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Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle.

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1 Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle. Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science. Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants. Certaines des ressources sont d'accès libre et les étudiants peuvent y avoir accès. D'autres sont seulement disponibles pour les éducateurs utilisant CES EduPack. Mike Ashby Department of Engineering University of Cambridge © M. F. Ashby, 2012 Pour les instructions de reproduction, voir la dernière diapositive Leçon 07 Classement des Matériaux Affiner le choix par les indices de performance Choix Final Espace de recherche des Matériaux Filtrage Classement Tous les matériaux Accroissement des contraintes Filtrage Fonctions Objectifs Contraintes

2 M. F. Ashby, 2012 Sommaire 2 Comment classer ceux qui restent ? La Sélection par filtrage élimine les candidats qui ne font pas le travail attendu. Ressources matériaus: engineering, science, processing and design, 2 nd Edition, Chapters 3, 4 and 6 matériaux Selection in Mechanical Design, 4 th edition, Chapters 5 and 6 Les Indices de Matériaux font ce travail Démo Exercices appliqués Leçon 6 Étape 2Sélection : éliminer les matériaux qui ne conviennent pas Étape 3Classification : trouver le matériau adéquat Étape 4Information complémentaire (documentation) : explorer les nuances des meilleurs candidats Étape 1Traduction : exprimer les exigences de conception en termes de contraintes et dobjectifs La stratégie de sélection : Traduction – Sélection – Classification - Information Cette leçon Leçon 6

3 M. F. Ashby, 2012 Quest-ce quun indice de matériau? 3 une combinaison de propriétés, par ex. module / densité E / La performance dun composant est limitée par : Pour maximiser une performance: Dabord appliquer toutes les contraintes Ensuite, sélectionner les matériaux qui ont le plus grand ou le plus petit indice. Les indices de matériau pour la conception Où les trouver ? Dans les ouvrages cités en diapo 2 Dans laide de CES une simple propriété par ex. la conductivité thermique, Formulaire en anglais : Résist. des Matériaux, Thermodynamique, Energétique, etc.

4 M. F. Ashby, 2012 Indices simples à une seule propriété 4 Flux de chaleur W/m 2 Conductivité thermique Gestion dun échangeThermique Indices Gradient de Température Échangeur de chaleur : maximiser le flux de chaleur pour un ΔT donné Choisir un matériau avec la plus grande conductivité, λ t, ΔT Conduction T1 T2 Isolation Thermique : minimiser le flux de chaleur pour un ΔT donné Choisir un matériau avec la plus petite conductivité, λ t, ΔT Isolation T2T1

5 M. F. Ashby, 2012 Selection : Indices à une seule propriété 5 Bons conducteurs: métaux et céramiques Bons isolants: Mousses polymères, liège, bois, carton,... Dabord appliquer toutes les contraintes, ensuite employer les indices pour le classement.

6 M. F. Ashby, 2012 Rappel : Stratégie de prise de décision 6 Cahier des charges Exprimé en tant que Contraintes et Objectifs Informations : Propriétés du matériau Propriétés du Procédé Documentation Sélection Finale Moteur de Comparaison Sélectionner Classer Documenter Densité Prix Module dYoung Robustesse Tenue à la corrosion Adapté au Procédé etc ……. Capable dêtre moulé Résistant à lEau et aux UV Suffisamment Rigide Suffisamment Robuste Aussi économique que possible (Aussi léger que possible)

7 M. F. Ashby, 2012 Conception de poids minimal 7 Bras en Compression Train d'atterrissage – en compression Haubans sous tension Poutre principale E = Module dYoung = Densité = Limite élastique

8 M. F. Ashby, 2012 Conception de coût minimal 8 Poutre de structure Panneaux de Structure Haubans sous tension Colonne support en Compression Cm = Coût matière en / kg = Densité = Limite élastique

9 M. F. Ashby, 2012 Indice pour Barre légère et résistante Minimiser la masse m: m = A L (2) Objectif La Longueur L est spécifiée Doit supporter une charge F Contraintes Choix du matériau Aire de section A. Variables libres Équation pour la contrainte en A: F/A < y (1) barre de longueur L et de masse minimum L F F Aire A Barre Fonction Choisir les Matériaux avec le plus petit rapport Éliminer A dans (2) grâce à (1): Indice de Performance m m = masse A = aire L = longueur = masse volumique = Limite élastique (ou maximiser )

