libro diseño

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CAPITULO 1 MÉTODOS CUANTITATIVOS PARA LA SELECCIÓN DE MATERIALES 1 INTRODUCCIÓN 3 2 EVALUACIÓN INICIAL DE LOS MATERIALES 4 2.1 Análisis de los requisitos de rendimiento del material 4 2.2 Métodos Cuantitativos para la Revisión Inicial 7 3 COMPARACIÓN DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS 11 3.1-Propiedades del Método Ponderado 11 4 SELECCIÓN DE LA SOLUCIÓN ÓPTIMA 13 5 ESTUDIO DEL CASO DE LA SELECCIÓN DE MATERIAL 13 5.1 Requisitos de Rendimiento del material 14 5.2 Evaluación inicial de los materiales 14 5.3 Comparación de soluciones alternativas 14 5.4 Selección de la solución óptima 15 6 Sustitución de materiales 19 6.1 Método Pugh 19 6.2 Análisis Costo-Beneficio 20 7 ESTUDIO DE CASO EN SUSTITUCIÓN DE MATERIALES 21 8 FUENTES DE INFORMACIÓN Y SELECCIÓN ASISTIDA POR ORDENADOR 21 8.1 Bases de datos de Materiales 22 8.2 Equipo de asistencia para hacer la selección final 22 8.3 Sistemas Expertos 23 REFERENCIAS 24 Manual de Selección de Materiales, editado por Myer Kutz ISBN 0-471-35924-6 2002 John Wiley & Sons, Inc., Nueva York

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Page 1: Libro Diseño

CAPITULO 1

MÉTODOS CUANTITATIVOS PARA LA SELECCIÓN DE MATERIALES

1 INTRODUCCIÓN 3

2 EVALUACIÓN INICIAL DE LOS MATERIALES 4

2.1 Análisis de los requisitos de rendimiento del material 4

2.2 Métodos Cuantitativos para la Revisión Inicial 7

3 COMPARACIÓN DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS 11

3.1-Propiedades del Método Ponderado 11

4 SELECCIÓN DE LA SOLUCIÓN ÓPTIMA 13

5 ESTUDIO DEL CASO DE LA SELECCIÓN DE MATERIAL 13

5.1 Requisitos de Rendimiento del material 14

5.2 Evaluación inicial de los materiales 14

5.3 Comparación de soluciones alternativas 14

5.4 Selección de la solución óptima 15

6 Sustitución de materiales 19

6.1 Método Pugh 19

6.2 Análisis Costo-Beneficio 20

7 ESTUDIO DE CASO EN SUSTITUCIÓN DE MATERIALES 21

8 FUENTES DE INFORMACIÓN Y SELECCIÓN ASISTIDA POR ORDENADOR 21

8.1 Bases de datos de Materiales 22

8.2 Equipo de asistencia para hacer la selección final 22

8.3 Sistemas Expertos 23

REFERENCIAS 24

Manual de Selección de Materiales, editado por Myer Kutz

ISBN 0-471-35924-6 2002 John Wiley & Sons, Inc., Nueva York

Page 2: Libro Diseño

1 INTRODUCCIÓN

Se estima que hay más de 40.000 aleaciones metálicas actualmente útiles y probablemente cerca

de ese número de no metálicos como materiales de ingeniería tales como plásticos, cerámicas y

vidrios, materiales compuestos, y los semiconductores. Este gran número de materiales y los

muchos procesos de fabricación disponibles para el ingeniero, junto con las complejas relaciones

entre la selección de diferentes parámetros, a menudo realizar la selección de un material para un

componente dado es una tarea difícil. Si el proceso de selección se lleva a cabo al azar, habrá el

riesgo de pasar por alto una posible alternativa atractiva del material. Este riesgo puede reducirse

mediante la adopción de un procedimiento sistemático de selección de material. Una variedad de

procedimientos de selección cuantitativos que se han desarrollado para analizar la gran cantidad

de datos involucrados en el proceso de selección de modo que puede hacerse una evaluación

sistemática.1-11 Varios de los procedimientos cuantitativos se puede adaptar para utilizar

computadoras en la selección de un banco de datos de materials.12-15

La experiencia ha demostrado que es deseable adoptar la toma global de decisiones,

enfoque de la ingeniería concurrente en el desarrollo de productos en la mayoría de las industrias.

Con la ingeniería concurrente, los materiales y procesos de fabricación se consideran

en las primeras etapas de diseño y se define con más precisión como el diseño

avanza desde el concepto a la realización y, finalmente, las etapas de detalle.

Figura 1 define las diferentes etapas de diseño y muestra las actividades relacionadas con la

fabricación y el proceso de selección del material. La figura ilustra el

carácter progresivo de los materiales y el proceso de selección y define tres etapas de la

la selección, es decir el examen inicial, el desarrollo y la comparación de alternativas, y

seleccionar la solución óptima. Las secciones 2, 3 y 4 de este capítulo discute estas

tres etapas de la selección de materiales y procesos con más detalle, y la Sección 5 da

un estudio de caso para ilustrar el procedimiento.

Aunque los materiales y el proceso de selección se piensan a menudo en términos de

desarrollo de nuevos productos, hay muchos otros incidentes en que la sustitución de materiales

se considera para un producto existente. Cuestiones relacionadas con la sustitución de materiales

se discuten en la sección 6 de este capítulo.

A diferencia de las ciencias exactas, donde normalmente hay sólo una única solución correcta

a un problema, selección de materiales y la decisión de sustitución requieren la consideración del

conflicto de las ventajas y limitaciones, que exigen compromisos y compensaciones, como

consecuencia, son posibles diferentes soluciones satisfactorias. Esto se ilustra por el hecho de

que los componentes similares que realizan similares funciones, pero producidos por diferentes

fabricantes, se hacen a menudo de diferentes materiales e incluso por diferentes procesos de

fabricación

2 EVALUACIÓN INICIAL DE LOS MATERIALES

En las primeras etapas de desarrollo de un nuevo producto, se pueden plantear las siguientes

preguntas: ¿Qué es? ¿Qué hace? ¿Cómo hace? Para responder a estas

cuestiones es necesario especificar los requisitos de rendimiento de las diferentes

partes involucradas en el diseño y esbozar en líneas generales el rendimiento de los principales

materiales y los requisitos de transformación. Esto permite la selección inicial de los materiales

Page 3: Libro Diseño

mediante el cual ciertas clases de materiales y procesos de fabricación pueden ser eliminados y

otros elegidos como posibles candidatos.

2.1 Análisis de los requisitos de rendimiento del material

Los requisitos de rendimiento de materiales se pueden dividir en cinco grandes categorías, es

decir, los requisitos funcionales, requisitos de procesabilidad, costo, fiabilidad, y resistencia a las

condiciones de servicio.1

Requisitos funcionales

Los requisitos funcionales están directamente relacionados con las características requeridas del

parte o el producto. Por ejemplo, si la parte lleva una carga de tracción uniaxial, el límite elástico

de un material candidato puede estar directamente relacionado con la capacidad de transporte de

carga del producto. Sin embargo, algunas características de la parte del producto pueden no tener

correspondencia simple con las propiedades medibles del material, como en el caso de resistencia

al choque térmico, resistencia al desgaste, fiabilidad, etc. Bajo estas condiciones, el proceso de

evaluación puede ser bastante complejo y dependerá

Page 4: Libro Diseño

Las etapas del diseño Etapas de la Selección de Materiales

Fig. 1 Etapas del diseño y las etapas de selección de materiales relacionados

Diseño preliminar y conceptual

• Traducir ideas de marketing en el diseño industrial

que conduce a la descripción general del producto:

¿Qué es? ¿Qué hace? ¿Cómo lo hace? ¿Cuánto

debería ser?

