Malzeme Seçimi ve Tasarımı

Transkript

1 Malzeme Seçimi ve Tasarımı Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar

2 MalzemeBilimive Malzemebilimimaddeninözelliklerinive kullanımalanlarınıilebilimvemühendisliğin değişikalanlarınıiçinealandisiplinlerarasıbir bilimdalıdır. Malzemebilimitemelolarakmalzemelerinyapı veözellikleriniinceler.

3 Dünya tarihi Taş devri Bakır devri Tunç devri Demir devri

4 Malzeme bilimi seramiklerin imalatı ile başlayan uygulamalı bilim ve mühendisliğin en eski şeklidir. Modern malzeme bilimi gerçekte metalurji ve maden bilimlerinden türemiştir. Malzeme bilimi alanında yapılan en büyük adım Willard Gibbs in 19.yy da malzemelerin termodinamik özelliklerini göstermesiyle ortaya çıkmıştır.

5 Metalurji ve Malzeme 1960 öncesinde çoğu malzeme bilimi bölümleri metalurjibölümleriolarakisimlendirilmekteidi sonrası bu alanda metallerin dışında diğer malzemelerinde inceleme alanına dahil edilmesi ile ayrıisimhalindebölümleraçılmayabaşlandı. Günümüzde: Malzeme

6 Mühendislik Malzemebilimdeamaçmalzemeleriiyice tanıyıp, anlayarakyenimalzemelerinkeşfini sağlamakveuygunproseslertasarlayarak malzemelerininsanlığınkullanımına sunulmasıdır.

7 Mühendislik Malzeme bilimde amaç malzemeleri iyice tanıyıp, anlayarak yeni malzemelerin keşfini sağlamak ve uygun prosesler tasarlayarak malzemelerin insanlığın kullanımına sunulmasıdır.

8 yapı proses özellik performans

9 otomobil şasesi

10 Endüstriyel boyut 1. Üretim 2. Ekonomi 3. Sosyal etkisi

11 Metallervealaşımlar Çelik, alüminyum, magnezyum, çinko, dökmedemir, titanyum, bakır, nikel vb. Elektrik iletkinlikleriyüksek Isıl iletkenlikleri yüksek Sünek Şekil verilebilir Şok direnci yüksek Yapısalveyüktaşıyıcıalanlardakullanımauygundurlar. Saf metaller çok az kullanılmakla birlikte metallerin kombinasyonlarından oluşan alaşımlar değişik özellikleri gelişmişmalzemelerüretmeküzeretercihedilirler.

12 Seramikler Tuğla, cam, refrakterlerve aşındırıcılar. Düşük elektrik iletkenliği Düşük ısıl iletkenliği Kırılgan Yüksek sıcaklık uygulamalarında yüksek direnç Korozyona dirençli Geneldeyalıtkanmalzemeolarakkullanılırlarancakyeniproses teknikleriileyüktaşıyıcıuygulamalardada kullanılırhale gelmişlerdir. Optik ve elektrik özellikleri geliştirildiğinden entegre devre ve fiber optik uygulamalarda kullanılabilirler.

13 Polimerler Lastik, plastik, ve yapıştırıcılar. Organik moleküllerden polimerizasyonprosesi ile büyük moleküleryapılaroluşturularaküretilirler. Düşük termal direnç Düşük elektrik iletkenliği Düşük mukavemet Yüksek sıcaklık direnci düşük

14 KompozitMalzemeler İki veya daha çok malzemeden oluşurlar. Beton, sunta, fiberglas, karbon fiberle güçlendirilmiş polimer Düşük ağırlıklı Mukavemetli Sünek Yüksek sıcaklık direnci yüksek Şok direnci yüksek

15 MalzemelerinFonksiyonelSınıflandırılması Uzay Biyomedikal Elektronik Malzemeler Enerji Teknolojisi ve Çevre Teknolojisi ManyetikMalzemeler Fotonikveya Optik Malzemeler Akıllımalzemeler Yapısal Malzemeler

16 MalzemelerinYapılarınaGöreSınıflandırılması Kristalin malzeme bir veya birçok kristalden oluşur. Her bir kristaldeatomlarveyaiyonlaruzunperiyodikdüzensergilerler. Tekkristal: tekbirkristaldenoluşanmalzemeyedenir. Bu kristalde tane sınırı mevcut değildir. Taneler: polikristal/çoklu kristal malzemedeki kristallerdir. Polikristal malzeme: tek kristalin tersine birçok kristalden oluşur. Tane sınırları polikristal malzemede tanelerarası bölgelerdir.

