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Weerg staff Jul 20, 2021 4:47:20 PM 7 min read

Wie wählt man Materialien aus?

Die Einfachheit der Ashby-Karten

Mit ihrer Einfachheit sind Ashby-Karten eine ausgezeichnete Unterstützung für eine durchdachte Materialauswahl, mit der Sie Ihre Stücke herstellen können.

Hier ist ein praktisches Beispiel:

Wir betrachten ein Designproblem, bei dem Sie ein leichtes und steifes Bauteil gleichzeitig benötigen (z. B. den Rahmen eines normalen Citybikes).
Beginnen wir mit der Karte ""Young's Module"" / ""Dichte"" und zeichnen wir 2 Linien, mit denen wir nur die Materialien hervorheben können, die unseren Bedürfnissen entsprechen:

001 how to choose the right material_ashby maps_come scegliere il materiale migliore con le mappe di Ashby_ CNC machining online 3D printing service

Erste Bemerkungen:

1. Young's Modulwerte für Polymere sind niedrig (sie haben eine geringe Steifigkeit), so dass die meisten Polymere unbrauchbar zu sein scheinen.
2. Einige Metalle, Keramiken und Hölzer können in Betracht gezogen werden, so Verbundstoffen scheinen die beste Lösung.

Aber sagen wir gleich, dass es unwahrscheinlich ist, dass die Analyse von nur 2 Eigenschaften für die Wahl eines Materials ausreichend ist, also: Welche anderen Eigenschaften ist wichtig, vor der Wahl zu vergleichen?
Betrachten wir also eine zweite Karte, die sich auf ""Hartnäckigkeit"" und ""Kosten"" bezieht, weil ein ""normales Citybike"" nicht zu viel kosten kann.

002 how to choose the right material_ashby maps_come scegliere il materiale migliore con le mappe di Ashby_ CNC machining online 3D printing service

Was können wir an dieser Stelle beobachten?

1. Die Zähigkeit der Keramik ist nur für die Druckbelastung ausreichend, aber sowohl beim Spannen als auch beim Biegen nicht ausreichend.
2. Holz ist nicht stark genug, während Verbundstoffe zu teuer sein können.
3. Wir können mit Sicherheit zu dem Schluss kommen, dass Metalle die Gesamtperformance zu erbringen scheinen

Sobald wir eine vielversprechende Klasse von Materialien (in diesem Fall Metalle) identifiziert haben, müssen wir entscheiden, welche Mitglieder dieser Klasse die besten sind.
Wir müssen uns also fragen: Welches Metall?
Wir können die erste Karte einfach wiederverwenden, indem wir das ""Metalle und Legierungen"" -Set mit Materialien füllen:

003 how to choose the right material_ashby maps_come scegliere il materiale migliore con le mappe di Ashby_ CNC machining online 3D printing service

Welche Überlegungen können wir anstellen?

1. Einige Metalle scheinen für Leichtigkeit und Steifigkeit sehr gut zu sein, wie Magnesium, Aluminium, Titan, während andere deutlich eliminiert werden, zum Beispiel Blei.
2. Die Stähle sind schwer, aber auch sehr steif.

Also, welches Metall wählen wir?

Angesichts der hohen Festigkeit und der relativ niedrigen Kosten können wir sagen, dass Stahl der beste Kompromiss sein könnte.

Das heißt natürlich nicht, dass Stahl das absolut beste Material für den Rahmen eines jeden Bikes ist. In der Tat, je nach den Verwendungen, könnten Sie sich für Kohlefaser, Aluminium oder sogar Holz entscheiden, wie Sie im Bild daneben sehen. Aber unsere ""Projektspezifikation"" erforderte ""ein normales Citybike"". Sie können einen Test durchführen, indem Sie die Position dieser anderen Materialien auf den Karten überprüfen, und Sie werden sehen, dass Sie mit Kosten oder anderen Parametern außerhalb dessen gehen, was als normales Stadtrad definiert werden kann..

Abschließende Schlussfolgerungen

Lassen Sie uns zusammenfassen, was wir über die Materialauswahl gelernt haben.

•Durch den Vergleich von zwei (oder sogar mehr) Karten können Sie schnell die Eigenschaften beurteilen, die zur Erfüllung der wichtigsten Designanforderungen erforderlich sind.
•Die Grafiken können verwendet werden, um die besten Materialklassen zu identifizieren und diese dann genauer zu untersuchen.

Es sind noch viele weitere Faktoren zu berücksichtigen, insbesondere Fertigungsverfahren, Bauteildicke und -form, Toleranzen und mehr. Nehmen wir an, dass die Auswahl, die von den Graphen getroffen wird, breit genug sein muss, um eine ausreichende Anzahl von Optionen offen zu halten.
Letztendlich besteht eine gute Möglichkeit, das Problem zu lösen, indem Tabellen verwendet werden, um Materialien, die definitiv nicht gut laufen, schnell zu eliminieren und möglicherweise schnell einen Prototyp zu bauen, anstatt sich die Mühe zu machen, das beste einzelne Material zu früh im Designprozess zu identifizieren.

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unsere Design-Spezifikationen sagten eindeutig ""normales Citybike"", sonst wäre es leicht gewesen, sich von Holz wie diesem schönen Selva verführen zu lassen.


Sources and further reading

Material selection from Wikipedia, the free encyclopedia https://en.wikipedia.org/wiki/Material_selection

Materials Selection for Mechanical Design.
Ashby Map for Stiffness-based and Strength-based Design: youtube video here

What is a Material Property Chart?
https://grantadesign.com/education/students/charts/

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Weerg staff

Das Weerg-Team aus Ingenieuren und Technikern verfasst kurze und einfache Artikel, um die interessantesten Fragen schnell und angenehm zu beantworten.