Clase3cesedupackmateriales II

This lecture unit is part of a set created by Mike Ashby to help introduce students to materials, processes and rational selection.

The Teaching Resources website aims to support teaching of materials-related courses in Design, Engineering and Science. Resources come in various formats and are aimed primarily at undergraduate education.Some of the resources are open access and students can access them. Others are only available to educators using CES EduPack.

Mike AshbyDepartment of EngineeringUniversity of Cambridge

www.grantadesign.com/education/resources

M. F. Ashby, 2011For reproduction guidance see back page

Clasificacin: ndice de materiales

www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011

Resea

Cmo clasificar los que se mantienen?

El filtrado elimina los candidatos que no cumplen con las restricciones impuestas

Fuentes

Materials: engineering, science, processing and design, 2a Edicin, Captulos 3, 4 y 6

Materials Selection in Mechanical Design, 4a Edicin, Captulos 5 y 6

Los ndices de materiales realizan esta funcin

Demo

Sesiones prcticas


Qu es un ndice de material?

Un grupo de propiedades, ej. Mdulo de Young /densidad E /

La funcin de un componente est limitada por:

Para maximizar la funcin:

Primero se aplican todas las restricciones

Despus se seleccionan los materiales con el mayor o menor ndice

ndices de material para el

diseo

Cmo encontrarlos?

Libros enumerados en la diapositiva 1

Men de ayuda de CES EduPack

Una propiedad del material, ej. conductividad trmica ,

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ndice con una nica propiedad del material

t

TJ

=Flujo de calor W/m2

Conductividad trmica

Control trmico

ndices

Gradiente de temperatura

Intercambiador de calor:Maximizar el flujo de calor para un T dado

Elegir el material con mayor conductividad trmica ,

t, T

Conduccin

T1

T2

Aislante trmico:Minimizar el flujo de calor para un T dado

Elegir el material con menor conductividad trmica ,

t, T.. ..

. ... ..

. ... .....

......

.. .... ..

.. .... ..

.. .. .. .... .... .... ..

.. .... ..

.. ....

.

..

..

Steel faces

Foamcore

Aislante

T2T1


Seleccin con una propiedad como ndice

Buenos conductores:metales y cermicas

Buenos aislantes:Polmeros, espumas, corcho, madera, cartn .

Primero se aplican todas las restricciones, despus se usa el ndice para clasificar los materiales


La estrategia de seleccin de materiales

Requisitos:

Expresados como

Restricciones y

Objetivos

Seleccin final

Comparacin

Filtrado

Clasificacin

Documentacin

Densidad

Precio

Mdulo de Young

Resistencia

Durabilidad

Procesabilidad

Ms.

Datos:

Propiedades de los materiales

Propiedades de los procesos

Documentacin

Moldeable

Resistente al agua y al UV

Buena rigidez

Buena resistencia

Lo ms ligero posible

(Lo ms barato posible)


Diseo para minimizar el peso

1/2E

Montantes a compresin

3/2y

Tren de aterrizaje-compresin

Tensores

y

Larguero principal delas alas

1/2E

E = Mdulo de Young

= Densidad

y = Lmite elstico


Diseo para minimizar el coste

Vigas estructurales

C m

3/2yPaneles

estructurales

C m

2/1y

Cables a tensin

C m

y

Puntal a compresin

(columna)

C m

y

Cm = Coste del material/kg

= Densidady = Lmite elstico


ndice para un tirante resistente y ligero

Minimizar la masa m:m = A L

Objetivo

Longitud L fija Debe soportar una carga F

Restricciones

La ecuacin para las restricciones en A:

F/A < y

Tirante resistente de longitud L y mnima masa

L

FF

Area A

TiranteFuncin

m = masaA = reaL = longitud = densidad

= lmite elstico y

=

y

LFmLa funcin

mtrica m Elegir materiales conel mayor

y


ndice para una viga rgida y ligera

VigaFuncin

Minimizar la masa m:

m = A L Objetivo

Longitud L fija Debe tener una rigidez a flexin> S*

Restricciones

La ecuacin para las restricciones en A:

3

2

3 L12

AEC

L

IECS ==

m = masaA = reaL = longitud = densidadE = Mdulo de YoungI = Momento de inercia(I = b4/12 = A2/12)C = Constante (en este caso, 48)

Viga rgida de longitud L y mnima masa

L

rea de la seccincuadrada,

A = b2

b

=

2/1

2/1*5

EC

SL12m

La funcin mtrica m

Elige materiales conmayor

1/2E


ndices de materiales

ndice de material= combinacin de propiedades de los materiales en la ecuacin de la funcin

A veces es una nica propiedad

A veces es una combinacin de propiedades

Ambas son ndices de materiales

Tensin (tirante)

Flexin (viga)

Flexin (panel)

E/ /y

/E1/2 /2/3y

Rigidez Resistencia

Restricciones

/E1/3 /1/2y

ObjetivoMinimizar la masa

Recuerda este

tambin!

