8. Diseño y selección de materiales
8.1. Introducción
8.2. Metodología del diseño
8.3. Propiedades de los distintos tipos de materiales 8.4. Índice de material y mapas de selección
8.5. Ejemplos de diseño

El problema del diseño y selección de materiales

Aplicación: se debe cumplir unas funciones específicas Qué material cumple dichas funciones y de todos aquellos que las cumplen cual es el óptimo

A este proceso se le llama diseño y selección de materiales y existen metodologías específicas para poder realizar la selección de forma sistemática Principal dificultad: El número de materiales disponibles es enorme; metales, cerámicas, plásticos y compuestos (temas 5,6,7) conforman un vasto menú (entre 50.000 y …ver más…

Se debe tener en cuenta coste de la materia prima, del proceso de fabricación y del transporte
Requerimientos socio-ecológicos: Aspectos medioambientales, seguridad, normativa específica, reciclabilidad, biodegradabilidad, etc.

2. Índice de material para una barra, rígida y ligera.
Requerimientos científico-tecnológicos de diseño para una barra ligera.

Barra sometida a esfuerzos en flexión.
Debe soportar una carga F en flexión deformándose menos de un cierto valor δ
Se debe minimizar la masa
La longitud (l) de la barra está especificada

carga F
Sección
A

δ

longitud l l δ

Barra cargada en flexión

La rigidez (RI) de una barra de sección cuadrada cargada en flexión es:
C1EA 2

RI =

12l 3

(9.1)

donde E es el módulo de Young y C1 es una constante que depende de la distribución de la carga a lo largo de la barra. En la ecuación previa la rigidez RI y la longitud l son fijas por lo que el único parámetro libre es la sección A. tanto. Una de las ligaduras impone que F/δ sea mayor que la rigidez de la barra. Se tiene por

F C1EA 2
≥
δ
12l 3

(9.2)

Por otra parte la masa de la barra es:

m = ρAl

(9.3)

Despejando de esta última ecuación el parámetro libre A y sustituyéndolo en la ecuación previa se obtiene.
⎛ 12RI ⎞
⎟
m≥⎜
⎜ Cl ⎟
⎝ 1 ⎠

Se debe maximizar este índice (combinación de propiedades) 1

2

⎛ ρ ⎞ l3 ⎜
⎟
⎝ E1 / 2 ⎠

(9.4)

donde se han