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

Introduktion till CES

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

Additiv tillverkning

ANALYS AV MATERIALVAL HOS BEFINTLIG PRODUKT

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

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

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

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

Vägtrafikolyckor med långsamtgående fordon

Hållfasthetslära Lektion 2. Hookes lag Materialdata - Dragprov

Personskador i trafiken STRADA Värmland

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

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Materialegenskaper Gjutplaster

Grundläggande maskinteknik II 7,5 högskolepoäng

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

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Personskador i trafiken STRADA Värmland

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

Tentamen i Konstruktionsteknik

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

LÖSNING

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Vägtrafikolyckor med långsamtgående fordon Stefan Pinzke Peter Lundqvist

Hur såg trafiksäkerhetsutvecklingen. Hans-Yngve Berg, Transportstyrelsen, Åsa Forsman, VTI och Rikard Fredriksson, Trafikverket

TENTAMEN I KURSEN DIMENSIONERING AV BYGGNADSKONSTRUKTIONER

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Att beakta vid konstruktion i aluminium. Kap 19

Tentamen i Hållfasthetslära AK2 för M Torsdag , kl

Fakultet för teknik och samhälle

TENTAMEN I KURSEN DIMENSIONERING AV BYGGNADSKONSTRUKTIONER

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Belastningsanalys, 5 poäng Tvärkontraktion Temp. inverkan Statiskt obestämd belastning

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

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

Vägtrafikskador 2014 Road traffic injuries 2014

HÅLLARE FÖR DUSCHMUNSTYCKE

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Vägtrafikskador 2018

TENTAMEN I KURSEN BYGGNADSMEKANIK 2

Material föreläsning 9. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Bedömningen av trafiksäkerheten i korsningen är baserad på olycksstatistikanalysen och konfliktstudien.

Material, form och kraft, F4

KOHESIVA LAGAR I SKJUVNING EN EXPERIMENTELL METOD MED PLASTICERANDE ADHERENDER

Skadade i trafiken 2009

Tentamen i Hållfasthetslära för I2

1. Ett material har dragprovkurva enligt figuren.

Frontmonterad utrustning. Ditsättning av frontmonterad utrustning

TENTAMEN I ENERGITEKNIK OCH MILJÖ (KVM033) för K2 och Kf2 i V-huset.

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

Bilaga 1 Effekter och samhällsekonomiska kostnader

Inlämning etapp 7b IKOT Grupp B5. INNEHÅLL Inlämning av etapp 7b IKOT André Liljegren Martin Johansson Katrin Wahlström

En kort introduktion till. FEM-analys

Tentamen i. Konstruktionsteknik. 26 maj 2009 kl

Tillåtna hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Formelblad m.m. sitter sist i tentan

Textil mekanik och hållfasthetslära. 7,5 högskolepoäng. Ladokkod: 51MH01. TentamensKod: Tentamensdatum: 12 april 2012 Tid:

Hemuppgift 2, SF1861 Optimeringslära för T, VT-10

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

Allvarligt skadade motorcyklister och mopedister. Underlag 2.0

SKADADE I TRAFIKEN En sammanställning av antal skadade och omkomna i trafikolyckor. Dalibor Sentic Stadsbyggnadsförvaltningen

Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

KONSTRUKTIONSTEKNIK 1

Effekter och vikten av sänkta hastigheter i tätort. Anna Vadeby, forskare i trafiksäkerhet på VTI

Säker Trafik AB. Söderhamn

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Självkörande fordon Vad kan uppnås? Barriärer att lösa! Mårten Johansson, teknikchef Sveriges Åkeriföretag


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

K-uppgifter Strukturmekanik/Materialmekanik

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

Dimensionering i bruksgränstillstånd

# VTlnotat. (db 1. T mygg/i nam_ Statens vag- och trafiklnstltut. Uppdragsgivare: Vägverket. Distribution:.fri/nyförvärv/begrânsad

Olyckor.

7. Konstruera konceptet

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

CAEBSK10 Balkpelare stål

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

Ågärdsvalsstudie E6 genom Skåne. Unr

Tentamen i K0001N Kvalitetsutveckling

Konstruktion. Gjutsimulering. Konstruktion gjutna komponenter. Introduktion i tätkrav, tätkontroll och läcksökning hos gjutgods

Efter varje uppgift är det utskrivet hur många E-poäng uppgiften ger och vilka förmågor du kan visa.