Explora este

ndice!


Log E = 2 log + 2 log M

Tomando logs:

0.1

10

1

100

Metales

Polmeros

Elastmeros

Maderas

Compuestos

Espumas0.01

1000

100,000100 1000 10,000

Densidad (kg/m3)

M

d

u

l

o

d

e

Y

o

u

n

g

E

,

(

G

P

a

)

Cermicas

Clasificacin usando los grficos

ndice EM

1/2=

Viga ligera y rgida:

2 2 ME =

Reagrupando: Incrementando M

2

Funcin ndice Pendiente

Tirante 1

Viga 2

Panel 3

E/

/E1/2

/E1/3


Barra de herramientas para grficos

Caja de seleccin

Cancelar seleccin

Aadir texto

Hacer zoom Aadir

sobres

Cancelarzoom

Grfico en blanco y negro

Eliminar los resultados que

fallan

Interseccin del resultado

Lnea de seleccin

Line selection

Enter slope 1

CancelOK


Seleccin optimizada usando los grficos

ME1/2 =

23

ME1/3 =

Resultados22 pasan

Material 1 2230

Material 2 2100

Material 3 1950

etc...

RankingPor /E1/2

1

ME =

reabuscada


Eje X Eje Y

Lista de propiedades

Densidad

Mdulo de Young

Lmite elstico

etc

Advanced

Representando los ndices como barras

Lista de propiedades

Densidad

Mdulo de Young

Lmite elstico

etc

+ - */ ^ ( )

MduloDensidad

/

2. Selection Stages

Graph Limit Tree

1. Selection data

Edu Nivel 2: MaterialesEdu Nivel 2: Materiales ( ^ )0.5

Diagrama de barras con ndice: /E1/2

Browse SelectSearch

Resultados22 pasan

Material 1 2230

Material 2 2100

Material 3 1950

etc...

Rankingpor /E1/2

Tools


Representando los ndices como funciones

ndice /E1/2

Resultados22 pasan

Material 1 2230

Material 2 2100

Material 3 1950

etc...

Rankingpor /E1/2


Resumen

Las cuatro etapas de seleccin:

Traduccin: identifica las restricciones y los objetivos

Filtrado: descarta los que no cumplen con las restricciones

Clasificacin: ordena los que han pasado la etapa de filtrado

Documentacin: bsqueda de informacin de los candidatos ms

prometedores

CES EduPack es una herramienta til para la seleccin de materiales

Desarrollo de la estrategia


www.grantadesign.com/education/resources

M. F. Ashby, 2011

Los recursos docentes de la pgina web de Granta Design son una herramienta de apoyo al aprendizaje de materiales en ingenieras, ciencias, procesos y diseo.

Los recursos estn disponibles en varios formatos y distintos niveles de informacin para adecuarlos a todos los estudiantes.

Este recurso es parte de una serie de lecciones creadas por Mike Ashby para introducir a los estudiantes en el diseo y seleccin de materiales.

La pgina web tambin contiene otros recursos didcticos y han contribuido acadmicos de las ms de 800 universidades que usan CES EduPack en el mundo.

La pgina web contiene tanto recursos que requieren el uso de CES EduPack como una seleccin de recursos que no lo necesitan.

Autor

Mike Ashby

Universidad de Cambridge, Granta Design Ltd.

www.grantadesign.com

www.eng.cam.ac.uk

Reproduccin

Los derechos de autor estn protegidos por copyright. Los recursos pueden ser reproducidos para su uso con fines docentes y pueden ser consultados en la pgina web de Recursos docentes, una vez adquirido el producto .Asegrese de que tanto Mike Ashby como Granta Designestn al corriente de la reproduccin. No se pueden utilizar estos recursos con fines comerciales.

Mayor calidad

Desde Granta Design se trabaja para mejorar la calidad de estos recursos . Si tiene cualquier sugerencia o mejora, no dude en contactar va e-mail a la siguiente direccin: [email protected]

Hay ms de 200 recursos disponibles,

que incluyen:

77 clases magistrales en power point

Ejercicios con soluciones desarrolladas

Seminarios

Psters

Publicaciones

Manuales con soluciones

Casos prcticos interactivos

*Recursos traducidos por Mar Estells Gil (UNIVERSIDAD POLITCNICA DE VALENCIA)

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