17 ÇevreselveDiğerEtkiler Sıcaklık Korozyon Yorulma DeformasyonOranı

18

19 Yüzey sıcaklığı ( o C)

20 MalzemeTasarımıveSeçimi Malzemeninistenilenfizikselvemekanik özellikleri Malzemeninistenilenşeklinenasılgetirileceği Malzemeveuygulanacakprosesinekonomikliği Malzemeveyauygulananprosesinçevreye uyumu sorgulanmalıdır.

21 MalzemeTasarımıveSeçimi Yoğunluk: malzemeninkütlesininhacmine oranıdırveg/cm 3 (kg/m 3 ) birimleriilegösterilir. SpesifikMukavemet: malzememukavemetinin yoğunluğaoranıdır. Yüksekspesifikmukavemet güçlüancakhafifmalzemedir.

22 Gündelik hayatımızda türlü ürünler kullanmaktayız: bisiklet, meyve suyu, mikrodalga Bunların nasıl çalıştığını ve nasıl üretildiğini biliyor muyuz? Her ürün spesifik bir şekilde tasarlanmış olarak üretilir malzeme, proses, ekonomiklikveestetikgibi özellikleri vardır

23 Hangi malzemeyi, neyi, nasıl seçeceğiz? Ürün analizi yapmalıyız, fonksiyonlara bakmalıyız Ne yapacak? Nasıl yapacak? Nerede yapacak? Kim kullanacak Maliyet ne olmalı?

24 sorular Ne işe yarar? Nasıl yapar? Nasıl çalışır? Nasıl olmalı? Bunların yanı sıra: Mekanik gereksinimler Ergonomi Kullanıcı kolaylığı Piyasa araştırması gibi faktörler de vardır

25 Bisiklet Fonksiyonu nedir? Tipi neye göre belirlenmeli? Nasıl yapılıyor? Maliyeti nedir? Nasıl gözükmeli? Rengi? Kullanım kolaylığı nasıl tasarlanmalı? Bütün parçaları bir bütünlük içinde nasıl olmalı?

26 Sistem ve Bileşenleri 2 temel tip ürün vardır: Tek bileşenli Çok bileşenli

27 Parçalarına ayırmak

28 Ürün analizi Bütün sistemi düşünerek başlamalıyız Sistemin tüm bileşenleri uyum içinde olmalı Taslak tasarım

29 Bazı sorular Her parçanın (bileşenin) gereksinimleri nedir? Elektrik iletkenliği mi? Mukaveti mi? Ergonomisi mi? Her bileşenin fonksiyonu nedir? Her bileşen hangi malzemeden üretilmeli? Neden? Her parça üretilmeli mi? Hangi metodlarla niye üretilmeli? Alternatif malzemeler? Daha iyi özellik sunan var mı?

30 Kola kutusu Sızdırmaz olmalı Yiyecek standartlarına uygun olmalı Basınca dayanıklı olmalı Estetik olmalı Ürün kimliğini içermeli Kolay açılmalı Kolay taşınabilmeli Kolay saklanabilmeli (depolama) Ucuz olabilmeli

31 Doğru malzemenin seçimi Elektrik iletmeli Yük taşıyabilmeli Ucuz olabilmeli İletkenlik Mukavemet $/kg Tablolar Datalar.. Verilerden yararlanmalı veya iki özellik arasındaki ilişkiyi gösteren grafikler çiz

32 Uygun Proses En mükemmel malzemeyi seçmek tek başına yeterli olmayabilir Bu malzemeyi alıp, üretebilmemiz gereklidir. Bu yüzden hangi proses ile hangi şartlarda ne kadara mal ediyoruz sorusu da olmalı En ucuza üretebilmemiz lazım

33 Ürün analizi sabit bir yol izler: Ergonomik ve fonksiyon açısından tasarımı düşünmek Performansı sağlayabilecek uygun malzeme seçimi Uygun ekonomik yöntemin seçimi Birçok durumda bu yaklaşım çalışsa da, «tasarım» gerçekte çok daha karmaşıktır; birçok parametre aynı anda çok etkindir Aslında tipik olarak müşteri spesifikasyonları belirler ve o şekilde bir malzeme ile gelmenizi ister; Tasarımcı bu doğrultuda çalışmalıdır

34 Gerçeklik Ürünümüz, performans tabanlı mı olmalı, ekonomik tabanlı mı? Tenis raketi: maliyet düşüneceğimiz en son şey! Kola kutusu: performans düşüneceğimiz en son şey! Birçok durumda şekil ve proses sınırlandırıcı faktör Aslında tipik olarak ve genellikle malzemeyi seçip, bunu nasıl en ekonomik üretiriz diye düşünürüz