Miniräknare + Formelblad (vidhäftat i tesen) 50 p

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM. Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

Tentamensinstruktioner

Belastningsanalys, 5 poäng Fiberarmering - Laminat

TRAFIKSÄKRA ÖREBRO! Eva-Li Westerberg, Örebro kommun. Malin Rosén, SWECO

Spänning och töjning (kap 4) Stång

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Kursprogram Strukturmekanik FME602

Provläsningsexemplar / Preview. SMS, SVERIGES MEKANSTANDARDISERING (20) SMS reg (Tidigare )

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

OBS!! Arbetsutkast omkomna, svårt skadade och allvarligt skadade på mc o moped Matteo och Johan

Manual för ett litet FEM-program i Matlab

Lunds Tekniska Högskola, LTH

Transkript:

Materialteknik, Jens Bergström 2015-10-20 TENTAMEN MTGC12, MATERIALTEKNIK II / MTGC10 MATERIALVAL Tid: Måndagen 26 oktober 2015 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. Eventuella ansatser motiveras. Hänvisa till ekvationer, figurer och tabeller i använd informationskälla där så är nödvändigt. Kursansvarig lärare, Jens Bergström, kan nås per telefon 070-6280302 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Skriv namn och nummer. --------------------------------------------------------- ---------------------------------------- Namn Nummer

MATERIALVAL AV SIDOKOLLISIONSKYDD Totalt 3556 personer dödades eller skadades svårt under ett år vid olyckor med personbilar inblandade. 75% av de dödade eller svårt skadade satt i bilarna de övriga befann sig utanför. Av de 74 dödade personerna som inte befann sig i personbilen var 35 gående, 19 motorcyklister, 3 mopedister och en satt i lastbil. Av de olyckor som orsakade en personskada, dvs skadade eller död, står avsväng eller korsväg för en betydande del, se tabell nedan. Det är vid sådana krockar stor risk för att bilar skall mötas i en sidokollision, se Figur 1. Vid dessa krockar är risken mycket stor för allvarliga personskador. Tabell Polisrapporterade vägtrafikolyckor med personskada efter olyckstyp, under ett år. Motorfordon Motorfordon Sidokollision: Omkörning, Upphinnande Möte Avsväng Korsväg Övriga filbyte 230 2 547 794 1 087 1 836 412 Figur 1. Två bilar i en sidokrock, med stor risk för betydande skador för åkande i den vita bilen För att prova bilars egenskaper och skydd mot sidokrockar provas de genom att man krockar dem i sidan med en krocksläde. Sidokrockproven görs i 50 km/tim. Bilen träffas av en barriär monterad på en släde som körs in i förarsidan på bilen. Barriären kan deformeras, se Figur 2.

Figur 2 a) Test av en personbil b) Uppmätt acceleration för krocksläden. För att hindra att ett fordon tränger in i kupén och orsakar personskador förstärks i moderna bilar ofta dörren med en sidokrocksbalk, se Figur 3. Med F=m*a och med en vikt på släden på 1500 kg kan vi skatta den maximala kraften under krocken till strax under 1500*20*9.81,, dvs ca 295 kn. Det ger att med aktuella dimensioner måste materialets sträckgräns överskrida 100 MPa i sidobalken. Det är valet av material för denna balk som vi skall motivera i följande uppgifter. Figur 3 Exempel på en sidokrocksbalk

UPPGIFT 1) MATERIALVALSPROCESSEN Kursen beskriver en sammanhållen konstruktionsprocess, där val av form, material och tillverkningsmetod samverkar. Materialvalsprocessen är en del av denna. a) Beskriv materialvalprocessens struktur. Tag det beskrivna exemplet med sidokollosionsskyddet som utgångspunkt. Genomför inte materialvalet, utan ange de nödvändiga momenten och beskriv konkret vad som kan gälla för sidobalken (funktion, mål, restriktion, etc) i den beskrivna strukturen. I materialvalsprocessen tar man fram ett meritvärde som underlag för materialvalet. Vad innebär detta meritvärde och hur är det framtaget? 5p