• Descomponer el producto en subconjuntos e

identificar las diferentes partes de cada subconjunto.

• Especificar la función principal de cada parte e

identificar sus necesidades fundamentales.

Evaluación inicial

• Use los requisitos críticos de cada parte para

definir los requisitos de rendimiento del material.

Empieza con todos los materiales disponibles y

estrecha hacia abajo la elección sobre la base de

las propiedades rígidas.

Configuración (realización) Diseño

• Desarrollar un esquema cualitativo de cada parte

dando sólo el orden de magnitud de las dimensiones

principales, pero que muestra las características

principales - las paredes, los jefes, las costillas, hoyos,

surcos, etc.

Comparación de soluciones alternativas

• Utilice los requisitos de material blando para

reducir aún más el campo de materiales

posibles para unos pocos candidatos óptimos

Detalle (paramétrica) Diseño

• Determinar las dimensiones de las partes sobre la base

de un material específico y un proceso de fabricación

teniendo en cuenta las limitaciones de diseño, el

proceso de fabricación, las preocupaciones de peso,

limitación de espacio, etc. El costo ahora debe ser

considerado en detalle.

• Generación de un diseño de detalle alternativo, que

requiere la selección de un diseño basado en materiales

alternativos y la evaluación con los requisitos

Selección de la solución óptima

• Utilice los materiales óptimos y se pongan

en los procesos de fabricación para hacer

diseños de detalle.

• Comparar combinaciones alternativas,

teniendo en cuenta los elementos de costo.

• Seleccionar la combinación óptima de

proceso de diseño de material de fabricación

Page 5: Libro Diseño

de las predicciones basadas en pruebas simuladas de servicio o en los más estrechamente

relacionados con las propiedades mecánicas, físicas o químicas. Por ejemplo, la resistencia al

choque térmico puede estar relacionada con el coeficiente de expansión térmica, la conductividad

térmica, módulo de elasticidad, ductilidad y resistencia a la tracción. Por otro lado, la resistencia a

corrosión bajo tensión puede estar relacionada con la resistencia a la tracción, KISCC, y potencial

electroquímico.

Requisitos de capacidad de procesamiento

La procesabilidad de un material es una medida de su capacidad para ser trabajado y

conformado en una pieza acabada. Con referencia a un método de fabricación específica,

procesabilidad puede definirse como moldeabilidad, soldabilidad, maquinabilidad, etc. Ductilidad y

templabilidad puede ser relevante para la procesabilidad si el material va a ser

deformado o endurecido por tratamiento térmico, respectivamente. La proximidad de la forma de

valores requerida para la forma de productos puede ser tomada como una medida de la

procesabilidad en algunos casos.

Es importante recordar que las operaciones de tratamiento es casi siempre

afectar a las propiedades de los materiales de modo que las consideraciones de procesabilidad

están estrechamente relacionado con los requisitos funcionales.

Costo

El costo es por lo general un factor importante en la evaluación de los materiales, porque en

muchas aplicaciones hay un límite de costo destinado a un material para satisfacer los requisitos

de la solicitud. Cuando el límite de costo se supera, el diseño puede ser

cambiado para permitir el uso de un material menos costoso. El costo de procesamiento

a menudo excede el costo del material de stock. En algunos casos, un material relativamente más

caro podría llegar a producir un producto menos costoso que un material de bajo costo que es

más caro para procesar.

Requisitos de fiabilidad

La fiabilidad de un material puede ser definida como la probabilidad de que se realice

la función destinada a la expectativa de vida sin fallos. La fiabilidad de un material es difícil de

medir, porque no sólo depende inherente de las propiedades del material, pero también está muy

afectada por su producción y la historia de procesamiento.

En general, los nuevos materiales y no estándar tienden a tener menor confiabilidad que

unos ya establecidos, los materiales estándar.

A pesar de las dificultades de evaluar la fiabilidad, a menudo debe tenerse en cuenta que es una

selección importante de este factor. Las técnicas de análisis de fallas por lo general

son para utilizarse para predecir las diferentes formas en que un producto puede fallar y pueden

ser consideradas como un enfoque sistemático para la evaluación de la fiabilidad. Las causas del

fracaso de una parte por lo general se remontan a los defectos en los materiales y del servicio de

procesamiento, de defectos de diseño, condiciones inesperadas del servicio, o mal uso del

producto.

Page 6: Libro Diseño

Resistencia a las condiciones del servicio

El entorno en el que el producto o pieza funcionará desempeña un papel importante,

papel en la determinación de los requisitos de rendimiento del material. Ambientes corrosivos, así

como altas o bajas temperaturas, puede afectar negativamente al rendimiento de la mayoría de

los materiales en servicio. Cuando más que un material esté involucrado en una aplicación, la

compatibilidad se convierte en un examen de selección. En una térmica el medio ambiente, por

ejemplo, los coeficientes de expansión térmica de todas las materias implicadas pueden tener que

ser similares a fin de evitar tensiones térmicas. En ambientes húmedos, materiales que estarán en

contacto eléctrico se deben elegir cuidadosamente para evitar la corrosión galvánica. En

aplicaciones en las que existe un movimiento relativo entre las diferentes partes, la resistencia al

desgaste de los materiales implicados debe ser considerada. El diseño debería proporcionar

acceso para la lubricación, de lo contrario tienen que ser utilizados materiales autolubricantes.

2.2 Métodos Cuantitativos para la selección inicial

Después de haber especificado los requisitos de rendimiento de las diferentes partes requeridas,

las propiedades de los materiales se pueden establecer para cada uno de ellos. Estas

propiedades pueden ser cuantitativas o cualitativas, esenciales o deseables. Por ejemplo, la

función de una barra de conexión en un motor de combustión interna es conectar el pistón al eje

del cigüeñal. Los requisitos de rendimiento son que debe transmitir la energía de manera eficiente

sin dejar durante la vida esperada del motor. Las propiedades esenciales de los materiales son

resistencias a la tracción y la fatiga, mientras que las propiedades deseables que deben ser

maximizadas son procesabilidad, el peso, la confiabilidad y resistencia a las condiciones de

servicio. Todas estas propiedades se deben lograr en un costo razonable. El proceso de selección

consiste en la búsqueda de los materiales o los materiales que mejor cumplen con esos requisitos.

El punto de partida para la selección de materiales es toda la gama de materiales de ingeniería.

En esta etapa, la creatividad es esencial a fin de abrir canales en diferentes direcciones y no dejar

interferir al pensamiento tradicional con la exploración de las ideas. Un acero puede ser el mejor

material para un concepto de diseño, mientras que un plástico, es mejor para un diferente

concepto, aunque los dos diseños proporcionan las mismas funciones.

Después que todas las alternativas han sido sugeridas, las ideas que son obviamente

inadecuadas se eliminan y la atención se concentra en aquellos que buscan la práctica.

