TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL

Transkript

1 Materialteknik, Jens Bergström TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL Tid: Torsdagen 21 augusti, 2014 Tentamen omfattar genomgånget kursmaterial. Hjälpmedel: Kalkylator Poängsättning: 0-20 Underkänt Betyg Betyg Betyg 5 Totalt antal poäng = 50 Alla svar och beräkningar skall vara fullständiga. Svar och diskussioner kan för den skull vara kortfattade. Eventuella ansatser motiveras. Hänvisa till ekvationer, figurer och tabeller i använd informationskälla där så är nödvändigt

2 UPPGIFT 1) MATERIALVAL GRUNDER a)när man ska göra ett systematiskt materialval uttrycker man konstruktionskraven som en problemformulering med funktion, restriktioner, målsättning och fria variabler. Förklara dessa begrepp och redogör för hur de används i materialvalsprocessen. b)anta att du ska välja material till gem. Ställ upp och formulera materialvalsproblemet enligt ovan. (Du behöver inte ta fram något meritvärde) 3p c) Ett meritvärde, M, för en fjäder som ska kunna lagra en viss mängd energi och vara så lätt som möjligt har tagits fram, 2 y M E Där σy = sträckgräns, E= E-modul och ρ= densitet. Beskriv hur du skulle gå tillväga för att genomföra en grafisk lösning av materialvalet med hjälp av diagrammet nedan. 2

3 UPPGIFT 2) FORMFAKTORN a) Ställ upp materialvalsproblemet och visa att meritvärdet för en balk med den bestämda längden L som ska klara böjmomentet M utan att deformeras plastiskt blir, f 2 / 3 ( B y ) Meritvärde om tvärsnittsarean A och formen är fri samt att balken ska vara så lätt som möjligt. Formfaktorn för haveri vid böjning är: f 6Z B A 3 2 med σy = sträckgräns, ρ= densitet, Z= tvärsnittets böjmotstånd b) Balken utformas som en I-balk och formfaktorn för balken har beräknats till, f B 5.6 Förklara vad det innebär! (Vad betyder formfaktorn i det här fallet?) 2p 3

4 UPPGIFT 3) TILLVERKNING Figuren nedan visar kostnad per detalj för olika gjutmetoder och seriestorlekar vid tillverkning av en vevstake. a)vilken metod är mest lämplig för vilken seriestorlek? Vilka kostnader är det som dominerar vid små respektive stora seriestorlekar? 4

5 UPPGIFT 4) FLERA MÅLSÄTTNINGAR Lätta och billiga cyklar? Ett önskemål för en del cykeltyper är att de ska vara både lätta och billiga. a) Antag att målsättningarna för cykeln är att den ska vara både lätt och billig, samt att den måste ha en tillräcklig hållfasthet. Det finns flera sätt att lösa materialvalsproblem med flera olika målsättningar. Målsättningarna kan vara i konflikt med varandra, vilket gör att materialvalet måste optimeras. Beskriv några metoder som kan vara möjliga att använda i det här beskrivna fallet. b) Gör ett systematiskt materialval genom att använda metoden med en värdefunktion. Använd först bifogade egenskapsdiagram för att välja två materialkandidater, ett material var för respektive målsättning, lätt och billig, räcker. Det bifogade diagrammet med cykelpris som funktion av vikt kan också vara användbart. Gör och motivera antaganden där så är lämpligt. Meritvärdena för problemet kan skrivas, Minsta vikt M Minsta kostnad M 1 2 s c m s s = sträckgräns, = densiteten, c m = materialkostnad 5

6 UPPGIFT 5) MILJÖVÄNLIGT MATERIALVAL a) Strategin för att göra ett miljövänligt materialval går ut på att man försöker identifiera den fas i produktens livscykel som har störst påverkan på miljön och minimera den fasens inverkan. Vilka är de olika faserna i en produkts livscykel? Redogör för vardera fasen hur man bäst minimerar just den fasens påverkan. b) Vilken fas är den dominerande för cykelramen? Ta fram en lämplig målfunktion och ett meritvärde för att göra ett miljövänligt materialval. 6

7 BILAGA 1. EGENSKAPSDIAGRAM 1 7

8 BILAGA 2. EGENSKAPSDIAGRAM 2 8

9 BILAGA 3. UTBYTESDIAGRAM 9

10 BILAGA 4. GEOMETRIER O MOMENT 10

11 BILAGA 5. LASTFALL FÖRSKJUTNINGAR 11

12 BILAGA 6. LASTFALL HÅLLFASTHET 12