35 Malzeme seçimi 1. Performans gereksinimlerini karşılayabilecek mi? 2. Kolay üretilebilecek mi? 3. Uygun estetikliğe sahip mi? Estetik sebeplere dayanarak yapılan mazleme seçimleri çok yaygın değil, fakat kullanılabilirliği, «al-beni» si olması önemli

36 Performans En önemli parametremiz Ne gibi bilgiler gerekli? Yoğunluk Mukavemet Elastik modül...

37 Bisiklet Fonksiyonu ne? Dağ? Yol? Sokak? Yarış? Çocuk? Gezi?

38 Bisiklet Ne renk olmalı? Maliyeti ne kadar olmalı? Kullanıcı kolaylığı olmalı Kaç parçadan oluşmalı? Mekanik parçalar nasıl çalışıyor? Birbirleri ile etkileşimi nasıl?

39

40 Şase Hangi malzemeyi kullanalım? Çelik: Mukavemetli, rijit, ağır, ucuz Alüminyum: Orta mukavemet, hafif, çelikten pahalı Kompozit: Mukavemetli, rijit, çok hafif, pahalı ve üretimi zor

41 Hangi özellikler Mekanik: mukavemet, elastisite Fiziksel: yoğunluk, ergime noktası Elektriksel: iletkenlik, direnç Estetik: Görünüm, renk Üretilebilirlik: süneklik, kalıplanabilme Ekonomik: maliyet, maliyet, maliyet.

42 Bu bilgilere nereden ulaşabilirim? Kitaplar Bilgibankaları Üretici firma katalogları Internet

43 Ashby Chartları

44 CES: Cambridge Engineering Selector

45

46

47

48

49 Malzeme seçimi: Ashby Metodolojisi 1. Çeviri: tasarım gereksinimleri, sınırlamalar, amaç 2. Ayırma: bu işi yapamayacak malzemelerin listeden çıkartılması 3. Sıralama: bu işi yapabilecek en iyi malzemelerin listesi 4. Ek bilgi: var olan ve benzeri yerlerde kullanılanların listesi

50 1. adım: Çeviri Tasarım gereksinimleri doğrultusunda yapılması gereken analizler: 1. Fonksiyon: Bu parça ne yapacak? Seçenekleri sınırlandırma! 2. Amaç: Hangi özel şartların sağlanması lazım 3. Kısıtlamalar: maksimize ve minimize edilmesi gerekenler ne? 4. Serbest değişkenler: hangi tasarım değişkenleri serbest Neyi değiştirebilirim? Gerekli olan ne?

51 Örnek uygulama Fonksiyon: Gerilimi taşıyabilmeli Amaç: Hafiflik Kısıtlama: Boyu sabit F yükünü taşımalı Serbest değişkenler: Kesit alanı Malzeme

52 Amaç m = ALρ Kısıtlama: < Serbest değişkeni azaltmak için: ( )( ) Ağırlığı azaltabilmek için:??

53 2.adım: Ayırma (ayıklama) Metal? Seramik? Cam? Polimer? Elastomer? Hibrit? Kompozit?

54

55

56 2.adım: Ayıklama Isı dayanımı arıyorsak ve kısıtlama 200 o C ise

57

58

59 3.Adım: Sıralama Eğer birden fazla malzeme uygun ise; Hangisi en iyisi? Diğer faktörler ve parametreler nedir? Malzeme Indeksleri Kullanılmalı!!

60 ? ile sınırlandırılmalı? ile sıralama yapılmalı Mukavemet Direnç

61 =

62 Gelişmiş Sıralama Method 1. Fonksiyon, sınırlamalar, listemele, ayıklama 2. Amaç doğrultusunda «Performans Denkleminin» çıkartılması 3. Malzeme özelliklerinden yararlanarak maksimum performansın belirlenmesi 4. Sıralamanın yapılması

63 Performans denklemi: P =,, ö, = (,, ) = = = = ( )( ) Minimum olması lazım!

64 limitler

65 ( )( ) = log =log log

66

67 = / / log =2 (log +log )

68 Yük limit ise: = Enerji limit ise: = / / Uzama limit ise: = /

69 Tercih öncesi MALZEME YÖNTEM GEOMETRİ

70 Ashby Metodu 4 temeladım: 1. ÇEVİRİ: tasarım gereksinimlerine bakın 2. AYIKLAMA: İşe uygun olmayan malzemeleri ayırın 3. SIRALAMA: İşi yapabilecek en uygun malzemeyi seçin 4. EK BİLGİLER: Bu veya benzeri yerde daha önce kullanılanlara bakın!