Al final de esta fase, los métodos cuantitativos pueden ser utilizados para un cribado inicial

con el fin de reducir las opciones a un número manejable de evaluación detallada posterior. A

continuación se presentan algunos de los métodos cuantitativos para el cribado inicial de los

materiales.

Límites de Propiedades de los materiales

La selección inicial de los materiales se puede conseguir por la primera clasificación de requisitos

de rendimiento en dos categorías principales:

● Requisitos Rígidos

● Requisitos Suaves, o relativos

Page 7: Libro Diseño

Requisitos rígidos deben ser cumplidos por el material si se ha de considerar en absoluto.

Estos requisitos pueden ser utilizados para el cribado inicial de los materiales para eliminar los

grupos inadecuados. Por ejemplo, los materiales metálicos se eliminan cuando se selecciona

materiales para aislante eléctrico. Si el aislante es flexible, el campo se redujo aún más, todos los

materiales cerámicos son eliminados. Otros ejemplos de los requisitos para materiales rígidos

incluyen el comportamiento bajo condiciones de temperatura de funcionamiento, resistencia al

medio ambiente corrosivo, ductilidad, conductividad eléctrica y térmica o aislamiento, y la

transparencia a las ondas de luz o de otras. Ejemplos de procesos de requisitos rígidos incluyen

el tamaño del lote, la tasa de producción, tamaño del producto y la forma, tolerancias y acabado

superficial. Sea o no el equipo o la experiencia para un proceso de fabricación dado, existente en

una planta también puede ser considerado como un duro requisito en muchos casos. La

compatibilidad entre los procesos de fabricación y el material es también un parámetro importante

de detección. Por ejemplo, echar planchas no son compatibles con los procesos de conformado

de chapa metálica y aceros no son fácil de procesar por fundición a presión. En algunos casos, la

eliminación de un grupo de materiales resultados en la eliminación automática de algunos

procesos de fabricación. Por ejemplo, si se eliminan los plásticos porque la temperatura de

servicio es demasiado alto, la inyección y moldeo por transferencia debe ser eliminado, ya que no

son adecuados para otros materiales.

Suave, o un familiar, están sujetos a los requisitos de compromiso y las concesiones mutuas.

Ejemplos de los requisitos blandos incluyen propiedades mecánicas, gravedad específica, y costo.

Los requisitos suaves pueden ser comparados en términos de su importancia relativa, que

depende de la aplicación en estudio.

Costo por método de Unidad de Propiedad

El costo por método de unidad de propiedad es apto para la selección inicial de las aplicaciones

donde la propiedad se destaca como el servicio más crítico.1 Como un ejemplo, consideremos el

caso de una barra de una longitud dada (L) para apoyar una tracción fuerza (F). El área en

sección transversal (A) de la barra está dada por

A = F/S (1)

donde S= tensión de trabajo de la tela, la cual está relacionada con su límite elástico

por un factor de seguridad apropiado.

El costo de la barra (C´) está dada por

C´ = CpAL =(CpFL)/S (2)

donde C= costo del material por unidad de masa

p=densidad del material

Como F y L son constantes para todos los materiales, la comparación se puede basar en el costo

de la unidad de fuerza, que es la cantidad:

[(Cp)/S] (3)

Page 8: Libro Diseño

Los materiales con un menor costo por unidad de fuerza son preferibles. Si un límite superior es

establecido por la cantidad [(Cp) / S], los materiales que satisfacen esta condición puede ser

identificadas y utilizadas como posibles candidatos para un análisis más detallado en la próxima

etapa de selección.

La tensión de trabajo del material en las ecuaciones. 1, 2 y 3 están relacionadas con la estática y

el límite elástico del material ya que la carga aplicada es estática. Si la carga aplicada es alterna,

es más apropiado utilizar la resistencia a la fatiga del material.

De manera similar, la resistencia a la fluencia debe ser utilizada bajo condiciones de carga que

causan fluencia.

Ecuaciones similares a 2 y 3 se puede utilizar para comparar los materiales sobre la base

del costo por unidad de la rigidez, cuando el criterio de diseño es importante la desviación en bar.

En tales casos, S se sustituye por el módulo de elasticidad del material.

Tabla 1 Fórmulas para Estimación de Costos por Unidad de Propiedad1

Cruce Sección de Estado y de carga Costo por unidad de fuerza Costo por Unidad de Rigidez

Cilindro macizo en tensión o compresión Cp/S Cp /E

Cilindro macizo en flexión Cp /S2 / 3 Cp /E1 / 2

Cilindro macizo en torsión Cp/S2 / 3 Cp /G1 / 2

Barra cilíndrica maciza como columna esbelta — Cp /E1 / 2

Rectángulo sólido en flexión Cp /S1 / 2 Cp /E1 / 3

Recipiente de pared delgada a presión cilíndrica Cp /S —

Las ecuaciones anteriores también se pueden modificar para permitir la comparación de diferentes

materiales bajo otros sistemas de tracción de carga uniaxial. La Tabla 1 muestra algunas fórmulas

para el costo por unidad de propiedad bajo diferentes condiciones de carga basado en cualquiera

límite de elasticidad o rigidez.

MÉTODO ASHBY’S

Ashby es la selección de materiales por gráficos4,5,9,10 , también son útiles para la detección inicial

de los materiales. Figura 2 parcelas de la fuerza contra la densidad para una variedad de

materiales. Dependiendo de la geometría y el tipo de carga, una diversa S–p aplicar las relaciones,

como se muestra en la Tabla 1. Para la simple carga axial, la relación es de S /p. Para un

rectángulo sólido bajo flexión, S1/2/p aplicada, y para bajo flexión o torsión S2/3/p aplicada. Las

líneas con estas pendientes se muestran en la figura. 2. Por lo tanto, si se traza una línea paralela

Page 9: Libro Diseño

a la línea S / p=C, todos los materiales que se encuentran en la línea que se desempeñan

igualmente bien en simples condiciones de carga axial. Materiales por encima de la línea son

mejores y los de abajo son peores. Un diagrama similar se pueden extraer para módulo elástico

contra densidad y fórmulas similares a los de la Tabla 1 se puede utilizar para materiales de

pantalla bajo condiciones donde la rigidez es un requisito importante.

MÉTODO DARGIE’S

La selección inicial de materiales y procesos puede ser una tarea tediosa si se realiza

manualmente a partir de manuales y catálogos de proveedores. Esta dificultad tiene

un propósito, la introducción de varios sistemas informáticos para materiales y / o selección de

proceso.12-15 Como un ejemplo ilustrativo, el sistema (MAPS 1) propuesto por Dargie et al.15 Se

describen brevemente a continuación. Para este sistema, Dargie propuso un código de

clasificación parte similar a la utilizada en la tecnología de grupo.

Los primeros cinco dígitos del código de MAPS 1 están relacionados con la eliminación de

procesos de fabricación inadecuados. El primer dígito se relaciona con el tamaño del lote.

El segundo dígito caracteriza al por mayor y depende de la dimensión mayor y si la pieza es larga

y plana, o compacto. El tercer dígito caracteriza a la forma, que se clasifica sobre la base de ser

prismática, taza de simetría axial, forma, nonaxisymmetric, y no prismáticas. El cuarto dígito se

relaciona con la tolerancia y el quinto dígito se relaciona con la rugosidad superficial

Los siguientes tres dígitos del código de MAPS 1 están relacionados con la eliminación de

materiales inadecuados. El sexto dígito se relaciona con la temperatura de servicio. El séptimo

dígitos está relacionada con la velocidad de corrosión aceptable. El octavo dígito que caracteriza

el tipo de entorno a los cuales se está expuesto.

