TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL

Relevanta dokument
TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL

TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL

TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL

TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL

TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL

Fakulteten för teknik- och naturvetenskap ALEXANDRU SAMOILA. Examensarbete vid Maskiningenjörsprogrammet

Lätta konstruktioner. HT2 7,5 p halvfart Lars Bark och Janne Färm

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Additiv tillverkning

Introduktion till CES

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

Name: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

ANALYS AV MATERIALVAL HOS BEFINTLIG PRODUKT

HÅLLARE FÖR DUSCHMUNSTYCKE

Lätta konstruktioner. HT2 7,5 p halvfart Lars Bark och Janne Carlsson

Tentamen i Konstruktionsteknik

Tentamen i Hållfasthetslära AK


Tentamen i Hållfasthetslära AK

Tentamen i. Konstruktionsteknik. 26 maj 2009 kl

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA FÖR I2 MHA april (5 timmar) Lärare: Anders Ekberg, tel

Material, form och kraft, F11

TENTAMEN I KURSEN BYGGNADSMEKANIK 2

Dimensionering av rostfria konstruktioner. Nya regler för dimensionering av rostfritt stål. Ove Lagerqvist

Byggmaterial med statistik Provmoment: Tentamen i byggmaterial Ladokkod:41B10B Tentamen ges för: IH byggnadsingenjörer årskurs 2

Rättningstiden är i normalfall tre veckor, annars är det detta datum som gäller:

Hjälpmedel: Tore Dahlbergs formelsamling, TeFyMa eller någon annan liknande fysik- eller matematikformelsamling, valfri miniräknare, linjal, passare

KONSTRUKTIONSTEKNIK 1

Eco Elast Återvinning av gummi från bildäck LÄGRE VIKT LÄGRE KOSTNADER BÄTTRE MATERIALEGENSKAPER KOLDIOXIDNEUTRALT

Tentamen MF1039 DoP Komponenter

Allmänna anvisningar: <Hjälptext: Frivilligt fält. Skriv här ytterligare information som studenterna behöver>

TENTAMEN I FÖRDJUPNINGSKURS I BYGGKONSTRUKTION

Parking garage, Gamletull. MDM-piles, pre-installation testing RÄTT FRÅN GRUNDEN!

Hållfasthetslära Lektion 2. Hookes lag Materialdata - Dragprov

Lösning: B/a = 2,5 och r/a = 0,1 ger (enl diagram) K t = 2,8 (ca), vilket ger σ max = 2,8 (100/92) 100 = 304 MPa. a B. K t 3,2 3,0 2,8 2,6 2,5 2,25

Angående skjuvbuckling

Short Glossary of Solid and Fracture Mechanics Terms. English Svenska Notation

Materialegenskaper Gjutplaster

Fakultet för teknik och samhälle

TENTAMEN I KURSEN DIMENSIONERING AV BYGGNADSKONSTRUKTIONER

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Tentamen i Hållfasthetslära AK2 för M Torsdag , kl

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

WIRE TECHNOLOGY SHORT PRESENTATION OF SIMULATION ACTIVITIES AT ÖREBRO UNIVERSITY REVERSE ENGINEERING POWDER TECHNOLOGY THE FUTURE PROJECTS RESOURCES

Betongkonstruktion BYGC11 (7,5hp)

TENTAMEN I FÖRDJUPNINGSKURS I BYGGKONSTRUKTION

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Eurokod 3 del 1-2 Brandteknisk dimensionering av stålkonstruktioner

Moment och normalkraft

Livens inverkan på styvheten

K-uppgifter Strukturmekanik/Materialmekanik

Grundläggande maskinteknik II 7,5 högskolepoäng

TENTAMEN I KURSEN TRÄBYGGNAD

Hemuppgift 2, SF1861 Optimeringslära för T, VT-10

VSMA05 Byggnadsmekanik - Kursprogram HT 2019

Material föreläsning 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

TENTAMEN I FÖRDJUPNINGSKURS I BYGGKONSTRUKTION

TENTAMEN I KURSEN TRÄBYGGNAD

Kursprogram. Byggnadsmekanik VSMA05 HT 2016

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

Tentamen i Hållfasthetslära gkmpt, gkbd, gkbi, gkipi (4C1010, 4C1012, 4C1035, 4C1020) den 13 december 2006