71 Örnek Silindirik ayaklar Kesit alanı minimum olacak Yük altında eğilme veya şekil değiştirme göstermeyecek Maliyet sınırı var

72 Tanımlama Fonksiyon: Basma gerilimini taşımalı Amaç: Minimum ağırlık Maksimum yük taşımalı Kısıtlamalar: Boyu sabit Bükülmemeli Kırılmamlı Serbest değişkenler Kesit alanı Malzeme Performans Denklemi: = = 4

73 «r» değişkeninden kurtulmak için: maksimum yük için gerekli «r» değeri için: 4 / / 4 / / 1 / F G M F G M = / Ağırlığı azalmak için minimum olması lazım = Maksimum yük taşıyabilmesi için maksimum olması lazım

74 Metaller çok ağır Polimerler mukavemetli değil Seramikler çok kırılgan Kompozitler pahalı Ancak; daha yüksek mukavemet gerekli ise ahşap elenecektir

75 Ashby Metodolojisi İdeal! Yeterince rijit değil; daha yüksek? Yeterince güçlü değil; daha yüksek? ELASTİK MODÜL MUKAVEMET Yeterince tok değil; daha yüksek? KIRILMA TOKLUĞU Çok ağır; daha düşük? YOĞUNLUK

76 Ürün oluşturmak

77 Veri düzeni: Malzeme

78 Düzensiz yapısı: Titanyum Titanyum hafif bir metaldir. Titanyum kırılmaya ve bükülmeye çok dayanıklıdır. Yorulmaya karşı mekanik dayanıklılığı çok yüksektir. Titanyum çok kuvvetli bir paslanmazdır. Korozyona cr-ni çelikten daha dayanıklı ve daha uzun sürelidir. Titanyum çok yüksek derecede ısıya dayanıklıdır. Titanyum, birçok kuvvetli kimyasal'dan etkilenmez. Titanyumun dayanıklı olduğu kimyasalları veya kullanacağınız kimyasala dayanıklılığını öğrenmek için firmamıza danışınız. Titanyumtoksikdeğildirvehiçbirmikroorganizmailereaksiyonagirmez.

79 Düzenli yapısı: Titanyum

80 Veri düzeni: Üretim

81 Düzensiz yapısı: Kum kalıba döküm Kum ile bağlayıcı karıştırılır Kalıp içerisinde bekletilir Daha sonra kalıptan ayrılır Sıvı metal kalıp boşluğuna dökülür Otomotiv sektöründe kullanım alanı vardır

82 Düzenli yapısı: Kum kalıba döküm

83 Örnek

84

85

86

87 tüm veriler daha az veriler tek TASARIM ihtiyaç konsept somutlaşma detay ANALİZ ve YENİDEN TASARIM UYGULAMA üretim kullanım ömür

88 «Geleneksel» mühendislik Aktivite Konsept Tasarımın geliştirilmesi Prototip Üretimin başlatılması Pazarlama Ürün Planlaması Mühendislik Onaylama Üretim zaman

89 «simultane» mühendislik Aktivite Konsept Tasarımın geliştirilmesi Prototip Üretimin başlatılması Pazarlama Ürün Planlaması Mühendislik Onaylama Üretim Uygunluk Ürün tasarımı Yeni teknoloji Plan Uygunluk İşleme zaman

90 Yaratıcılık

91 Kullanıcı ihtiyacı nedir? Fonksiyonellik Görevini yerine getiriyor mu? Güncel hayatımızda bir etki yapabilecek mi? Kullanılabilirlik Arz/Talep BAŞARILI ÜRÜN Karlı olacak mı? Piyasada tutunabilecek mi? Geçerlilik

92 Araştırma İhtiyaçlar neler? Oluşturmak İhtiyaçlar nasıl karşılanabilir? TASARIM Ne yapmalı? Değerlendirmek Bu ihtiyaçların ne kadarı karşılanabildi?

93 Tasarım Elimizde neler var? Eksikolanne? Kaynaklarımız neler? Hangi soruna ihtiyaç getirmeyi planlıyoruz? Temel sıkıntılar neler? Önerilen çözümler neler? Önemli tarihler hangi günler? Risk analizi? Maliyet hesaplamaları yapıldı mı? Birsonrakiadımne olmalı?

94 Araştırma Hisse sahipleri bir ürün üretimindeki anahtar kişilerdir Ürününgeliştirilmesi, satılması, kullanımı üzerinde büyük etkileri vardır Kullanıcıların detaylı olarak araştırılması önemlidir Gerçek ihtiyaçları nedir? İhtiyaç listesi oluşturmak önemlidir: amaçla.. ihtiyacımvar, böylelikle.