El sistema utiliza dos tipos de bases de datos para la selección preliminar:

Page 10: Libro Diseño

Fig. 2 Ejemplo de cartas de Ashby de selección de materiales (de la referencia. 10, con el permiso

del Instituto de Materiales)

● Las matrices de Idoneidad

● Matriz de compatibilidad

Las matrices de idoneidad frente a la idoneidad de los procesos y materiales para la parte en

cuestión. Cada uno de los dígitos de código tiene una matriz. Las columnas de la matriz

corresponden al valor del dígito y las filas corresponden a los procesos y materiales en la base de

datos. Los elementos de la matriz son bien 0, indicando inadecuación, o 2 indicando idoneidad.

La matriz de compatibilidad expresa la compatibilidad de las diferentes combinaciones de

procesos y materiales. Las columnas de la matriz corresponden a los materiales mientras que las

filas corresponden a los procesos. Los elementos de la matriz son 0 para las combinaciones

Page 11: Libro Diseño

incompatibles, 1 para las combinaciones difíciles o inusuales, o 2 para las combinaciones

utilizadas en la práctica habitual.

Basado en parte del código, el programa genera una lista de candidatos, combinaciones de

materiales y para producir procesos. Esta lista ayuda al diseñador a identificar tempranamente

posibles alternativas en el proceso de diseño y para facilitar la fabricación del diseño.

3 COMPARACIÓN DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS

Después de reducir el campo de los posibles materiales, utilizando uno o más de los

los métodos cuantitativos de detección iniciales descritos en la sección 2, los métodos

cuantitativos se puede utilizar para reducir aún más el campo de los posibles materiales y los

procesos coincidentes de fabricación a unos pocos candidatos óptimos que tienen buenas

combinaciones de los requisitos blandos. Varios de estos métodos se describen en las

referencias. 1 y 2 y que sigue es una descripción de uno de los métodos.

3.1 Propiedades del Método Ponderado

En el método ponderado las propiedades de cada requerimiento de materiales, o la propiedad, es

asignada un cierto peso, dependiendo de su importancia para el funcionamiento de la parte en

servicio.1 Una característica del valor ponderado se obtiene multiplicando el valor numérico de la

propiedad por el factor de ponderación (α). La propiedad individual del valor ponderado de cada

material se suma para dar una ventaja comparativa a los materiales de índice de desempeño (Ɣ).

Los materiales con mayor rendimiento índice (Ɣ) se consideran más adecuados para la aplicación.

Método de Lógica Digital

En los casos en los que numerosas propiedades de materiales se especifican y en relación a la

importancia de cada propiedad no es clara, las determinaciones de los factores de ponderación, α,

puede ser en gran parte intuitiva, lo que reduce la fiabilidad de la selección. El enfoque de la lógica

digital puede ser utilizado como una herramienta sistemática para determinar α .1 En este

procedimiento Las evaluaciones están dispuestas de tal manera que sólo dos propiedades son

consideradas en un tiempo. Todas las combinaciones posibles de las propiedades o las metas se

comparan y no todas de la elección se requieren, sólo una decisión de sí o no para cada

evaluación. Para determinar la importancia relativa de cada propiedad o meta se construye una

tabla, las propiedades o los objetivos se enumeran en la columna de la izquierda, y las

comparaciones son realizadas en las columnas de la derecha, como se muestra en la Tabla 2.

En la comparación de dos propiedades o metas, el objetivo más importante se da numéricamente

un uno (1) y el menos importante se da cero (0). El número total de decisiones posibles N= n (n -

1) / 2, donde n es el número de propiedades u objetivos que se consideran. Un coeficiente de

importancia relativa o factor de ponderación,

Tabla 2 Determinación de la importancia relativa de los objetivos usando el método de lógica

digital

Page 12: Libro Diseño

Objetivos Número de decisiones positivas N = n(n - 1)/2 Decisiones positivas énfasis relativo

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 de coeficiente α

1 1 1 0 1 3 0.3

2 0 1 0 1 2 0.2

3 0 0 1 0 1 0.1

4 1 1 0 0 2 0.2

5 0 0 1 1 2 0.2

El número total de las decisiones positivas 10 ∑α= 1.0

α , para cada objetivo se obtiene dividiendo el número de decisiones positivas para

cada meta (m) en el número total de las decisiones posibles (N). En este caso

∑ α=1.

Para aumentar la precisión de las decisiones basadas en el enfoque de la lógica digital, el

si-no de evaluaciones se pueden modificar mediante la asignación de las marcas de graduación

que van desde 0 (sin diferencia de importancia) a 3 (gran diferencia en importancia). En este caso,

las marcas de graduación totales para cada criterio de selección se alcanzan mediante la adición

de las marcas de graduación individuales. Los factores de ponderación son entonces encontrados

dividiendo estas marcas de gradación total por su gran total.

Índice de Rendimiento

En su forma simple, las propiedades del método ponderado tienen el inconveniente de tener

una combinación a diferencia de las unidades, lo que podría dar lugar a resultados irracionales.

Esto es particularmente cierto cuando las diferentes propiedades mecánicas, físicas y químicas

con muy diferentes valores numéricos se combinan. La propiedad con un valor numérico mayor

tienen más influencia que se justifica por su factor de ponderación. Este inconveniente se supera

mediante la introducción de factores de escala. Cada propiedad es tan reducida que su mayor

valor numérico no exceda de 100. Cuando se evalúa una lista de materiales candidatos, una

propiedad se considera a la vez. El mejor valor en la lista está clasificado como 100 y los demás

se escalan proporcionalmente. La introducción de una escala, factor que facilita la conversión de

los valores normales de las propiedades del material de escalada adimensionales. Para una

propiedad dada, el valor de escala, B, para un determinado material candidato es igual a:

(4)

Para las propiedades como el costo, la corrosión o la pérdida de desgaste, la ganancia de peso en

la oxidación, etc., un valor inferior es más deseable. En tales casos, el valor más bajo es calificado

como 100 y B se calcula como:

Page 13: Libro Diseño

(5)

Para las propiedades del material que puede ser representado por los valores numéricos, la

aplicación del procedimiento anterior es simple. Sin embargo, con propiedades tales como la

corrosión y resistencia al desgaste, maquinabilidad y soldabilidad, etc., los valores numéricos rara

vez se da y los materiales son generalmente clasificados como muy buena, buena, regular, mala,

etc. En tales casos, la calificación se puede convertir en valores numéricos usando una escala

arbitraria. Por ejemplo, resistencia a la corrosión clasificación- excelente, muy buena, buena,

regular, y pobre, se puede dar valores numéricos de 5, 4, 3, 2 y 1, respectivamente. Después de la

ampliación de las diferentes propiedades, el índice de rendimiento del material (Ɣ) se puede

calcular como:

i (6)

donde i es agregado para todas las n propiedades relevantes.