UPPGIFT 2) HÄRLED ETT MERITVÄRDE TILL SIDOBALKEN Problemet har beskrivits ovan. Antag att vi vill ta fram en sidobalk enligt beskrivningen i inledningen. Vi antar att balkens tvärsnitt kan väljas fritt till form, men naturligtvis måste passas in i sidodörren. Balken skall vara så lätt som möjligt. Antag att restriktionen att balken måste kunna hålla för en viss kraft F utan att deformeras plastiskt (en sträckgräns) styr materialvalet. Härled ett meritvärde, analytiskt. Följ materialvalsproceduren (funktion, mål, restriktioner), ange motiveringar och gör rimliga antaganden där så behövs. 10p För den maximala spänningen i en fritt upplagd balk av längd L med mittlast F gäller; FL 4Z där Z är böjmotståndet. Formfaktorer: 12I A 7,14K A e e B 2 T 2 f B 6Z A 3 2 f T 4,8Q A 3 2

UPPGIFT 3) NYTT MERITVÄRDE, ETT MATERIALVAL OCH VAL AV TILLVERKNINGSMETOD Tentamen MTGC10/12 Problemet har beskrivits ovan. a) Ange ett meritvärde för sidobalken om målsättningen är att minimera priset. Härled meritvärdet eller ge en kort motivering med utgångspunkt från resultatet i Uppgift 2. 3p b) Genomför en grafisk lösning baserat på lämpliga restriktioner samt meritvärdet som Du tog fram i Uppgift 3a). Använd den information som finns i bifogade egenskapsdiagram, Bilaga 1. Gör antaganden om eventuell inverkan av faktorer som inte beskrivs i diagrammet. Motivera lösningen och beskriv lösningsmetoden, redovisa i svaret hur egenskapsdiagrammet är använt, dvs lämna in diagrammet med svaret. Välj ut och rangordna de tre bästa materialen av de som finns angivna i diagrammet. 6p c) Om vi ska välja en tillverkningsmetod till sidobalken så kommer återigen kostnaden för framställningen av balken att väga tungt. Beskriv hur tillverkningskostnaden avgör val av tillverkningsmetoden i detta fallet, samt kommentera vilka faktorer som kan vara avgörande för det slutliga materialvalet. 6p

UPPGIFT 4) SAMMANSATTA MÅL Om vi i vår lösning till ett materialvalsproblem för sidobalken inkluderar båda målfunktionerna minsta vikt och minsta kostnad så får vi två meritvärden att ta hänsyn till. Det inverkar direkt på materialvalet. Därför behöver det slutliga materialvalet optimeras med avseende på de olika meritvärdena, och för detta finns det flera olika lösningsmetoder. a) Ange ett par metoder för sammansatta mål och när de är lämpliga att använda. 4p b) Om vi har flera olika målfunktioner så innebär det också flera olika meritvärden. Till sidobalken ska vi tillfredställa målen att minimera vikt och minimera kostnad. Antag att vi i detta fallet har materialindexen M 1 och M 2 enligt nedan, (Obs! ej nödvändigtvis samma som i uppgift 2-3). ) M 1 f M 2 c p f f = sträckgräns, = densiteten, c p = materialkostnad Vi har tre material som är våra huvudkandidater, aluminium, stål och en kolfiberkomposit. Materialdata kan hämtas ur Bilaga 2. Visa hur man kan göra ett systematiskt materialval genom att använda en värdefunktion som kombinerar inverkan av de båda målfunktionerna. Vi kan anta att viktsbesparingen i bilen är värd 30kr/kg. Genomför också materialvalet med hjälp av värdefunktionen och välj en av de tre angivna materialen. Förklara och motivera Din lösning, gör antaganden (rimliga) där så behövs. 6p