95 Oluşturma Fikirler oluşturmak Fikirler karşısında kritik yorumlar yapmadan mümkün olduğunca tüm fikirlerin ortaya atılması Saçma bile gözükse, tüm fikirlerin gündeme gelmesini teşvik etmek Daha sonra kaliteli fikirler arasında ayıklama Konsept oluşturulması Prototipe gidilmesi

96 Değerlendirme Araç gereçler neler? Kullanılabilirlik Arz/Talep durumu Ekonomik olarak uygun mu? Teknik olarak uygulanabilirliği Uyumluluğu Sürdürebilirliği Ticari geçerliliği Kullanıcılar ile testler

97 Şarjlıtornavida

98

99

100 Örnek CD lerin satıldığı kutular oldukça kırılgan ve kullanıcılar sürekli olarak bu durumdan şikayetçi.. Hangi tasarım sınırı özelliği gözardıedilmişolabilir?

101 Metodoloji Fonksiyon: CD yi korumak Amaç: Minimum maliyet Kısıtlamalar: Optik olarak geçirgen(cd görülebilmeli) Geri dönüşebilir CD boyutunda(geometrik faktör) Serbest değişken: Malzeme seçimi

102 Örnek Balık ayıklamaya yarayan bıçaklarda hangi tasarım sınırı özelliğini dikkate alırdınız?

103 Örnek Ampüllerde kullanılan filamentlerde hangi tasarım sınırı özelliğini dikkate alırdınız?

104 Uygulama Yüksekrijitlikvedüşükyoğunlukihtiyacı olabilecek3 örnekveriniz.

105 Rijitlik Gerilim = stress Rahatlık veya esneklik Malzemelerde: Elastik Modül Elastik bölge içerisinde şekil alabilme kabiliyeti: RİJİTLİK Yük kalktığında eski şekline dönebilmesi

106

107 Mukavemet

108

109 Elastiklik = = = =. =. =

110 Rijitlik: S = = =.

111 =. =.. = =..

112 Moment =.. M: moment E: Elastisite modülü I: atalet momenti k: yük altındaki(deformasyon sonrası) oluşan eğrisellik =.

113

114 E > 10 Gpa ve Maliyet< 3

115

116 10 kat daha ağır

117 MalzemeSeçimi Temel olarak mekanik vb özelliklere seçimi yaptıktan sonra, son kararı verebilmek için en önemli adım maliyet olacaktır Performans analizi yapıldıktan sonra; yani performans kriterleri belirlendikten sonra bu analiz sonuçlarını karşılayacak olan parçanın üretilmesi için gerekli maliyetveharcalamalarneler olacaktır; bunlarında belirlenmesi gerekmektedir

118 Kullanıcı Toplam Maliyeti Ürün fiyatı Sahip olma maliyeti - Bakım masrafları - Tamir masrafları - Sigorta - Amortisman Değişken maliyetler - Hammade maliyeti - Üretim maliyeti Sabit maliyetler - Satın alma ve pazarlama - Araştırma ve Geliştirme - Personel Üretici Karı

119 lme.com

120

121 A B MALİYET A bölgesi B bölgesi Yatırım maliyeti $ $ Aylık gider Yol (km) Taşıma ($/km) Aylık (kg/ay) Toplam $ $

122 A bölgesi B bölgesi Yatırım $ $ Aylık $ $ FARK: $ (AYLIK) ( ) =67? =5.5 Fark: $ aylık faiz? 5 yıl sonra ne kadar kar getirebilir?

123 Maliyet = = Parçanın maliyeti Birim ağırlığına göre maliyeti =

124 Maliyetsınırları Kesit ve yük şekli Birim mukavemete göre maliyet Birim rijitliğe göre maliyet Silindir (Çekme/Basma) / / Silindir (Eğme) / / / / Silindir (Burma) / / / / Kare (Eğme) / / / / Boru (basınç) /

125 Ashby

126

127

128

129 DargieMetodolojisi MAPS isimli bir bilgisayar programı 8 basamaklı bir sayı dizisi oluşturur: XXXXXXXX 1. Basamak: hammadde miktarı 2. Basamak: boyut 3. Basamak: şekil 4. Basamak: tolerans 5. Basamak: yüzey pürüzlülüğü 6. Basamak: çalışma sıcaklığı 7. Basamak: korozyon direnci 8. Basamak: çalışma ortamı