Costo (material de partida, el procesamiento, acabado, etc.) puede ser considerado como una de

las propiedades y, dado el factor de ponderación adecuada. Sin embargo, si hay un gran número

de propiedades a considerar, la importancia del costo puede hacerse hincapié considerando por

separado como un modificador con el índice de comportamiento de los materiales (Ɣ). En los

casos donde se utiliza el material para el relleno del espacio, el costo se puede introducir en base

por unidad de volumen. Una figura de mérito (M) para el material puede se define como:

M= Ɣ´/(Cp) (7)

Donde C= costo total del material por unidad de peso (almacenadas, procesamiento, acabado,

etc.)

p=densidad del material.

Cuando una función importante del material es de soportar tensiones, puede ser más adecuado

utilizar el costo por unidad de fuerza en lugar del costo por unidad de volumen. Esto es debido a

que una mayor resistencia permitirá ser utilizado menos material para soportar la carga, y el costo

de la fuerza unitaria puede ser una mejor representante de la cantidad de material realmente

utilizado en la fabricación de la pieza. En este caso, la ecuación. 7 se vuelve a escribir como:

M= Ɣ/C´ (8)

donde C´ se determinó a partir de la Tabla 1 según el tipo de carga. Este argumento también

puede tener en otros casos donde el material lleva a cabo una función importante como la

conductividad eléctrica o aislamiento térmico. En estos casos, la cantidad del material, y en

consecuencia el costo, se ven afectados directamente por el valor de la propiedad.

Cuando un gran número de materiales con un gran número de propiedades especificadas están

siendo evaluados para la selección, el promedio ponderado de las propiedades del método puede

implicar un gran número de cálculos tediosos y consume mucho tiempo. En tales casos, el uso de

un equipo facilitaría el proceso de selección. Los pasos implicados en las propiedades del método

Page 14: Libro Diseño

ponderado se pueden escribir en la forma de un simple ordenador, programa para seleccionar los

materiales de un banco de datos. Un programa interactivo también puede incluir el método de la

lógica digital para ayudar en la determinación de los factores de ponderación.

4 SELECCIÓN DE LA SOLUCIÓN ÓPTIMA

Los candidatos que tienen los índices de desempeño más prometedores de cada uno pueden ser

ahora utilizados para desarrollar un diseño de detalle. Cada diseño de detalle a explotar los puntos

de resistencia del material, evitar los puntos débiles, y reflejan las necesidades de los procesos de

fabricación necesarios para el material. Los diseños diferentes son a continuación, en

comparación, teniendo los elementos de costo en consideración, con el fin de llegar a el diseño

óptimo de combinación material-proceso.16

5 ESTUDIO DE CASO EN LA SELECCIÓN DEL MATERIAL

El siguiente caso ilustra el procedimiento para la selección de materiales como describe en las

secciones 2, 3 y 4 y se basa en Ref. 16. El objetivo es seleccionar el componente más barato que

satisfaga los requisitos de un simple componente estructural de un mástil de velero en forma de

un cilindro hueco de longitud 1000 mm, que se somete a fuerzas axiales a compresión de 153 kN.

Debido a limitaciones de espacio y peso, el diámetro exterior del componente no debe exceder de

100 mm, el diámetro interior no debe ser inferior a 84 mm, y la masa no debe exceder de 3 kg. El

componente se somete a impacto mecánico y de pulverización de agua. A diferencia de otros

componentes requiere la presencia de agujeros relativamente pequeños.

5.1 Requisitos de Rendimiento del material

Los posibles modos de falla y las propiedades de los materiales correspondientes que son

necesarios para resistir el fracaso para el presente componente incluyen:

Fractura catastrófica debido a la carga de impacto, especialmente cerca de los

agujeros, es resistido por alta tenacidad a la fractura del material. Esto es un

requisito de material rígido y se utilizará para la detección inicial de los materiales.

Dado que el plástico es resistido por la fuerza de alto rendimiento. Este es un

requisito de material blando, pero un límite inferior se determina por la limitación en

el diámetro exterior.

Local y global de pandeo son resistidas por alto módulo de elasticidad. Esto es un

requisito de material blando, pero un límite inferior se determina por la limitación en

el diámetro exterior.

Fibra interna de pandeo para materiales reforzados con fibras es resistido por alto

módulo de elasticidad de la matriz y la fracción de volumen elevado de fibras en la

dirección de carga. Esto es un requisito de material blando, pero un límite inferior

será determinado por la limitación en el diámetro exterior.

Corrosión, que puede resistir ya sea mediante la selección de materiales con

inherentemente buena resistencia a la corrosión o por recubrimiento protector.

Page 15: Libro Diseño

La fiabilidad del componente en servicio. Un factor de seguridad de 1,5 se toma

para la carga axial, es decir, la fuerza axial de trabajo se toma como 230 kN con el

fin de mejorar la fiabilidad.

Además de los requisitos anteriores las limitaciones establecidas en las dimensiones y peso debe

ser observada.

5.2 Evaluación inicial de los materiales

El requisito de resistencia a la fractura del material se utiliza para eliminar materiales cerámicos.

Debido a las limitaciones establecidas en los diámetros exterior e interior, la sección transversal

máxima posible de los componentes es de aproximadamente 2.300 mm2. Para evitar el

calentamiento bajo la carga de trabajo axial, el límite elástico del material debe ser superior a 100

MPa, que excluye polímeros de ingeniería, maderas, y algunas de las aleaciones de ingeniería de

menor resistencia; véase la fig. 2. La resistencia a la corrosión es deseable, pero no se considera

un factor para la detección posible de protección de materiales de menos corrosión existe pero se

tendrá en cuenta como un requisito suave.

5.3 Comparación de soluciones alternativas

La Tabla 3 indica una muestra de los materiales que satisfacen las condiciones establecidas en la

etapa inicial de cribado. Una situación en la vida real en la lista del cuadro puede ser mucho más

larga,

Tabla 3 Propiedades de los materiales candidatos de ejemplo

Material Límite de Modulo gravedad Resistencia a Categoría

elasticidad (MPa) elástico (GPa) específica la corrosióna costo

b

Page 16: Libro Diseño

a 5 Excelente, 4 Muy bueno, 3 Bueno, 2 regular, 1 deficiente.

b 5 muy barato, precio barato 4, 3 moderada, 2 Caro, 1 Muy caro

pero la intención es ilustrar el procedimiento. El límite de elasticidad, módulo elástico, peso

específico, resistencia a la corrosión, y categoría de costos se dan para cada de los materiales. En

esta etapa, es suficiente para clasificar los materiales en muy de bajo costo, de bajo costo, etc.,

estimaciones mejores de lo material y de fabricación el costo será necesario en la toma de la

decisión final en la selección. Debido a que el peso de este componente es importante en esta

aplicación, la fuerza específica y módulo serían mejores indicadores de la idoneidad del material

(tabla 4). La relativa importancia de las propiedades de los materiales se dan en la Tabla 5, y los

índices de rendimiento de los diferentes materiales, según lo determinado por las propiedades de

método ponderado, se dan en la Tabla 6. Los materiales candidatos con siete de alto índice de

rendimiento (Ɣ>45) se seleccionan para hacer componente de diseño real.

