Машин болон бүтцийн дизайны материалын сонголт
Инженерчлэл болон дизайны салбарт материалын сонголт нь машин болон бүтцийн зураг төсөлд гүйцэтгэл, өртөг, бат бөх чанар, аюулгүй байдалд нөлөөлдөг хамгийн чухал шийдвэрүүдийн нэг юм. Энэхүү шийдвэр нь ихэвчлэн механик, физик, химийн шинж чанар, түүнчлэн эдийн засаг, байгаль орчны талууд зэрэг олон төрлийн асуудлыг авч үздэг. Энэ нийтлэлд машин болон бүтцийн зураг төсөлд байнга ашиглагддаг зарим материал, түүнчлэн тэдгээрийг сонгоход анхаарах ёстой хүчин зүйлсийг авч үзэх болно.
1. Ган
Ган нь өндөр бат бэх, деформацид тэсвэртэй, харьцангуй хямд өртөгтэй тул машин механизм болон бүтцийн зураг төсөлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг материалуудын нэг юм. Гангийн механик шинж чанарыг нүүрстөрөгч, манган, хром, никель зэрэг янз бүрийн элементүүдийг нэмж тохируулж болно.
Гангийн давуу талууд:
– Өндөр бат бэх: Ган нь өндөр суналтын болон шахалтын бат бэхтэй тул барилгын хүрээнээс эхлээд машины эд анги хүртэл өргөн хүрээний хэрэглээнд тохиромжтой.
– Бэлэн байдал ба өртөг: Ган нь бусад ижил төстэй шинж чанартай материалуудтай харьцуулахад амархан олддог бөгөөд харьцангуй хэмнэлттэй.
– Дахин боловсруулах боломжтой байдал: Ган нь механик шинж чанараа алдалгүйгээр бүрэн дахин боловсруулж болох бөгөөд энэ нь байгаль орчинд ээлтэй болгодог.
Гангийн сул талууд:
– Зэврэлт: Ган нь зэврэлтэнд өртөмтгий байдаг, ялангуяа чийглэг орчинд эсвэл идэмхий бодистой хамт хэрэглэх үед. Зэвэрдэггүй ган эсвэл цайрдсан гэх мэт хамгаалалтын бүрхүүл ашиглах нь энэ асуудлыг бууруулж чадна.
– Жин: Ган нь харьцангуй хүнд тул хөнгөн материал шаарддаг хэрэглээнд тохиромжгүй.
2. Хөнгөн цагаан
Хөнгөн цагаан нь хөнгөн жин, хангалттай бат бөх чанар, зэврэлтэнд тэсвэртэй гэдгээрээ алдартай. Энэ нь сансар судлал, автомашины үйлдвэрлэл гэх мэт жин хасах нь чухал ач холбогдолтой газарт хэрэглэхэд тохиромжтой болгодог.
Хөнгөн цагааны давуу талууд:
– Хөнгөн жин: Хөнгөн цагаан нь гангийн гуравны нэг орчим жинтэй тул жин хасах шаардлагатай хэрэглээнд маш ашигтай.
– Зэврэлтээс хамгаалах чадвар: Хөнгөн цагаан нь байгалийн хамгаалалтын исэл давхарга үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хатуу ширүүн орчинд ч зэврэлтээс хамгаалах боломжийг олгодог.
– Цахилгаан дамжуулах чанар: Хөнгөн цагаан нь дулаан болон цахилгаан дамжуулах чанар сайтай тул янз бүрийн инженерийн хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой.
Хөнгөн цагааны сул талууд:
– Бага бат бэх: Хөнгөн цагаан нь ерөнхийдөө гантай харьцуулахад бага бат бэхтэй байдаг ч хөнгөн цагаан хайлш нь энэ шинж чанарыг сайжруулж чаддаг.
– Үнэтэй: Хөнгөн цагаан нь гангаас илүү үнэтэй байх хандлагатай байдаг ч зарим хэрэглээнд түлшний зардал буурах эсвэл бусад ашиг тус нь үнэ цэнийг нь бууруулдаг.
3. Титан
Титан нь өндөр бат бэх, хөнгөн жин, зэврэлтээс хамгаалах өвөрмөц хослолын ачаар ер бусын материал юм. Үүнийг сансар судлал, анагаах ухаан, химийн инженерчлэл зэрэг хүнд нөхцөлд өргөн ашигладаг.
Титаны давуу талууд:
– Өндөр бат бэх ба хөнгөн жин: Титан нь маш өндөр бат бэх-жингийн харьцаатай бөгөөд хөнгөн цагаанаас илүү бат бөх, гангаас хөнгөн.
– Биологийн нийцтэй байдал: Титан нь био нийцтэй тул эмнэлгийн суулгацад ашиглахад тохиромжтой.
– Зэврэлтээс хамгаалах чадвар: Титан нь далайн болон химийн орчинд зэврэлт зэрэг зэврэлтэнд маш сайн тэсвэртэй.