10 M. F. Ashby, 2012 Indice pour une Poutre légère et rigide 10 Poutre Fonction Minimiser la masse m: m = A L (2) Objectif La longueur L est fixe Doit avoir une rigidité en flexion > S* Contraintes Équation pour la contrainte en rigidité en A: (1) m = masse A = aire L = longueur = densité E = module dYoung I = moment dinertie (I = b 4 /12 = A 2 /12) C = constante (ici, 48) Poutre rigide de longueur L et de masse minimum L Aire de section, A = b 2 b Indice de Performance m Choisir les Matériaux avec le plus grand rapport Éliminer A dans (2) grâce à (1): Choix du matériau Aire de section A Variables libres

11 M. F. Ashby, 2012 Démystifions les indices de performance 11 Un indice de performance est simplement une combinaison de propriétés qui apparait dans léquation de performance (par ex. minimiser la masse ou le coût). Parfois une simple propriété Parfois une combinaison Lun ou lautre est un indice de performance Exemple: Objectif -- Minimiser la masse Indice de Mesure de performance = masse Se rappeler de celui-ci aussi ! (Ou minimiser linverse) Maximiser ceci ! Essayer celui-ci ! Traction (barre) Flexion (poutre) Flexion (panneau) Fonction Rigidité Résistance Contraintes

12 M. F. Ashby, 2012 Log E = 2 log + 2 log M On passe en log: Métaux Polymères Elastomères Bois Composites Mousses , ,000 Densité (kg/m 3 ) Module dYoung E, (GPa) Céramiques Classement et Sélection optimisés avec un graphe 12 Indice Poutre légère et rigide : Réarrangement M croissant 2 Fonction Indice Pente Barre 1 Poutre 2 Panneau 3

13 M. F. Ashby, 2012 La barre doutils pour gérer les graphiques Boîte de sélection Annuler la sélection Ajouter un texte Zoom Ajouter les enveloppes Annule le zoom Graphique noir et blanc Cache les matériaux non sélectionnés Grise les matériaux non sélectionnés Ligne de sélection Line selection Enter slope 1 Cancel OK

14 M. F. Ashby, 2012 Sélection optimisée grâce aux graphes Résultats 22 cand. Matériau Matériau Matériau etc. Classement par lindice 1 Search area

15 M. F. Ashby, 2012 X-axis Y-axis Liste de propriétés Densité Module dYoung Limite élastique etc Advanced Tracer les indices en histogramme 15 Liste de propriétés Densité Module dYoung Limite élastique etc + - * /^() Module Densité / 2. Selection Stages Graph Limit Tree 1. Selection data Edu Niveau 2: Matériaux ( ^ ) 0.5 Histogramme de lindice Browse Select Search Tools Résultats 22 cand. Matériau Matériau Matériau etc. Classement par lindice

16 M. F. Ashby, 2012 Tracer les indices comme des fonctions 16 Index Résultats 22 cand. Matériau Matériau Matériau etc. Classement par lindice Rappel : pour obtenir un affichage en colonnes par famille de matériaux ; Editer> Axe X> Advanced> Tree> sélectionner les familles à afficher>OK

17 M. F. Ashby, 2012 Les points principaux 17 Les quatre étapes de la sélection 1. Traduction, qui donne les contraintes et les objectifs 2. Sélection, en utilisant les contraintes 3. Classement, en utilisant les objectifs, et les indices correspondants 4. Documentation approfondie sur les meilleurs candidats CES permet la sélection en utilisant les limit stages, graph stages et tree stages le classement, en utilisant les graph stages la recherche dinformation supplémentaire, en utilisant le portail web

18 M. F. Ashby, 2012 Pause pour une démo 18

19 M. F. Ashby, 2012 Exercice: Sélection dun matériau léger et résistant(1) 4.1 Lindice de performance pour choisir un matériau léger et résistant est : M = où est la limite élastique et la masse vol. Faire un Graph stage avec ces deux propriétés sur les deux axes. Imposer une ligne de sélection de pente 1 pour trouver les matériaux avec les plus grandes valeurs pour M. Ajouter un Limit stage pour poser la contrainte supplémentaire suivante: Allongement > 10% Résultats: Alliages daluminium pour forgeage Super alliages basés sur du nickel Alliages de titane Alliages de magnésium pour forgeage Browse Select SearchTools