5.4 Selección de la solución óptima

Como se mostró anteriormente, los posibles modos de falla de un cilindro hueco incluyen fibra de

rendimiento, local y global de pandeo y pandeo interna. Estos cuatro modos de fracaso se utilizan

para desarrollar las fórmulas de diseño para el componente de mástil. Para

Tabla 4 Propiedades de los materiales candidatos de ejemplo16

Material Límite de Modulo Resistencia a Categoría

elasticidad (MPa) elástico (GPa) la corrosióna costo

b

Page 17: Libro Diseño

a 5 Excelente, 4 Muy bueno, 3 Bueno, 2 regular, 1 deficiente.

b 5 muy barato, precio barato 4, 3 moderada, 2 Caro, 1 Muy caro

más detalles sobre el procedimiento de diseño y optimización de las ecuaciones 9-12, por favor

consulte de ref. 16

(9) Condiciones para la

obtención de: F/A <

Donde: =límite elástico del material

F= fuerza axial externa de trabajo

A= área transversal

Condición para el pandeo local: F/A < 0.121ES/D (10)

Tabla 5 Factores de ponderación

Propiedad Límite de Modulo Resistencia a Categoría

elasticidad (MPa) elástico (GPa) la corrosióna costo

b

Factor de ponderación (α) 0.3 0.3 0.15 0.25

Page 18: Libro Diseño

Tabla 6 Cálculo del Índice de Rendimiento

Material Resistencia Modulo en Escala Escala Indice

en escala escala resistencia costo Rendimiento

específica * 0,3 específica * 0,3 corrosión * 0.15 relativo * 0.25 (Ɣ)

Donde D = diámetro exterior del cilindro

S = espesor de la pared del cilindro

E = módulo elástico del material

Condición para el pandeo global:

> F/A [1+ (LDA/1000I)sec{(F/EI)1/2 L/2 }] (11)

Donde I = momento de inercia

L= longitud del componente

Condición para la fibra interna de pandeo:

Page 19: Libro Diseño

F/A<[Em/4(1+Vm)(1-Vf 1/2 )] (12)

Donde Em= módulo elástico del material de la matriz

Vm= La relación de Poisson del material de la matriz

Vf= fracción de volumen de las fibras paralelas a la dirección de carga

La Figura 3 muestra el rango de diseño óptimo del componente y diámetro de la pared

Fig. El intervalo de las tres según lo predicho por las ecuaciones. 9-11 para la aleación de aluminio AA 7075.

(Tomado de Materiales y Diseño, 13, MM Farag y E. El-Magd, Un enfoque integrado de diseño de producto,

selección de materiales y estimación de costos, 323 -327 de 1992, con permiso de Elsevier Science.)

de espesor según lo predicho por las ecuaciones. 9-11 para la aleación de aluminio AA 7075. El

punto (O) representa el diseño óptimo. Cifras similares se han desarrollado para los distintos

materiales candidatos para determinar las dimensiones óptimas del componente de diseño del

mástil cuando se hace de los materiales y los resultados como se muestra en la Tabla 7. aunque

todos los materiales de la Tabla 7 se puede utilizar para hacer que los componentes de seguridad

que cumplan con las limitaciones de espacio y peso, AA 2024 T6 se selecciona ya que da la

solución menos costosa.

Page 20: Libro Diseño

Tabla 7 Los diseños que utilizan los materiales candidatos con mayores índices de rendimiento

Material Da (mm) S (mm) A (mm2) Masa (Kg) Costo/Kg ($) Costo

competencia($)

6 SUSTITUCIÓN DE MATERIALES

Las razones más comunes para la sustitución de materiales incluyen:

● Tomando ventaja de los nuevos materiales o procesos

● Mejora de la prestación del servicio, incluyendo una mayor vida útil y una mayor

fiabilidad

● Reunión de nuevos requisitos legales

● Contabilización de las condiciones de funcionamiento cambiado

● Reducción de los costos y hacer más competitivo el producto

Generalmente, una simple sustitución de un material por otro no produce un solución óptima. Esto

es porque no es posible realizar todo el potencial de un nuevo material a menos que el

componente se ha rediseñado para aprovechar sus puntos fuertes y características de fabricación.

Lo que sigue es una breve descripción de algunos de los métodos cuantitativos que están

disponibles para la toma de decisiones en la sustitución de materiales.

6.1 Método de Pugh

El metodo Pugh17 es útil como un método de cribado inicial en las primeras etapas de diseño. En

este método, una matriz de decisión se construye como se muestra en la Tabla 8. Cada una de

las propiedades de un posible nuevo material alternativo se compara con la propiedad

correspondiente del material utilizado actualmente y el resultado se registra en la matriz de

decisión como (+) si es más favorable, (-) si menos favorable, y (0) si es la misma. La decisión

sobre si un nuevo material es mejor que el material utilizado actualmente se basa en el análisis del

Page 21: Libro Diseño

resultado de la comparación, es decir, el número total de (+), (-), y (0). Los nuevos materiales con

propiedades más favorables inconvenientes que se seleccionan como candidatos serios para la

sustitución y es utilizado para rediseñar el componente y para un análisis detallado.

Tabla 8 Ejemplo de uso de la Matriz Pugh de Decisión para la sustitución de materiales

Propiedad Material actualmente usado Nuevo material Nuevo material Nuevo material

(1) (2) (3)

Propiedad 1 C1 - + +

Propiedad 2 C2 + + +

Propiedad 3 C3 + + -

Propiedad 4 C4 0 + -

Propiedad 5 C5 - 0 -

Propiedad 6 C6 0 0 0

Propiedad 7 C7 - - 0

Propiedad 8 C8 - + 0

Propiedad 9 C9 - 0 0

Total (+) 2 5 2

Total (-) 5 1 3

Total (0) 2 3 4

6.2 Análisis Costo-Beneficio

El análisis costo-beneficio es más adecuado para un análisis detallado, en que se realiza la

decision para la sustitución final del material.1 Debido que los nuevos materiales son por lo

general más complejos y con frecuencia requieren un mayor control e incluso nuevas tecnologías

para su tratamiento, los componentes de estos materias son de hechos más caros. Esto significa

que para la sustitución de materiales para ser económicamente factible, el resultado económico a

obtener como un rendimiento mejorado de ∆B debe ser mayor que el costo adicional incurrido

como consecuencia de la sustitución de ∆C

∆B-∆C>1 (13)

Para este análisis es conveniente dividir el costo de la sustitución de materiales ∆C

Diferencias en los costos de materiales directos y trabajo. Los nuevos materiales tienen a

menudo un mejor rendimiento, pero son más caros. Cuando las cantidades más pequeñas

del nuevo material se utilizan para hacer el producto, el aumento directo de costo del

Page 22: Libro Diseño

material no puede ser tan grande como podría parecer a primera. Costo de mano de obra

puede no ser un factor importante en la sustitución de los nuevos materiales si no lo hacen

requieren nuevas técnicas de procesamiento y los procedimientos de montaje. Sin

embargo, si nuevos procesos son necesarios, los nuevos tiempos de ciclo pueden dar

lugar a la diferencia de la productividad que tiene que ser cuidadosamente evaluada.

El costo de rediseño y pruebas. El uso de materiales nuevos por lo general consiste en el

cambio de diseño y pruebas de componentes para asegurar que su funcionamiento cumpla

con los requisitos. El costo de rediseño y pruebas puede ser considerable en el caso de los

componentes críticos.