Титаны сул талууд:
– Үнэ: Титан нь маш үнэтэй бөгөөд боловсруулахад хэцүү тул үнэхээр шаардлагатай хэрэглээгээр хязгаарлагдаж болно.
– Боловсруулах үйл явц: Титаныг холбох, боловсруулах нь ган эсвэл хөнгөн цагаанаас илүү төвөгтэй байдаг.
4. Хуванцар ба нийлмэл материалууд
Хуванцар болон нийлмэл материалыг машин механизм болон бүтцийн зураг төсөлд улам бүр ашиглаж байна. Нийлмэл материалууд нь ихэвчлэн шилэн хөвөн эсвэл нүүрстөрөгчийн ширхэг зэрэг ширхэгүүдийг хуванцар матрицтай хослуулан бат бөх, бат бөх чанарыг хослуулдаг.
Хуванцар болон нийлмэл материалын давуу талууд:
– Хөнгөн жин: Хуванцар болон нийлмэл материалууд нь ерөнхийдөө маш хөнгөн тул жин хасах нь чухал ач холбогдолтой хэрэглээнд мэдэгдэхүйц давуу талтай.
– Дизайны уян хатан байдал: Хуванцарыг хямд өртгөөр янз бүрийн нарийн төвөгтэй хэлбэрт оруулж болно.
– Химийн эсэргүүцэл: Олон хуванцар нь химийн зэврэлт болон эрс тэс орчинд тэсвэртэй байдаг.
Хуванцар болон нийлмэл материалын сул талууд:
– Бага бат бэх: Хуванцар болон олон нийлмэл материалууд нь металлаас бага бат бэхтэй байдаг.
– Өндөр чанартай бүтээгдэхүүн үнэтэй: Нүүрстөрөгчийн шилэн материал гэх мэт өндөр хүчин чадалтай хуванцар болон нийлмэл материалууд маш үнэтэй байж болно.
– Дулаан тэсвэрлэлт: Хуванцар нь ерөнхийдөө металлтай харьцуулахад дулаан тэсвэрлэлт багатай байдаг.
5. Полимер ба эластомерууд
Полимер ба эластомерууд нь машин болон бүтцийн дизайнд, ялангуяа уян хатан байдал, цочрол шингээлт, химийн эсэргүүцэл шаарддаг хэрэглээнд тодорхой хэрэглээтэй байдаг.
Полимер ба эластомерын давуу талууд:
– Уян хатан чанар: Эластомер болон зарим полимерүүд нь өндөр уян хатан чанартай тул холхивч, чигжээс зэрэг энерги шингээх хэрэглээнд тохиромжтой.
– Химийн эсэргүүцэл: Зарим полимерүүд нь түрэмгий химийн бодисуудад онцгой тэсвэртэй байдаг.
– Хөнгөн жин: Нийлмэл материалын нэгэн адил полимер болон эластомерууд нь ерөнхийдөө маш хөнгөн байдаг.
Полимер ба эластомерын сул талууд:
– Температурын хязгаар: Олон полимер болон эластомерууд өндөр температурыг тэсвэрлэх чадваргүй бөгөөд хайлж эсвэл задалдаг.
– Харьцангуй бага механик бат бэх: Эдгээр материалууд нь бат бөх боловч ихэвчлэн металл эсвэл нийлмэл материал шиг бат бөх биш байдаг.
Материал сонгох хүчин зүйлс
Хэрэглээнд тохирох материалыг сонгохдоо инженерүүд хэд хэдэн хүчин зүйлийг харгалзан үзэх ёстой.
1. Материалын шинж чанарууд:
– Суналтын бат бэх, шахалтын бат бэх
– Бат бөх чанар, хатуулаг, нягтрал
– Зэврэлтээс хамгаалах, элэгдэлд тэсвэртэй
2. Үйл ажиллагааны нөхцөл:
– Ашиглалтын температур
– Байгаль орчны даралт
- Түрэмгий химийн бодисууд байгаа эсэх
3. Боломжийн үнэ ба өртөг:
- Түүхий эд болон үйлдвэрлэлийн процессын өртөг
- Засвар үйлчилгээний зардал болон үйлчилгээний хугацаа
4. Жин:
– Материалын нягтрал
– Хэрэглээнд жин хасахын ач холбогдол
5. Байгаль орчны тогтвортой байдал:
– Дахин боловсруулах боломжтой байдал
– Байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө
Инженерийн үүднээс авч үзвэл зөв материалыг сонгох нь материалын өртөг, тогтвортой байдал, хүртээмжтэй янз бүрийн физик болон механик шинж чанарыг тэнцвэржүүлэхийг шаарддаг. Тиймээс инженерүүд сонголтоо оновчтой байлгахын тулд програм хангамж болон материалын мэдээллийн сангаар дэмжигдсэн системчилсэн материалын сонголтын аргыг ихэвчлэн ашигладаг.
