Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.1 dr inż. Hanna Smoleńska Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska Materiały edukacyjne
Literatura pomocnicza Literatura podstawowa: 1. Ashby M.F.: Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim. WNT. Warszawa 1998 2. Ashby M.F., Jones D.R.H. Materiały inżynierskie - Właściwości i zastosowania - tom 1. WNT, Warszawa 1996 3. Ashby M.F., Jones D.R.H. Materiały inżynierskie - Kształtowanie struktury i właściwości materiałów - tom 2. WNT, Warszawa 1998 4. Dobrzański L.A.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe: podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT. Warszawa 2006 5. Blicharski M. : Wstęp do inżynierii materiałowej. Wyd. II, WNT, Warszawa 1998 Literatura uzupełniająca: 1. Dobrzański L.A.: Metalowe materiały inżynierskie. WNT, Warszawa, 2004. 2. Dobrzański L.A.: Zasady doboru materiałów inżynierskich: z kartami charakterystyk. Gliwice, Wydaw. Politechniki Śląskiej, 2000 3. Marciniak J.: Biomateriały. Wyd. Pol. Śl. 2002 http://www.grantadesign.com
Miejsce analizy doboru materiału w procesie projektowania
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
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
Funkcja wyrobu
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
Kiedy należy rozpocząć poszukiwania materiału? Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998
Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998
Metodologia wyboru
Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998
Rozwiązanie zadania inżynierskiego Funkcje konstrukcji: Podstawowe: Zabezpieczenie przed zniszczeniem mumii Wtórne: Względy propagandowe Piramida schodkowa w Saqqara; 2650 p.n.e.
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!
Rozwój materiałów inżynierskich Dobrzański L.A. ; Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach; WNT, Warszawa, 1996
Historia odkurzacza
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?
Jakie funkcje spełniają? W jaki sposób? Z jakich materiałów są wykonane? Dlaczego? Ashby M. F. Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998
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* 50 10 240/$380 Cylindryczny, 1950 Stal niskowęglowa 300 6 96/$150 Cylindryczny, 1985 Dyson, 1997 (typu cyklon) Wyciskany ABS i polipropylen Polipropylen, poliwęglan, ABS 800 4 60/$95 1200 6,6 190/$300 * ceny odniesione do roku 1995
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 http://timerime.com Czym różnią się? Hercules 1904 wyposażony w ręczną pompę tłokową
Hoover Model O 1907 pierwszy z napędem elektrycznym! http://www.clemson.edu Electrolux Model V 1925 układ poziomy elementów http://group.electrolux.com Czym różnią się?
http://group.electrolux.com Hoover Constellation model 822 1954 poduszka powietrzna! http://www.hoover.co.uk Czym różnią się?
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.
Polecenie: Dla dowolnie wybranego przedmiotu określić: 1. Funkcje podstawowe 2. Funkcje dodatkowe 3. Zespół cech materiału możliwego do zastosowania