT, Warszawa, Dobrzański L.A.: Zasady doboru materiałów inżynierskich: z kartami charakterystyk. Gliwice, Wydaw. Politechniki Śląskiej, Marciniak J.: Biomateriały. Wyd. Pol. Śl

3 Miejsce analizy doboru materiału w procesie projektowania

4 Proces projektowania Proces stworzenia, przekształcenia i uzyskania opisu obiektu Proces przekształcenia początkowego obrazu obiektu w ostateczny Przekształcenie to generuje opisy przejściowe - rozwiązania przejściowe Rozwiązanie ostateczne - proces decyzyjny wyboru jednego rozwiązania z wielu przejściowych

5 Proces projektowania - etapy Sformułowanie zadania? zadanie techniczne Przegląd możliwych rozwiązań? wyszukanie z istniejących rozwiązań, obliczenia szacunkowe, studium realizowalności Idealizacja problemu? model matematyczny obiektu Analiza modelu? charakterystyki obiektu Analiza kosztów? wybór kryterium oceny obiektu (zwykle koszty, różne) Optymalizacja? poszukiwanie ekstremum kryterium przy założonych warunkach Projektowanie elementów? uściślenie oddzielnych elementów, projekt szczegółowy Dokumentowanie? opracowanie dokumentacji technicznej i technologicznej

6 Funkcja wyrobu

7 Funkcja: przyrząd do pisania Sposób realizacji funkcji: a przenoszenie barwnika w stanie stałym w wyniku ścierania (ołówek, rysik) b pozostawianie śladu w wyniku kontrolowanego wypływu ciekłego barwnika po prowadnicy ( atrament i stalówka) c przeniesienie barwnika z końcówki porowatego zbiornika - flamaster d przeniesienie barwnika o konsystencji oleistej ze zbiornika zakończonego kulą

8 Kiedy należy rozpocząć poszukiwania materiału? Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998

9 Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998

10 Metodologia wyboru

11 Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998

12 Rozwiązanie zadania inżynierskiego Funkcje konstrukcji: Podstawowe: Zabezpieczenie przed zniszczeniem mumii Wtórne: Względy propagandowe Piramida schodkowa w Saqqara; 2650 p.n.e.

13 Piramida schodkowa w Saqqara; 2650 p.n.e. KONSTRUKCJA: megalityczna, licowana płytami wapienia PROCES WYTWARZANIA: surowiec pozyskiwany z okolicznych kamieniołomów; bloki wycinane i kształtowane za pomocą kamiennych kul, piasku i narzędzi miedzianych WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW: znakomita wytrzymałość na ściskanie, bardzo słaba na rozciąganie; znakomita odporność na ścieranie i erozję (klimat!); DOBRE! PROJEKT monumentalnej konstrukcji ceramicznej. EFEKTY: trwałość (ponad 5000 lat) ZNAKOMITA! Spełnianie funkcji - zabezpieczenie doczesnych szczątków faraona - CAŁKOWITA PORAŻKA!

14

15

16 Rozwój materiałów inżynierskich Dobrzański L.A. ; Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach; WNT, Warszawa, 1996

17 Historia odkurzacza

18 FUNKCJA: usuwanie drobnych śmieci i kurzu z dużych, płaskich powierzchni KONCEPCJE realizacji funkcji: Wykorzystanie nadciśnienia zdmuchiwanie? Przemieszczanie po czyszczonej powierzchni lepkiej substancji (duży lep na muchy!)? Czyszczenie za pomocą okrągłej szczotki przesuwanej po czyszczonej powierzchni? Wykorzystanie podciśnienia do zbierania kurzu STRUKTURA funkcjonalna wybranej koncepcji: Napęd Pompa do wytwarzania podciśnienia Filtr zbiornik- wąż Jakie materiały do jej realizacji?

19 Jakie funkcje spełniają? W jaki sposób? Z jakich materiałów są wykonane? Dlaczego? Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998

20 Porównanie ceny, mocy i masy odkurzaczy (na podstawie Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998) Rodzaj odkurzacza i data produkcji Napęd ręczny, 1900 Podstawowy materiał Drewno płótno, skóra Moc [W] Masa [kg] Cena* /$380 Cylindryczny, 1950 Stal niskowęglowa /$150 Cylindryczny, 1985 Dyson, 1997 (typu cyklon) Wyciskany ABS i polipropylen Polipropylen, poliwęglan, ABS /$ ,6 190/$300 * ceny odniesione do roku 1995

21 Whirlwind, 1869 ma większość elementów współczesnego odkurzacza z wyjątkiem napędu. Siła ssąca była realizowana za pomocą wentylatora z napędem pasowym i korbką na górze uchwytu Czym różnią się? Hercules 1904 wyposażony w ręczną pompę tłokową

22 Hoover Model O 1907 pierwszy z napędem elektrycznym! Electrolux Model V 1925 układ poziomy elementów Czym różnią się?

23 Hoover Constellation model poduszka powietrzna! Czym różnią się?

24 Wnioski We wszystkich rozwiązaniach: Funkcja spełniana - jest taka sama Sposób realizacji funkcji taki sam Różne są rozwiązania materiałowe, które są wynikiem zmieniającej się dostępności materiałów o lepszych własnościach a co za tym idzie metod produkcji.

25 Polecenie: Dla dowolnie wybranego przedmiotu określić: 1. Funkcje podstawowe 2. Funkcje dodatkowe 3. Zespół cech materiału możliwego do zastosowania