Costo de nuevas herramientas y equipos. Cambio de materiales pueden tener una

considerable efecto sobre la vida y el costo de herramientas, y puede influir en el

tratamiento térmico y procesos de acabado. Esto puede ser una fuente de ahorro de

costos si el nuevo material no requiere el mismo tratamiento complejo o procedimientos de

acabado utilizados para el material original. El costo del equipo necesario para materiales

nuevo puede ser considerable si los nuevos materiales requieren nuevas instalaciones de

producción como en el caso de la sustitución de los metales con plásticos.

Basado en el análisis anterior, el costo total (∆C) de la sustitución de un nuevo material, n, en

lugar de un material original, o, en una parte dada es:

∆C = (Pn Mn – Po M0)+ f(Ct /N) + (Tn – T0) + (Ln – L0) (14)

Donde Pn , Po = Precio / unidad de masa de nuevos y originales materiales utilizados en la

parte

Mn , M0= masa de nuevos y originales materiales utilizados en la parte

f= factor de recuperación de capital, sino que puede ser tomada como 15% en

ausencia de información

Ct = costo de transición del original a nuevos materiales

N = número total de partes nuevas producidas

Tn , T0= herramientas de costo por parte de los materiales nuevos y originales

Ln , L0= costos laborales por parte de la utilización de materiales nuevos y viejos

Las ganancias como resultado de un rendimiento mejorado de B puede estimarse sobre la base

de el rendimiento esperado mejorado del componente, que puede estar relacionado con el

aumento en el índice de rendimiento del nuevo material en comparación con la actualidad con el

material que se utiliza. Estos aumentos incluyen el ahorro obtenido como resultado de reducción

de peso o mayor vida útil del componente.

Page 23: Libro Diseño

∆B = A(Ɣn – Ɣ0 ) (15)

Donde Ɣn , Ɣ0 = los índices de rendimiento de los nuevos materiales y original,

respectivamente

A = beneficio de rendimiento mejorado del componente expresado en dólares por

unidad de incremento en el índice de rendimiento del material Ɣ.

7 ESTUDIO DE CASO EN SUSTITUCIÓN DE MATERIALES

En el estudio de caso en la selección de los materiales que se discutió en la Sección 5, la aleación

de aluminio AA 2024 T6 fue seleccionada ya que le da la más barata solución. De los siete

materiales de la Tabla 7, AA 6061 T6, vidrio epoxi 70% tela, y epoxi aramida 62% resultado de

tela en los componentes que son más pesados y más caros que los de los otros cuatro materiales

y será rechazada como que no ofrecen ninguna ventaja. De los restantes cuatro materiales, AA

2024 resultados T6 en el menos caro, pero el componente más pesado. Los otros tres materiales

de AA 2014 T6, T6 AA 7075, y carbono epoxi 63% de tela resultado en los componentes más

ligeros a un costo progresivamente mayor.

Para los casos en que es ventajoso tener un componente más ligero, el análisis del costo-

beneficios se pueden utilizar en la búsqueda de un sustituto adecuado para la aleación AA 2024

T6. Para este propósito la ecuación. 15 se utiliza con el índice de rendimiento Ɣ siendo

considerado como el peso del componente y siendo ∆C la diferencia en el costo de componente y

A es el beneficio expresado en dólares, de reducción de la masa por 1 kg. Comparando los

materiales en pares muestra que:

Para A<$7/kg guardado, AA 2024 T6 es el material óptimo.

Para A=$7- $60.5/kg guardado, AA 7075 T6 es un mejor sustituto.

Para A>$60.5/kg guardado, Epoxi 63% tela de carbono es óptima.

8 FUENTES DE INFORMACIÓN Y SELECCIÓN ASISTIDA POR ORDENADOR

Un requisito esencial para la selección de materiales con éxito es una fuente fiable de y los datos

consistentes sobre propiedades de los materiales. Hay muchas fuentes de información, que

incluyen las agencias gubernamentales, asociaciones comerciales, de ingeniería las sociedades,

los libros de texto, institutos de investigación, y los productores de materiales. La Internacional de

ASM Recientemente ha publicado un directorio de los bienes materiales, base de datos18 que

contiene más de 500 fuentes de datos, incluyendo tanto las bases de datos específicas y centros

de datos. Para cada fuente, el directorio ofrece una breve disposición de descripción e

información, dirección, número telefónico, correo electrónico, sitio web, y aproximado costo en su

caso. El directorio también tiene los índices de material y por la propiedad de ayudar al usuario a

localizar la fuente más apropiada de información relevante. Mucha de la información está

disponible en el disco CD-ROM o PC, lo que hace posible la integración de la fuente de datos en

los sistemas de selección asistida por ordenador.

Page 24: Libro Diseño

Otros exámenes útiles de las fuentes de datos de materiales de propiedad e información También

se dan en las referencias. 19 y 20.

8.1 Bases de datos de Materiales

Bases de datos de materiales computarizados son una parte importante de cualquier ordenador

asistido por un sistema de selección. Con una base de datos interactivo, como en el caso de ASM

metal Selector21, el usuario puede definir y redefinir los criterios de selección para filtrar poco a

poco los materiales y aislar a los candidatos que cumplan los requisitos. En muchos casos, puede

llevarse a cabo de acuerdo con criterios diferentes, tales como:

1. Especificados valores numéricos de un conjunto de propiedades de los materiales

2. Nivel especificado de procesabilidad como maquinabilidad, soldabilidad, conformabilidad,

disponibilidad, el costo de procesamiento, etc

3. Clase de material, resistente, por ejemplo, fatiga, resistente a la corrosión, resistente al calor,

materiales eléctricos, etc

4. Formas como la varilla, alambre, chapa, tubo, fundición, forja, soldadura, etc

5. Designaciones: Sistema de Numeración Unificado (SNU) , American Iron and Steel Institute

(AISI), nombres comunes, el grupo de materiales o país de origen.

6. Especificaciones, lo que permite al operador seleccionar los materiales que son aceptable para

las organizaciones como la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) y la Sociedad

de Ingenieros Automotrices (SAE)

7. Composición, que permite al operador seleccionar los materiales que tienen cierto mínimo y / o

valores máximos de elementos de aleación

Más de uno de los criterios anteriores se puede utilizar para identificar materiales adecuados. Se

puede realizar en los modos de AND y OR. El modo AND limita la búsqueda ya que el material

tiene que cumplir con todos los criterios especificados. El modo OR amplía la búsqueda ya que los

materiales que satisfacen alguno de los requisitos se seleccionan.

El número de materiales que sobreviven el proceso de tamizado depende de la gravedad de los

criterios utilizados. Al comienzo de cernido, el número de materiales se muestra en la pantalla es

el total de la base de datos. A medida que más se imponen restricciones sobre el materiales, el

número de materiales que sobreviven se hace más pequeño y podría llegar a 0, es decir,

materiales no reúne los requisitos. En tales casos, algunas de las restricciones tienen que estar

relajados y el zarandeo reiniciado.