Kursprogram Strukturmekanik FME602

Tentamen i kursen Balkteori, VSM-091, , kl

Material lektion 1. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

GJUTEN ALUMINIUMPLATTA EN AW 5083 CAST ALUMINIUM PLATE EN AW 5083

Konstruktionsuppgifter för kursen Strukturmekanik grunder för V3. Jim Brouzoulis Tillämpad Mekanik Chalmers

Möjligheter och begränsningar hos höghållfasta stål

En kort introduktion till. FEM-analys

Belastningsanalys, 5 poäng Balkteori Moment och tvärkrafter. Balkböjning Teknisk balkteori Stresses in Beams

50 poäng. Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:

HEM KURSER SKRIV UT HEM ÄMNE SKRIV UT

Belastningsanalys, 5 poäng Balkteori Deformationer och spänningar

Eurokod laster. Eurocode Software AB

Att beakta vid konstruktion i aluminium. Kap 19

Systemkonstruktion Z2

KTH Royal Institute of Technology

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, kalkylator i fickformat, samt en egenhändigt skriven A4- sida med valfritt innehåll.

TENTAMEN I FÖRDJUPNINGSKURS I BYGGKONSTRUKTION

caeec301 Snittkontroll stål Användarmanual Eurocode Software AB

TENTAMEN I KURSEN DIMENSIONERING AV BYGGNADSKONSTRUKTIONER

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

Lunds Tekniska Högskola, LTH

Kursprogram. Byggnadsmekanik VSMA05 HT 2017

Kursprogram. Byggnadsmekanik VSMA05 HT 2018

Betongkonstruktion BYGC11 (7,5hp)

2. Förklara vad en egenfrekvens är. English: Explain what en eigenfrequency is.

Tentamen i Konstruktionsteknik

Tillåtna hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Formelblad m.m. sitter sist i tentan SVAR SKALL ALLTID ÅTFÖLJAS AV MOTIVERING.

Konstruktionsuppgift i byggnadsmekanik II. Flervåningsbyggnad i stål. Anders Andersson Malin Bengtsson

Tentamen i Konstruktionsteknik

Kompositberä kning i Solidworks

Kvarvarande utmattningskapacitet hos nitade metallbroar sammanfattning SBUF-projekt 12049

Vejdimensionering som bygger på observationsmetodik

Z3 CNU FF Z1 CN S S11 - Cu Ti , ,3 18, Ti 18-8S. 18-8Cu 18-8LN 19-11L 18-12

Försättsblad tentamen Fakulteten för hälsa och samhälle

Ackrediteringens omfattning

CAEBBK30 Genomstansning. Användarmanual

Frågor för tentamen EXTA50 Samhällsmätning, 9 hp, kl december, 2013.

Transkript:

Materialteknik, Jens Bergström 2014-11-13 TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL Tid: Lördagen 15 november, 2014 Tentamen omfattar genomgånget kursmaterial. Hjälpmedel: Kalkylator Poängsättning: 0-20 Underkänt 21-29 Betyg 3 30-39 Betyg 4 40-50 Betyg 5 Totalt antal poäng = 50 Alla svar och beräkningar skall vara fullständiga. Svar och diskussioner kan för den skull vara kortfattade. Ansatser ska motiveras. Hänvisa till ekvationer, figurer och tabeller i använd informationskälla där så är nödvändigt. ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Lärare: Jens Bergström, tel. 070-6280302 --------------------------------------------------------- ---------------------------------------- 1

UPPGIFT 1) FORMULERA ETT MATERIALVAL TILL EN CYKEL Tentamen MTGC10/MTGC12 Ett materialval behöver göras till en cykelram. Cykeln ska vara för vardagligt bruk i stadsmiljö där användarkraven på cykeln inte är höga. Beskriv materialvalsprocessen och använd exemplet cykelramen för detta. Skriv ned funktion, en lämplig målsättning och restriktioner. Ordna och skriv ned materialvalsproblemet. 5p En föregångare till cykeln vi tänker framställa. b) 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? Vilken fas är den dominerande för cykelramen? Redogör för hur man bäst minimerar just den fasens påverkan. Beskriv en lämplig målfunktion och en aktiv restriktion för att göra ett miljövänligt materialval. 5p 2