20 M. F. Ashby, 2012 Exercice: Sélection dun matériau léger et résistant(2) 4.2 Refaire la sélection du 4.1, mais utiliser loption avancée des Graph Stage pour faire un graphique barre avec lindice : M = sur laxe des Y. Imposer une boîte de sélection pour trouver les matériaux avec les plus grandes valeurs pour M. Ajouter un Limit stage pour imposer une contrainte additionnelle : Allongement > 10% Indice y / M grand M petit Browse Select SearchTools

21 M. F. Ashby, 2012 Exercices: matériaux pour ressorts (1) 4.3 Un matériau est nécessaire pour un ressort qui pourra être exposé aux chocs et qui devra fonctionner en eau froide et salée. Le cahier des charges est le suivant : Contraintes: Ténacité > 15 MPa.m 1/2 Très bonne résistance à leau froide et salée Objectif: Maximiser lénergie élastique stockée Déformation Contrainte Énergie élastique Les meilleurs matériaux pour les ressorts sont ceux avec un important rapport : Faire un graphe avec Module de Young sur laxe des X Limite délasticité sur laxe des Y Ajouter une ligne de pente 0.5 Sélectionner les matériaux au dessus de cette ligne Ajouter les autres contraintes en utilisant un Limit stage. Browse Select SearchTools

22 M. F. Ashby, 2012 Tracer un graphique barre Utiliser une boîte de sélection pour choisir les matériaux avec les plus grandes valeurs de lindice Ajouter les autres contraintes en utilisant un limit stage Exercices: matériaux pour ressorts (2) 4.4 Répéter la sélection du 5.1, mais utiliser un graphique barre avec sur laxe des Y et en utilisant loutil de création de fonctions avancées.. Indice y 2 /E Indice élevé Résultats: Composites renforcés de fibre de carbone (CFRP) Super-alliages basés sur du nickel Alliage de titane Indice bas Browse Select SearchTools

23 M. F. Ashby, 2012 Sommaire des leçons disponibles 23 Le diaporama de cette leçon est disponible sur le site web des Ressources denseignement Chaque diapo dune leçon comporte des notes explicatives. Vous pouvez les consulter en ouvrant le diaporama en mode [Normal], ou en cliquant sur licône correspondante dans la barre doutils inférieure.

24 M. F. Ashby, © M. F. Ashby, 2011 Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science. Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants. Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle. Le site Web contient aussi d'autres ressources apportées par plus de 800 universités et lycées du monde entier, employant CES EduPack de Granta Design. Ce site Web contient deux catégories de ressources, qui, soit exigent l'emploi de CES EduPack, soit ne l'exigent pas. Auteur Mike Ashby University of Cambridge, Granta Design Ltd. Reproduction Ces ressources sont soumises aux droits d'auteur de Mike Ashby. Vous pouvez reproduire ces ressources pour les utiliser avec des étudiants, pourvu que vous ayez acheté les droits d'accès aux ressources d'Enseignement de Granta Design. Assurez-vous, s'il vous plaît, que Mike Ashby et Granta Design sont cités sur toutes vos reproductions. Vous ne pouvez utiliser ces ressources pour des buts commerciaux. Précision / Pertinence Nous faisons tout pour que ces ressources soient d'une grande qualité. Si vous avez des suggestions pour des améliorations, contactez-nous s'il vous plaît par courrier électronique à : Il y a plus de 200 ressources disponibles Incluant : 77 diaporamas des Exercices avec leur solution des séquences enregistrées sur le web. des Posters des Rapports danalyse des Manuels de Solutions des études de cas interactifs 24 Traduction Nous remercions encore Jean-Noël Chouard du Lycée Victor Bérard de Meroz pour avoir traduit cette ressource. Les personnes souhaitant entrer en contact avec M. Chouard au sujet de cette traduction peuvent le contacter à ladresse suivante :


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