130 AğırlıklıÖzelliklerMetodolojisi Ağırlık: α Indeks: β 0< <1 Yüksek istenen özellikler için (mukavemet) = ö ğ ğ 100 Düşük istenen özellikler için (yoğunluk) = üçü ğ ğ 100 Ağırlıklıİndeks Numarası: γ =

131 Örnek: Masaayakları Bambu Dökme demir Düşük karbonlu çelik Meşe

132 Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu Önem Tanımlama Açıklama 1 Eşit önemde Değerler eşit 3 Biraz önemli Değerler arası çok az fark 5 Önemli Değerler fark ediyor 7 Çok önemli Biri diğerine göre yüksek 9 Oldukça önemli Kesinlike üstün değerde 2,4,6,8: ara değerler

133 Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu Yoğunluk 1 (1/5=) Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu TOPLAM SORU: Sütun, satırdan daha mı önemli? CEVAP: Evet: değer 1 den büyük olmalı Hayır: değer 1 den küçük olmalı

134 Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu TOPLAM Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu α faktörü Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu TOPLAM

135 Yoğunluk Elastik modül Maliyet Üretim enerjisi CO 2 emisyonu AIN ρ β GPa β $/kg β MJ/kg β Kg/kg β γ Bambu Dökme Demir Düşük Karbonlu Meşe Dökme Demir: En ucuz, çelik kadar mukavemetli, üretim enerjisi orta, karbon emisyonu çelikten az Değerler çok yakın olmasına rağmen: çeliğin maliyetini düşürsek ve dökme demirin elastik modülünü arttırsak bile halen dökme demir

136 Ödev Faktörler ile ±%10 oynama yaparak sonuçları irdeleyiniz Farklı senaryolar deneyiniz Bir malzemeyi listeden çıkartarak deneyiniz Sadece iki malzeme seçeneiğ olsa durum nasıl değişirdi? Örnek: dökme demir ile bambu kıyaslaması

137 Spatula

138 Malzeme Çelik: ucuz, fakat sert olduğu için teflon tavayı çiziyor Tahta: teflonu çizmiyor ancak kırılıp tehlike ve hijyen sorunu yaratıyor Polipropilen: çalışma sıcaklığı yeterli değil Şu an kullanılan malzeme nedir? Özellikleri? Alternatifleri?

139 İpler İp için kullanılan malzemeler nelerdir? Kullanım alanları? Güvenlik faktörü ne demek? Nerelerde ihtiyacımız olur?

140 Malzemeseçiminde maliyet Piyasaya yeni sürülecek ürün veya güncellenecek veya tasarlanacak yeni bir parça her zaman bir risk taşır Belirli bir süre boyunca(tahmini) belirli bir kar marjı olması gerekir Var olan ve kullanılan bir malzemeye alternatif olarak daha üstün özellikli bir malzeme seçimi daima artı bir maliyet gerektirir. Sadece malzemenin birim fiyatına göre artışın yanısıra, aynı zamanda yatırım maliyetlerini de düşünmek gereklidir

141

142 1. Sıvı yakıt tankı 2. Katı yakıt tankı 3. Paraşüt 4. Gövde 5. Kanatlar 6. Motor 7. Egzost 8. Kabin 9. İniş takımları 10. Camlar 11. Kargo odası 12. Uzay radyatörleri

143

144

145 Düşük karbonlu çelik korozyona dayanıklı değil! Ama ucuz. O zaman kaplama yapalım

146 İyi bir mühendislik tasarımı, tek başına ürünü satmaya yetmez. İyi bir tasarım çalışır, ama Mükemmel bir tasarım zevkverir.

147 Bakır boru Çelik boru Su basıncı Düşük Düşük Mukavemet Dayanıksız Dayanıklı Tesisat masrafı Düşük Yüksek Malzeme fiyatı Yüksek Düşük Kışın donma Esner Çatlar

148 Malzeme seçiminde kullanılan kriter hiçbirzaman tek bir özellik değildir. Çaydanlıktaki bir çatlak ile yanıcı ve radyoaktif madde ile dolu kaptaki bir çatlak aynı değildir.

149 70li ve80li yıllarakadar ucuzluk en önemlikriteriken Artık günümüzde ucuzalacakkadarzengindeğilim

150 Maliyet etkisivedeğeranalizi 1. Değer: uygun performans kriterlerinin sağlandığı ölçüt 2. Maliyet: bu ölçüte(değere) ulaşmak için verilecek olan ücret

151 Maliyet etkisi İnşaat mühendisi için, köprü yapımında: TOKLUK maliyet etkisi yok! Malzeme mühendisi için, otomobillerde: KOROZYON maliyet etkisi yok

152 Temelmaliyethesapları Malzemenin kararlılığı Yerkabuğunda bulunabilirliği Arz/talep Maliyetteki değişimler Geri dönüşüm Fe-oksitler(%65) Au: % max Yüksek hacimli üretimler tipik olarak düşük maliyetli ve ucuz Talepler attıkça, fiyat artar Ni: 980 / ton iken fabrikadaki grev sonrası / ton!!!!