UPPGIFT 5) MILJÖVÄNLIGT MATERIALVAL All framställning och användning av produkter och komponenter innebär en miljöpåverkan. Som konstruktör har man ett stort ansvar för hur denna påverkan avvägs. I kursen har vi i ett avsnitt tagit upp materialval med hänsyn till miljöpåverkan. a) Beskriv en strategi som vi kan använda vid materialvalet med hänsyn tagen till miljöpåverkan. 5p b) Genomför ett materialval för den beskrivna sidobalken baserat på strategin för materialval med hänsyn tagen till miljöpåverkan. Välj material mellan kandidaterna aluminium, stål och kolfiberkompositen med data enligt Bilaga 2. Motivera valet (krävs för godkännande av uppgiften). 5p

Shape factor * Yield strength (elastic limit) Tentamen MTGC10/12 BILAGA 1. EGENSKAPSDIAGRAM 1e6 100000 10000 1000 100 10 1 Low alloy steel, AISI 5150, tempered at 425 C & oil quenched Stainless steel, martensitic, AISI 410, wrought, hard temper Low alloy steel, AISI 4130, air melted, quenched & tempered Low alloy steel, AISI 8630, normalized Low alloy steel, AISI 5150, tempered at 425 C & oil quenched Tool steel, chromium alloy, AISI H10 (hot work) Cast iron, nodular graphite, EN GJS 900 2, hardened & tempered Cast iron, nodular graphite, EN GJS 400 18U Aluminum, 6016, wrought, T6 PP (homopolymer, 10% glass fiber) PP (homopolymer, clarified/nucleated) PA11 (flexible) PB (film) Polyester cast (flexible) PB (adhesive resin) PTFE (unfilled) PFA (unfilled) PVC (flexible, Shore A60) FEP (unfilled) EEA (12-20% ethyl acrylate) 1000 10000 100000 1e6 Price * Density

BILAGA 2. MATERIALDATA Aluminium, härdat genom åldring General properties Density 2500-2900 kg/m^3 Price 9.922-16.08 SEK/kg Mechanical properties Young's Modulus 68-80 GPa Shear Modulus 25-28 GPa Bulk modulus 64-70 GPa Poisson's Ratio 0.32-0.36 Hardness - Vickers 60-160 HV Elastic Limit 95-610 MPa Tensile Strength 180-620 MPa Compressive Strength 95-610 MPa Elongation 1-20 % Endurance Limit 57-210 MPa Fracture Toughness 21-35 MPa.m^1/2 Loss Coefficient 1e-4-1e-3 Shape factor 39 Eco properties Embodied energy, primary production 184-203 MJ/kg CO2 foot print, primary production 11.6-12.8 kg/kg Recycle Downcycle Biodegrade Incinerate Landfill Låglegerat stål General properties Density 7800-7900 kg/m^3 Price 3.287-8.545 SEK/kg Mechanical properties Young's Modulus 205-217 GPa Shear Modulus 77-85 GPa Bulk modulus 160-176 GPa Poisson's Ratio 0.285-0.295 Hardness - Vickers 140-692.5 HV Elastic Limit 400-1500 MPa Tensile Strength 550-1760 MPa Compressive Strength 400-1500 MPa Elongation 3-38 % Endurance Limit * 248-700 MPa Fracture Toughness 14-200 MPa.m^1/2 Shape factor 34 Eco properties Embodied energy, primary production * 31-34.3 MJ/kg CO2 foot print, primary production * 1.95-2.16 kg/kg Recycle Downcycle Biodegrade Incinerate Landfill

Kolfiberkomposit med epoxy matris (isotropisk) General properties Density 1500-1600 kg/m^3 Price * 394.4-657.3 SEK/kg Mechanical properties Young's Modulus 69-150 GPa Shear Modulus 28-60 GPa Bulk modulus 43-80 GPa Poisson's Ratio * 0.305-0.307 Hardness - Vickers * 10.8-21.5 HV Elastic Limit 550-1050 MPa Tensile Strength 550-1050 MPa Compressive Strength 440-840 MPa Elongation * 0.32-0.35 % Endurance Limit * 150-300 MPa Fracture Toughness * 6.12-20 MPa.m^1/2 Loss Coefficient * 1.4e-3-3.3e-3 Shape factor 10 Eco properties Embodied energy, primary production * 259-286 MJ/kg CO2 foot print, primary production * 21.1-23.4 kg/kg Recycle Downcycle Biodegrade Incinerate Landfill