UPPGIFT 2) FORMFAKTORN OCH EN BALK Studera en balk med bestämd längd L som ska kunna bära en böjlast (momentet M) utan att deformeras plastiskt. a) Följ materialvalsproceduren och härled analytiskt ett meritvärde för materialval till denna balk om målsättningen är att den ska vara så billig som möjligt. Både tvärsnittsarea och form kan varieras så du ska ta hänsyn till formfaktorn. 5p b) Anta att man vill utforma balken som ett fyrkantsrör med höjd: h=100 mm, bredd: b=50 mm och väggtjocklek t=2 mm. Vilket minsta värde på formfaktor måste det valda materialet i så fall ha för att kunna användas i denna tillämpning? Förklara också varför. 3p Tabeller med formler och materialdata bifogas längst bak i tentamen. Finns det fler faktorer som du vill ta hänsyn till, eller fler antaganden som behöver göras, så gör dessa. Motivera! Formfaktorer: e 12I B 2 A 7,14K A e T 2 f B 6Z A 3 2 f T 4,8Q A 3 2 3

UPPGIFT 3) ETT TILLÄMPAT FALL - HJULFÄLGEN Hjulen på en bil utgör en stor stor del av bilens vikt. Så att hålla en låg hjulvikt är målet vi ska studera i denna uppgift. Det finns många utföranden av hjul för bilar (Googla t.ex. på Wheel design ), beroende av biltyp. För val av däck o fälg till t.ex. Formula Student ger Introduction to Formula SAE suspension and frame design, Gaffney & Salinas, viss vägledning. Här ska vi studera en förenklad modell av fälgen, som vi antar är uppbyggd av nav, ekrar och hjulring (det kan vara integrerat). Olika lastfall är dimensionerande för de olika delarna. Vi väljer att undersöka ekrarna. Antag att en hjuleker kan modelleras som en fast inspänd pelare, se nedan. Längden på ekern (pelaren) är given, men dess tvärsnittsarea är fritt att variera. Exempel på fälg-design Modell av eker-belastning Antag att vi måste ta hänsyn till två restriktioner i vår rangordningsprocedur, nämligen att, 1) ekern får ej knäckas av trycklasten, 2) ekern får ej utsättas för plastisk deformation. Andra restriktioner kan användas för sållning. Tvärsnittet kan Du anta vara helt fritt eller ha en bestämd tvärsnittsform men fri tjocklek/bredd, vilket Du tycker är mest lämpligt. Nödvändiga formler kan hämtas ur bilagornas tabeller. a) Genomför materialvalet genom att ställa upp en problemformulering, och härled meritvärden. 4p b) Genomför en grafisk lösning genom att skissa hur den i princip skulle se ut om Du hade ett lämpligt egenskapsdiagram. 3p c) Skissa ett lämpligt egenskapsdiagram med log-log skala, och lägg in två linjer som beskriver de två fallen I)kortare & tjockare eker, samt II) längre & slankare eker. Vad får det för konsekvenser på materialvalet? 3p 4

UPPGIFT 4) MATERIALVAL SAMMANSATTA MÅL Nu har vi som mål att minimera både vikten och kostnaden för hjulfälgen, med enda aktiva restriktionen att ekern ska ha en viss hållfasthet. I övrigt gäller vad som är beskrivet i Uppgift 2) för hjulfälgen. a) Beskriv hur ett materialval nu ska genomföras. Hur kan bifogade egenskapsdiagram, Bilaga 1, användas? Hur kan tabellen nedan användas? UTBYTESFAKTOR FÖR VIKTSBESPARING Transport system: viktsbesparing Utbytesfaktor (SEK/kg) Familjebil (bränslekostnader) 7-17 Lastbil (nettolast) 65 260 Civilt flygplan (nettolast) 1300 6500 Militärt flygplan (nettolast) 6500 26000 Rymdfarkost (nettolast) 13000 117000 Motivera lösningen och beskriv lösningsmetoden, redovisa i svaret hur egenskapsdiagrammet är använt, dvs lämna in diagrammet med svaret. 8p b) Markera i egenskapsdiagrammet ett materialval. Kommentera Ditt val, finns det andra faktorer som kan påverka materialvalet? 2p 5

