Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 2
Dr inż. Hanna Smoleńska
Materiały edukacyjne
Charakterystyka materiałów
Materiał – co to jest?
W technice MATERIAŁ to tworzywo lub substancja o
określonych własnościach, stosowana w budownictwie
oraz do wytwarzania wyrobów codziennego użytku,
maszyn narzędzi lub preparatów.
Jak klasyfikować materiały?
Ze względu na pochodzenie:
• NATURALNE
• SZTUCZNE (INŻYNIERSKIE)
Ze względu na budowę i własności:
•METALE I ICH STOPY
•CERAMIKA
•POLIMERY
•KOMPOZYTY
Ze względu na zastosowanie:
•MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE
•MATERIAŁY FUNKCJONALNE
Metale :
Wiązania metaliczne: gaz elektronowy
Zalety
• relatywnie wysoka sztywność
• mogą być umacniane przez stopowanie i obróbkę
• plastyczne
• relatywnie wysoka wytrzymałość
• para lub ferromagnetyczne
• dobra przewodność Wady
• pękanie zmęczeniowe
• wrażliwość na agresywne środowisko (korozja i
utlenianie)
Ceramika i szkło:
Wiązania jonowe lub
kowalencyjne: kierunkowe i silne
Zalety
• wysoka sztywność
• wysoka wytrzymałość (na ściskanie)
• odporność na ścieranie
• wysoka temperatura topnienia
• odporność na korozję i utlenianie
• przeźroczystość
• dobra izolacyjność elektryczna Wady
• kruchość
• niska powtarzalność własności wytrzymałościowych
• niska odporność na rozciąganie
• wrażliwość na zarysowanie
Polimery i elastomery
Wiązania drugorzędowe i
kowalencyjne: Anizotropia
Zalety
• mogą posiadać wysoką wytrzymałość
• duże odkształcenie sprężyste (elastyczne)
• mały współczynnik tarcia
• odporność korozyjna
• łatwe do kształtowania
• łatwość barwienia Wady
• płynięcie w temperaturze pokojowej
• duża zmiana właściwości wraz ze zmianą temperatury
• niska temperatura topnienia ( mięknięcia)
• niska sztywność
• trudne do recyklingu
Kompozyty:
Różne wiązania
Zalety
• łączenie atrakcyjnych własności różnych materiałów
• dopasowywanie własności inżynierskich do potrzeb
• lekkie
• sztywne
• wytrzymałe Wady
• drogie
• trudne do łączenia
• często trudne w produkcji
Dobrzański L.A. ; Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach; WNT, Warszawa, 1996
Rozwój materiałów inżynierskich
20
Historia odkurzacza
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
FUNKCJA: usuwanie drobnych śmieci i kurzu z dużych, płaskich powierzchni
Jakie materiały do jej realizacji?
Ashby M. F. – Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT,
Warszawa, 1998
Jakie funkcje spełniają?
W jaki sposób?
Z jakich materiałów są wykonane?
Dlaczego?
Porównanie ceny, mocy i masy odkurzaczy
(na podstawie Ashby M. F. – Dobór materiałów w projektowaniu inżynierski; WNT, Warszawa, 1998)
Rodzaj odkurzacza i data produkcji
Podstawowy materiał
Moc [W] Masa [kg] Cena*
Napęd ręczny, 1900 Drewno płótno, skóra
50 10 £240/$380
Cylindryczny, 1950 Stal niskowęglowa 300 6 £96/$150 Cylindryczny, 1985 Wyciskany ABS i
polipropylen
800 4 £60/$95
Dyson, 1997 (typu cyklon)
Polipropylen, poliwęglan, ABS
1200 6,6 £190/$300
* ceny odniesione do roku 1995
Hercules 1904 – wyposażony w ręczną pompę tłokową
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?
http://timerime.com
Hoover Model O 1907 – pierwszy z
napędem elektrycznym!
Electrolux Model V 1925 – układ poziomy elementów
Czym różnią się?
http://www.clemson.edu
http://group.electrolux.com
Czym różnią się?
Hoover Constellation model 822 1954
poduszka powietrzna!
http://www.hoover.co.uk
http://group.electrolux.com
