Одной из важнейших задач при проектировании сооружений является оптимальный и адекватный выбор конструкционного материала (материалов), который обеспечит будущему сооружению требуемые от него свойства. Как выбрать материал для проекта?
Чтобы правильно выбрать материал, необходимо чётко понимать, для чего это сооружение создаётся. Нужно постараться задать себе правильные вопросы и ответить на них:
- Какие нагрузки будет испытывать проектируемая конструкция —механические, тепловые, химические, электрические?
- Можно ли определить величину этих нагрузок, а также как эти нагрузки будут действовать (нагрузки растягивающие / сжимающие / крутящие / изгибающие / перерезывающие / комплексные; нагрузки статические или динамические и т.п.)?
- Где будет эксплуатироваться конструкция, в каком климате и в какой сезон (на улице / в воде / зимой в сорокаградусный мороз и т.д.)
- Состоит ли конструкция из нескольких частей, и если да, то как должны взаимодействовать части друг с другом?
- Каковы допустимые размеры и масса конструкции?
- Будет ли серийное производство конструкций, или это уникальная вещь?
- Какой наиболее дешёвый материал для проектируемой конструкции?
- Насколько эстетично должна выглядеть конструкция?
- могут возникнуть и другие вопросы для конкретного проекта.
При понимании, для чего нужна будущая конструкция, задача выбора материала сильно упрощается. Облегчить выбор материала может помочь специальный рисунок, делящий все существующие материалы на 5 + 1 классов: металлы, полимеры, керамики, стёкла, эластомеры, а также гибриды.
В центре пятиконечной звезды лежат гибридные материалы, состоящие из двух и более базовых материалов.
Сочетая свойства базовых классов материалов, можно получить гибридный материал с уникальными свойствами.
Например, само по себе стекло хрупкое, однако если стеклоткань соединить с эпоксидной смолой, то получится стеклопластик — прочный и лёгкий материал, который достаточно легко формуется и обрабатывается, при этом он не такой хрупкий как стекло.
Возможно эти 2 рисунка несколько помогут определиться в выборе конструкционного материала:
Зависимость "Прочность-плотность". Чем выше находится материал, тем он прочнее; чем правее находится материал, тем он плотнее (соответственно, тяжелее)
Зависимость "Упругость-плотность". Чем выше находится материал, тем сильнее он сопротивляется упругому растяжению (и сжатию); чем правее материал, тем больше его плотность (соответственно, и масса)
Универсального решения не существует, однако задача проектировщика —найти решение оптимальное. Знание свойств и поведения конструкционных материалов, а также понимание конечной цели проектирования (какая конструкция должна получиться) помогает проектировщику принимать верные решения в постоянном и непростом мире выбора.