UPPGIFT 5) VAL AV TILLVERKNINGSMETOD Trädgårdsmöbler kan göras av många olika material, t.ex. polypropen (PP) och gjutjärn. Använd information från databladen i bilagan och jämför dessa två material med avseende på energiåtgång och koldioxidutsläpp vid framställning av en trädgårdsstol. Vi antar att en stol gjord av PP väger 1,6 kg och en i gjutjärn väger 8,5 kg. Kommentera dina resultat! 2p Du blir ombedd att ta fram förslag på lämpliga tillverkningsmetoder för trädgårdsstolen i PP. Redogör för de olika stegen vid ett systematiskt val av tillverkningsmetod. Vilken information behöver du för att kunna sätta upp restriktioner? Vilken målsättning är lämplig? 4p c) Jämför tillverkning av trädgårdstolen gjord i PP (formsprutning) och gjord i gjutjärn (sandgjutning) med hjälp av kostnadsmodellen som redovisas i materialbilagan nedan. Vad kan du säga om kostnadsfördelar gjutjärn vs PP för olika batchstorlekar och verktygskostnad? Andra kommentarer? 3p c) Vad är ekonomisk batchstorlek? Vilka faktorer inverkar på denna parameter? Använd diagrammet nedan för att förklara dessa parametrar och definiera den ekonomiska batchstorleken för tillverkningsmetoderna i diagrammet. 3p 6

Density * Price / Yield strength (elastic limit) Tentamen MTGC10/MTGC12 BILAGA 1. EGENSKAPSDIAGRAM 10000 1000 100 10 Titanium, near-beta alloy, Ti-13Nb-13Zr, solution treated & aged Titanium, alpha-beta alloy, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo, solution treated & aged Magnesium, commercial purity Magnesium, ZC63A, cast Aluminum, 443.0, sand cast, F Aluminum, A201.0, cast, T7 Aluminum, 356.0, sand cast, F Zinc-aluminum alloy, ZA-27, general casting Stainless steel, martensitic, ASTM CB-7Cu, cast, aged at 550 C Stainless steel, ferritic, ASTM CB-30, cast Stainless steel, martensitic, ASTM CA-15, cast, tempered at 315 C Aluminum, C355.0, sand cast, T6 Stainless steel, martensitic, ASTM CA-15, cast, tempered at 650 C Aluminum, 518.0, die cast, F 1 10 100 Density / Yield strength (elastic limit) 7

Relative cost index (per unit) Tentamen MTGC10/MTGC12 BILAGA 2. MATERIALDATA Cast iron, gray Composition (summary) Fe/3.2-4.1%C/1.8-2.8%Si/<0.8%Mn/<0.1%P/<0.03%S General properties Density 7,05e3-7,25e3 kg/m^3 Price * 3,06-3,39 SEK/kg Mechanical properties Young's modulus 80-138 GPa Yield strength (elastic limit) 140-420 MPa Tensile strength 140-448 MPa Compressive strength 500-1,1e3 MPa Elongation 0,17-0,7 % strain Hardness - Vickers 90-310 HV Fatigue strength at 10^7 cycles 40-170 MPa Fracture toughness 10-24 MPa.m^0.5 Eco properties Embodied energy, primary production * 17-21 MJ/kg CO2 footprint, primary production * 1,65-1,75 kg/kg Recycle True Sandgjutning gjutjärn 10000 1000 100 1 10 100 1000 10000 100000 1e6 1e7 1e8 1e9 Batch Size Material Cost=3,5SEK/kg, Component Mass=8,5kg, Overhead Rate=1e3SEK/hr, Capital Write-off Time=5yrs, Load Factor=0,5 8

Relative cost index (per unit) Tentamen MTGC10/MTGC12 Polypropylene (PP) Composition (summary) (CH2-CH(CH3))n General properties Density 890-910 kg/m^3 Price * 10,4-12,2 SEK/kg Mechanical properties Young's modulus 0,896-1,55 GPa Yield strength (elastic limit) 20,7-37,2 MPa Tensile strength 27,6-41,4 MPa Compressive strength 25,1-55,2 MPa Elongation 100-600 % strain Hardness - Vickers 6,2-11,2 HV Fatigue strength at 10^7 cycles 11-16,6 MPa Fracture toughness 3-4,5 MPa.m^0.5 Eco properties Embodied energy, primary production * 75,7-83,7 MJ/kg CO2 footprint, primary production * 2,96-3,27 kg/kg Recycle True Recycle mark Formsprutning PP 100000 10000 1000 100 1 10 100 1000 10000 100000 1e6 1e7 1e8 1e9 Batch Size Material Cost=13SEK/kg, Component Mass=1,6kg, Overhead Rate=1e3SEK/hr, Capital Write-off Time=5yrs, Load Factor=0,5 9

BILAGA 3. GEOMETRIER O MOMENT 10

BILAGA 4. LASTFALL FÖRSKJUTNINGAR 11

BILAGA 5. KNÄCKNING O BUCKLING 12

BILAGA 6. LASTFALL HÅLLFASTHET 13