Biểu đồ Ashby giúp so sánh vật liệu ra sao?

• Vùng của một nhóm vật liệu
• Vùng của nhóm vật liệu khác
• Hai trục tính chất

Bạn sẽ học được gì

• Mô tả biểu đồ Ashby cho thấy điều gì và vì sao nó có nhiều vùng.
• Giải thích vì sao biểu đồ dùng thang logarit và đường thẳng.
• Đọc cách dịch một đường trên biểu đồ để chọn vật liệu.

Cần biết trước

Biết khối lượng riêng là khối lượng trên một thể tích, còn mô-đun Young mô tả sức chống biến dạng đàn hồi của vật liệu. Độ cứng vững của cả chi tiết còn phụ thuộc hình dạng; xem bài về tính chất và hiệu năng để phân biệt.

Biểu đồ Ashby cho thấy điều gì?

Nó cho thấy nhiều vật liệu cùng lúc trên hai tính chất, nên so sánh được thay vì xét từng vật liệu một. Giáo trình Materials Design của Đại học Northwestern nêu rằng thường hữu ích hơn khi vẽ các tính chất theo nhau để có hình ảnh trực quan về toàn bộ không gian tính chất, và có hình biểu đồ Ashby của độ bền kéo theo khối lượng riêng.

Lý do cần so sánh là một chi tiết đòi nhiều thứ cùng lúc. Giáo trình Young's Modulus - Density selection map của Đại học Cambridge ghi rằng cần cân bằng các tính chất khác nhau để tìm vật liệu phù hợp nhất cho ứng dụng, và việc đó làm được bằng cách tìm chỉ số hiệu năng thích hợp rồi so sánh giá trị của nó giữa các vật liệu.

Vì sao biểu đồ dùng thang logarit và đường thẳng?

Vì tính chất của vật liệu trải trên khoảng giá trị rất rộng. Giáo trình Northwestern ghi rằng nên vẽ biểu đồ theo thang logarit gần như luôn. Giáo trình Cambridge cũng nói phần lớn biểu đồ chọn vật liệu dùng thang logarit.

Thang này cho một lợi thế: một giá trị của chỉ số hiệu năng biểu diễn được bằng một đường thẳng. Northwestern cho ví dụ rằng một đường độ dốc bằng một trên biểu đồ logarit kép ứng với các vật liệu có cùng giá trị độ bền chia khối lượng riêng.

• Đường của một giá trị chỉ số
• Các đường song song cho giá trị khác

Đọc biểu đồ để chọn vật liệu như thế nào?

Dịch đường chỉ số theo hướng có lợi cho tới khi chạm vật liệu tốt nhất. Giáo trình Cambridge hướng dẫn dịch đường có độ dốc đúng đi xa nhất có thể lên trên và sang trái, tức tăng độ cứng vững và giảm khối lượng riêng, để được vật liệu có chỉ số tốt nhất.

Chỉ số chỉ dùng tính chất vật liệu. Phần còn lại, như kích thước và tải của chi tiết, không đổi theo vật liệu nên bị loại khỏi chỉ số. Với tấm chịu uốn, khối lượng riêng thấp rất quan trọng nên gỗ được ưa dùng; hợp kim nhôm cũng chịu uốn tốt nên dùng cho máy bay. Với bánh đà, vật liệu tốt nhất là vật liệu có độ bền cao và khối lượng riêng thấp.

• Đường đã dịch
• Vùng vật liệu được chọn
• Hướng dịch

Ví dụ trong đời sống

Hãy hình dung việc chọn vật liệu cho một tấm ván chịu uốn mà phải nhẹ. Ta vẽ biểu đồ độ cứng vững theo khối lượng riêng, đặt đường chỉ số rồi dịch lên trên và sang trái. Với ví dụ tấm có chiều dày được tự chọn trong giáo trình Cambridge, chỉ số cần tăng là căn bậc ba của mô-đun Young chia cho khối lượng riêng. Mô-đun Young biểu thị độ cứng đàn hồi của vật liệu; khối lượng riêng cho biết khối lượng trên một thể tích. Đường phải có độ dốc ứng với chính chỉ số này. Nguồn nêu gỗ và hợp kim nhôm là những ứng viên có lợi cho bài toán chịu uốn nhẹ, nhưng không đủ để kết luận chúng luôn đứng đầu hoặc được chạm trước. Đây là tình huống giả định để minh họa cách đọc, chưa phải kết quả chọn một mác vật liệu cụ thể.

Hiểu lầm thường gặp

Biểu đồ cho một vật liệu thắng cho mọi việc. Mỗi chỉ số gắn với một yêu cầu; đổi yêu cầu thì đổi đường.

Thang logarit làm méo kết quả. Nó giúp biểu diễn khoảng giá trị rộng và biến một giá trị chỉ số thành đường thẳng.

Chỉ số dùng cả kích thước chi tiết. Giáo trình loại các giá trị do ứng dụng quy định khỏi chỉ số, chỉ giữ tính chất vật liệu.

Câu hỏi thường gặp

Biểu đồ Ashby là gì?

Là biểu đồ vẽ tính chất của nhiều vật liệu theo nhau để so sánh chúng trong cùng một không gian tính chất.

Vì sao dùng thang logarit?

Vì tính chất vật liệu trải trên khoảng giá trị rất rộng, và thang này biến một giá trị chỉ số thành đường thẳng.

Dịch đường lên đâu để chọn vật liệu tốt hơn?

Trong ví dụ độ cứng vững theo khối lượng riêng, dịch lên trên và sang trái.

Tóm tắt

• Biểu đồ Ashby so sánh nhiều vật liệu trên hai tính chất trong một không gian tính chất.
• Thang logarit biến một giá trị chỉ số hiệu năng thành đường thẳng.
• Dịch đường chỉ số theo hướng có lợi để chọn vật liệu tốt nhất cho yêu cầu đã cho.