153

154 Gerçeklik sadece bir yanılsamadır ama kalıcıdır!

155

156 Temelmaliyethesapları Bileşimin karmaşıklılığının maliyet üzerine etkisi Örnek, Alüminyum %99.5 saflıkta : / ton %99.8 saflıkta : / ton %99.99 : / ton A319: Al-5Si-3Cu : / ton

157 Temelmaliyethesapları Örnek: Çelik Karbon çeliği : 240 /ton Nikel : /ton %9 Ni-çelik: : /ton

158 Temelmaliyethesapları Örnek: alaşımelementlerininbirimfiyatıyanısıra, özelliklerinin etkisi: 5083= Al-2,5 Mg : /ton 7075= Al-5Zn-1.5Mg : /ton

159 ServisgereksinimleriveKırılmaanalizleri 1. Tasarım hataları 2. Malzeme içerisindeki hatalar 3. Üretimden gelen hatalar 4. Çalışma sırasında servis dışı kalma

160 Mekaniközellikler Çekme testi Yorulma testi Sürünme testi Sertlik Darbe Kırılma tokluğu

161 Alaşımelementi

162 Çalışmaşartları

163 Şekillenebilmekabiliyeti Plastik olarak deforme olabilme kabiliyeti İzotropik özellikler Düşük seviye ikinci fazlar

164 İşlenebilirlik Fe bazlıalaşımlarda, S ilavesi Al ve Bakır bazlı alaşımlarda Pb ilavesi

165 Aşınmadirenci Bileşimin değiştirilmesi(al içerisine Si) Yüzey işlemi: Karbürizasyon veya nitrasyon Kompozit üretimi: seramik takviyesi

166 Elektrikiletkenliği

167 Enerjiabsorbeedebilmeözelliği

168 Uçak

169

170 Yorulmaömrü Yolcu uçakları: saat Savaş uçakları: saat

171 Parametreler Şasi üzerindeki yorulmalar Kalkış seyir inişsırasındakiyükler Hava şartlarının oluşturduğu termal yükler Taşıdığı yüklere göre(kargo ve yolcu) oluşan yükler Türbin kanatları üzerindeki yorulmalar Birim ağırlığı kaldırabilecek itme kuvvetini oluşturabilmek

172 Tasarımmühendisi Ağırlıkta olabilecek en ufak değişiklik, uçağın kaldırma kuvvetini etkileyecektir: ne kadar hafif, o kadar kolay Fakat, tercih edilecek yeni malzeme pahalı ise, birim ağırlık üzerinden yapılacak ağırlık kaybından elde edilecek kar ile yeni malzemenin birim fiyatı arasındaki farkı dikkate almak gerekir Mukavemetin önemli olmadığı yerlerde minimum ağırlık kullanılmalı, ancak bu durumda da korozyonun etkisine dikkat etmek gerekiyor

173

174 Yüzeypürüzlülüğü Yılda litre yakıt

175 KodlarveStandartlar İlkokul dan beri kullandığımız bazı standartlar ve kodlar vardır Uzunluk: metre Ağırlık: kilogram Zaman: saniye Kısaltmalar: m, kg, s

176 KodlarveStandartlar Temel amaç: Değiştirilebilirlik ve Uyumluluk Ülkelerde110 V veya220 volt; 50 Hz veya60 Hz elektrik

177 Kodlar Ticari kodlar: su boruları çapı, havalandırma birimleri Güvenlik kodları: Kimyasallar vb.. Profesyonel dernek kodları: Geniş çapta kabul gören ve çeşitli kuruluşlartarafındanbelirlenenkodlar; Yasalkodlar: kanunveetikliküzerineoluşturulmuşkodlar, egzost gazı emisyon değerleri Yönetmelikvemevzuatlar:

178 Standartlar Tescillistandartlar: Birfirmayaait özelstandart; fizikselşekil, boyutvb.. Sanayi ortak standartları: O ülkeye ait sanayinin belirlediği bazı standartlar Devletin belirlediği standartlar: TSE gibi Ürün tanımlama standartları: Diş Hekimleri Standartları

179 Standartlar Ticari standartlar: sağlık ürünleri standartları Test ve sertifikasyon standartları: ASTM Uluslararası standartlar: SI, ISO.. Tasarım standartları: çocuk parkları, limanlar Fiziksel referans standartları: milimetre, gram..