8.2 EQUIPO DE ASISTENCIA PARA HACER LA SELECCIÓN FINAL

La integración de base de datos de propiedades del material con algoritmos de diseño asistido por

ordenador y diseño (CAD) / asistido por ordenador los programas de fabricación (CAM) tiene

muchos beneficios, incluyendo la homogeneización y el intercambio de datos en los diferentes

departamentos, reducido el costo de la redundancia de esfuerzos, y la disminución de

Page 25: Libro Diseño

almacenamiento de información y recuperación. Varios de estos sistemas se han citado en la

referencia. 18, incluyendo:

La aplicación informática y el Sistema de Referencia (CARS), desarrollado por el AISI de

Diseño Automotriz manual de acero, lleva a cabo el análisis de primer orden de diseño

utilizando diferentes aceros.

Sistema de Diseño de Aluminio (ADS), desarrollado por la Asociación del Aluminio

(EE.UU.), realiza los cálculos de diseño y los controles de conformidad de aluminio

miembros estructurales con las especificaciones de diseño para el aluminio y sus

aleaciones.

Selección del material y diseño de las predicciones de vida a fatiga, desarrollado por ASM

International, ayuda en el diseño de estructuras de máquinas y la ingeniería utilizando

diferentes materiales de ingeniería.

Diseño de la máquina de selección de materiales, desarrollado por Penton Media

(EE.UU.), combina las propiedades de una amplia gama de materiales y los datos

establecidos para análisis diseño de.

8.3 SISTEMAS EXPERTOS

Los sistemas expertos, también llamados sistemas basados en conocimiento, son programas de

ordenador que simulan el razonamiento de un experto humano en un campo determinado del

conocimiento. Los sistemas expertos se basan en el análisis heurístico o reglas generales, para

extraer información de una gran base de conocimientos. Los sistemas expertos normalmente

constan de tres componentes principales:

La base de conocimientos contiene hechos y nivel de expertos reglas heurísticas para

resolver problemas en un dominio dado. Las reglas se introduce normalmente al sistema

por los expertos de dominio a través de un ingeniero del conocimiento.

El motor de inferencia proporciona un procedimiento organizado para tamizar a través de

la base de conocimientos y la elección de las normas aplicables con el fin de llegar a

recomendar las soluciones. El motor de inferencia también proporciona un vínculo entre la

base de conocimientos y la interfaz de usuario.

La interfaz de usuario permite al usuario introducir los parámetros principales del problema

en cuestión. También proporciona recomendaciones y explicaciones de cómo se llegó a

tales recomendaciones.

Un formato común para las reglas en la base de conocimientos está en la forma:

SI (IF) (condición 1) y / o (condición 2)

ENTONCES (THEN) (conclusión 1)

Page 26: Libro Diseño

Por ejemplo, en el caso de la selección de FRP:

IF: módulo elástico requerido, expresados en GPa, es más que 150 y específica la gravedad

inferior a 1,7.

THEN: fibras orientadas de carbono a 60% en volumen.

Los sistemas expertos están encontrando muchas aplicaciones en la industria, incluyendo las

áreas de análisis de diseño, resolución de problemas, el fracaso, la fabricación, la selección de

materiales, y sustitution de materiales.12 Cuando se usan para ayudar en la selección de

materiales, los sistemas expertos formulan recomendaciones imparciales y son capaces de buscar

grandes bases de datos para soluciones óptimas. Otra ventaja importante de los sistemas

expertos es su capacidad de capturar su valiosa experiencia y ponerla a disposición de un círculo

más amplio de usuarios. Un ejemplo es el sistema químico experto en corrosión, que se produce

por la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE) en los Estados Unidos.18 El

sistema solicita al usuario información sobre el medio ambiente condiciones y la configuración del

componente y luego recomienda materiales como candidatos.

Page 27: Libro Diseño

REFERENCIAS

1. MM Farag, selección de materiales para diseño de ingeniería, Prentice Hall Europa, Londres,

1997.

2. G. Dieter'' Descripción del Proceso de Selección de Materiales'', en ASM Manual de Metales,

Selección de Materiales y diseño, vol. 20, Volumen Presidente George Dieter, ASM International,

Materials Park, OH, 1997, pp 243-254.

3. J. Clark, R. Roth, y F. Campo III'', Techno-Economic Issues'' en ASM Manual de Metales,

Selección de Materiales, vol. 20, Volumen Presidente George Dieter, ASM International, Materials

Park, NY, 1997, pp 255-265.

4. MF Ashby, contenidos'' Tablas de selección,'' ASM Manual de Metales, vol. 20, Volumen

Presidente George Dieter, ASM International, Materials Park, NY, 1997, pp 266-280.

5. MF Ashby, los índices de rendimiento,'' ASM Manual de Metales, vol. 20, Volumen Presidente

George Dieter, ASM International, Materials Park, NY, 1997, pp 281-290.

6. D. Bourell, toma de decisiones en selección de materiales,'' ASM Manual de Metales, vol. 20,

Volumen Presidente George Dieter, ASM International, Materials Park, NY, 1997, pp 291-296.

7. T. Fowler, análisis de valor'' en selección de materiales y diseño,'' ASM Manual de Metales, vol.

20, Volumen Presidente George Dieter, ASM International, Materials Park, NY, 1997, pp 315-321.

8. FA Crane y Carlos JA, Selección y Uso de Materiales de Ingeniería, Butterworths, Londres,

1984.

9. MF Ashby, selección de materiales en el diseño mecánico, Pérgamo, Londres, 1992.

10. M. F. Ashby, Mat. Ciencia. Tech., 5, 517-525 (1989)

11. R. Sandstrom,'' Un acercamiento a la selección sistemática de contenidos'', Materiales y

Diseño, 6, 328 - 338 (1985).

12. V. Weiss, Computer-Aided selección de materiales, los metales del ASM Handbook, vol. 20,

Volumen Presidente George Dieter, ASM International, Materials Park, NY, 1997, pp 309-314.

13. PA Gutteridge y J. Turner'', asistido por ordenador de selección de materiales y diseño'',

Materiales y diseño, 3 (agosto), 504-510 (1982).

14. L. Olsson, Bengtson U., y H. Fischmeister'', ordenador asistido para la selección de

materiales,'' en Computadoras en Tecnología de Materiales, T. Ericsson (ed.), Pergamon, Oxford,

1981, pp 17-25.

15. PP Dargie, Parmeshwar K., y Wilson WRD'', MAPAS 1: Sistema Informático de Diseño

Asistido por Ordenador para el material preliminar y selección de los Procesos de Fabricación,''

Trans. ASME, J. Mech. Diseño, 104, 126-136 (1982).

Page 28: Libro Diseño

16. MM Farag y E. El-Magd,'' Un enfoque integrado de diseño de producto, selección de

materiales, y la Estimación de costos, contenidos'' y Diseño, 13, 323-327 (1992).

17. S. Pugh, Diseño Total: métodos integrados para el desarrollo exitoso de productos, Addison-

Wesley, Reading, MA, 1991.

18. SER Boardman y JG Kaufman, Directorio de propiedades de los materiales bases de datos,

Suplemento Especial de Procesos Avanzados y Materiales , ASM International, el Parque de

Materiales, OH, agosto 2000.

19. JH Westbrook, Fuentes de información y datos de las propiedades de los materiales '', ASM

Metals Handbook, Vol. 20, Volumen Presidente George Dieter, ASM International, Materials Park,

NY, 1997, pp 491 - 506.

20. D. Price,'' Guía de bases de datos de Materiales, Materiales Mundial'', julio, 418-421 (1993).

21. ME Heller, Selector de Metal, ASM International, el Parque de Materiales, NY, 1985