Seleção de materiais aula 2 @ Granta design and Prof. Ashby © M. F. Ashby, 2011 For reproduction guidance see back page Seleção de materiais aula 2 Concepção de projeto Tradução: Função, objetivos, restrições e variáveis livres 1

Seleção de materiais: o projeto @ Granta design and Prof. Ashby Seleção de materiais: o projeto Projeto é processo de traduzir uma ideia nova ou uma necessidade de mercado em informações detalhadas sobre a manufatura de um produto. Cada etapa do projeto (da concepção até o seu detalhamento) envolve decisões que alteram a seleção de materiais e dos processos de fabricação. O processo de seleção baseia-se na relação existente entre as condições de contorno do projeto (do produto) e as propriedades mecânicas e físicas desejadas para o material do produto. 2

Etapas do projeto Necessidade de mercado conceito formatação @ Granta design and Prof. Ashby Necessidade de mercado Função do produto Avaliação e seleção do conceito do produto Princípios de funcionamento Detalhamento conceito Layout, escala, geometria Modelamento e montagem Avaliação do conceito Revisão? formatação Detalhamento projeto Escolha do processo e do material Otimização do custo e desempenho Especificação detalhamento Especificação do produto 3 3

Exemplo: abridor de garrafas de vinho Conceito @ Granta design and Prof. Ashby Exemplo: abridor de garrafas de vinho Quais os conceitos válidos para este produto que vai retirar a rolha da garrafa? 4

Conceitos para abridor de garrafas de vinho @ Granta design and Prof. Ashby Conceitos para abridor de garrafas de vinho puxar puxar empurrar erodir quebrar 5

Princípios de funcionamento para o abridor de garrafas de vinho Conceito @ Granta design and Prof. Ashby Princípios de funcionamento para o abridor de garrafas de vinho Puxar diretamente Eixo Rosca Alavanca de puxar Sistema articulado Lâminas de cisalhamento Engrenagem de puxar Empurrar diretamente Injeção de gás Pressão de gás Alavanca de puxar 6

Conceito @ Granta design and Prof. Ashby Detalhes de funcionamento do abridor de garrafas de vinho usando um dos conceitos Puxar diretamente Alavanca para puxar Engrenagem puxar Engrenagem puxar 7

Projetos: existe uma solução única? @ Granta design and Prof. Ashby Projetos: existe uma solução única? Os projetos não possuem uma única solução, embora algumas soluções possam parecer claramente melhores do que as outras em função das condições de contorno usadas para o projeto (época ou cultura ou geografia ou ciclo industrial ou público alvo). Projetos de bicicleta para transporte na cidade de São Paulo, transporte na Ilha do Marajó ou no Rio de Janeiro ou em São Francisco. 8

Seleção de materiais e de processos @ Granta design and Prof. Ashby Seleção de materiais e de processos Os projetistas precisam ter uma “cabeça aberta” para abordar novos conceitos e para considerar todas as possibilidades de materiais e processos. O projetista deve então criar uma peneira de restrições de propriedades (a partir de objetivos claros) para selecionar as melhores soluções de materiais e processos de fabricação. Projetos de papeleiras (lixeiras urbanas) para cidade de São Paulo, Londres, Cairo e Rio Branco. 9

Seleção de materiais: um processo sistemático @ Granta design and Prof. Ashby Seleção de materiais: um processo sistemático A redução no número de materiais e processos de fabricação candidatos é proporcional ao detalhamento do projeto. A seleção deve usar um processo sistemático e transparente. Figura 2: Estratégia de seleção agindo como funções de transferência, convertendo requisitos do projeto em lista de materiais e processo escolhidos. 10

Seleção de materiais: processo sistemático @ Granta design and Prof. Ashby Seleção de materiais: processo sistemático 11 11

Seleção de materiais: processo sistemático @ Granta design and Prof. Ashby Seleção de materiais: processo sistemático 12 12

Tradução @ Granta design and Prof. Ashby As condições de contorno do projeto são obtidas através da elaboração da “tradução dos requisitos de projeto” (translation of design requirements). A elaboração desta tradução deve ser feita através das respostas: Qual a função do componente? Quais os requisitos de propriedades do material que devem ser atendidas para o bom funcionamento do produto? Quais são os objetivos do projeto? Quais os parâmetros do produto que o projetista tem a liberdade de alterar? 13

Tradução Projeto, função? Qual a função do componente? @ Granta design and Prof. Ashby Projeto, função? Qual a função do componente? suportar momento de flexão conter uma pressão externa transmitir calor gerar calor refrigerar conter fluido ser transparente à passagem de nêutrons reduzir a velocidade dos nêutrons 14

Projeto, condições essenciais? Tradução @ Granta design and Prof. Ashby Projeto, condições essenciais? Quais os requisitos de propriedades que devem ser atendidos para o bom funcionamento do componente? componente deve suportar as tensões de serviço sem falhar (quais? de que tipo? em que meio? ); componente deve possuir controle dimensional adequado na faixa de temperaturas de uso; componente deve suportar determinadas faixas de temperaturas de trabalho; componente deve suportar determinado ambientes sem ser degradado. 15

Tradução Projeto, objetivos? Quais os objetivos do projeto? @ Granta design and Prof. Ashby Projeto, objetivos? Quais os objetivos do projeto? produto mais barato; produto mais leve; produto mais ecologicamente correto (energia ou emissão de CO2 ou gasto de água); produto com menor volume; objetivos múltiplos (até mesmo conflitantes): exemplos? 16

Projeto, variáveis livres Tradução @ Granta design and Prof. Ashby Projeto, variáveis livres Quais os parâmetros que o projetista tem liberdade de alterar? material; processo; geometria; 17

Objetivos e materiais @ Granta design and Prof. Ashby Seleção de materiais: objetivos conflitantes num projeto de quadro de bicicleta Finalistas de um processo de seleção de material para bicicleta com objetivos múltiplos. Curvas de funções penalidades dentro de um mapa que minimiza a massa e o custo no projeto de uma bicicleta, para diferentes valores de taxa de cambio entre redução de massa e preço. 18

função, restrições, objetivos e variáveis livres do projeto Tradução e índice de desempenho @ Granta design and Prof. Ashby Projeto função, restrições, objetivos e variáveis livres do projeto A partir da definição da função do produto, das propriedades restritivas do projeto, das variáveis livres e dos objetivos do projeto (eficiência, custo, meio-ambiente) são criadas as condições básicas para: a dedução dos índices de desempenho que permitirão classificar e selecionar materiais e processos de produção. 19 19

Exercícios Segunda lista de exercícios: @ Granta design and Prof. Ashby Exercícios Segunda lista de exercícios: Lista 2 , exercícios 20, 21, 23 – 33 e 44. Exercises with worked solutions Leitura crítica com sumário: E1 (Introduction to exercises); Leitura crítica com sumário: E3 (Devising concepts) 20