180 Tasarımcı Herhangi bir probleme çözüm ürettikten sonra belirli kod ve standartlara göre referans malzeme hakkında bilgi toplamaya başlar. Örnek: AA 6063 alaşımı ASTM E-200 standartlarına göre çekme testi yapılmış

181 İstatistikselyaklaşımlar Güvenilir ve tekrarlanabilir özelliklerde olduğunu kanıtlamak gerekir Bazı terimler: Değişkenlerin rastgele oluşu Yoğunluk fonksiyonları Kümülatif dağılım fonksiyonları Örneklendirme Regresyon

182 Rastgeledeğişkenler Çalışma sıcaklığının sabit olmama durumu Üzerinde oluşan yükün değişken olması

183 YoğunlukFonksiyonları Normal dağılım Histogram frekans yorulma ömrü (10 6 )

184 frekans geçerli test sayısı cihaz hatası operatör hatası yorulma şekli

185 KümülatifDağılımFonksiyonları

186 Deneylerintasarlanması DOE: Design of Experiments Mühendislik problemlerinde sistematik ve dikkatlice yapılan yaklaşımlar ile veri toplamaya dayalı tekniklerin geçerliliğinin belirlenmesidir. Ürünü(projeyi) etkileyebilecek değişkenlerin(x), ürün veya proje çıktısına(y) etkisini düzenli ve planlı bir şekilde metodize edilmesidir. Sonuç olarak, yapılacak deney sayısı, zaman ve para harcamaları en aza indirilmiş olunur!

187 Deneylerintasarlanması 4 genel mühendislik problemi vardır 1. Kıyaslama Bir faktörün değişimi, sonucu ne kadar ve nasıl etkiler 2. Ayıklama ve karakterizasyon Prosesi etkileyecek önemsiz faktörlerin dışarıda bırakılması 3. Modelleme Özellikle analitik çözümler ile tahminlerde bulunabilmek 4. Optimizasyon

188 8 temelkonsept 1. Adım: Uygun amaçların belirlenmesi Doğru amaç ile deneylere uygun olmayan parametreler kolaylıkla devre dışı kalacaktır 2. Adım: Tepkilerin kantitatif olarak ölçülmesi Rakamsaldeğerlerileifadeedebilmekönemli. Kırıldı veyakırılmadıdeğil, 1000 çevirimden sonra kırıldı veya 100 MPa dan sonra koptu gibi.

189 8 temelkonsept 3. Adım: Kontrol edilemeyen değişimlerin azaltılması için tekrar Aynı veya benzer hataların ortaya çıktığı durumları anlayabilmek için tekrar yapılması 4. Adım: Deney sırasının düzenlenmesi Hidrojenin porozite üzerine etkisi 5. Adım: Bilinen değişkenlerin devre dışı bırakılması Artan sıcaklık ile çözünürlük artıyorsa, sıcaklığın değişkenler arasında olmasına gerek yok

190 8 temelkonsept 6. Adım: Eşleşebilecek etkilerin bilinmesi Birdeğişkenideğiştirirken, başkabirdeğişkeninde paralel olarak değişmesi 7. Adım: Deneylerin sıra ile yapılması Bir deneyden elde edilen verinin, diğer deneylere etkisini bilerek bir sonraki deney parametrelerini belirlemek 8. Adım: Kritik bulguların önemi Siyah kuğular

191 Deneylerintasarlanması 1747: James Lind, diş hastalarında denemiş 1883: Charles S. Pierce, istatistikselgirişimlerinteorisi, optimizasyon üzerine ilk çalışmalarda bulunmuş 1920: Sir Roland A. Fisher, DOE önermiştir

192 Taguchi Metodu Japon araştırmacı Genechi Taguchi den ismini alır Sir Roland A. Fisher in ne kadaryağmur, ne kadargüneşvene kadar gübre ile en etkili şekilde mısır üretirim sorusu ve çalışmalarından etkilenerek geliştirdiği ve en yaygın olarak kullanılan deneysel tasarlama yöntemlerinden biridir.

193 Taguchi Beyin fırtınası: Deneylerin planlanması ve takibi Takım çalışması: Bireysel değil, ekip olarak çalışma Uzlaşmalı kararlar: Demokratik kararlar almak Deneylerin tamamlanması: Planlanan deneylerden sonuçların çıkartılması Onaydeneylerininyapılması!

194 5 P PLAN Planlama PRESCRIBE Reçetelendirme PERFORM Gerçekleştirme PREDICT Tahmin etme PROVE Kanıtlama

195

196

197