Diagram sifat

Insinyur membandingkan ratusan material sekaligus dengan bagan sifat, yang sering disebut bagan Ashby sesuai nama insinyur Michael Ashby, yang mengembangkan gagasan ini. Setiap material menjadi sebuah blob di peta. Bagan klasik menempatkan massa jenis pada sumbu horizontal dan modulus Young (kekakuan, yang diperkenalkan di Dunia 2) pada sumbu vertikal.

Kedua sumbu tersebut bersifat logaritmik. Pada sumbu logaritmik, setiap langkah yang sama berarti “kali 10”, bukan “tambah 10”. Hanya dengan cara ini busa (sangat ringan dan sangat mudah melengkung) serta baja (berat dan kaku) bisa ditampilkan dalam satu halaman, karena nilainya berbeda hingga ribuan kali.

Perhatikan posisi berbagai benda. Material dari keluarga yang sama mengelompok: polimer berada di bagian bawah dalam hal kekakuan, logam berada dalam kelompok yang berat dan kaku, keramik dan kaca bersifat kaku, sedangkan kayu dan busa ringan. Kisaran umum:

• Busa: massa jenis sekitar 10 hingga 100 kg/m³, kekakuan jauh di bawah 1 GPa.
• Kayu (searah serat): sekitar 300 hingga 1.000 kg/m³, kira-kira 5 hingga 20 GPa.
• Paduan aluminium: sekitar 2.700 kg/m³, kira-kira 70 GPa.
• Baja: sekitar 7.800 kg/m³, kira-kira 200 GPa.
• Komposit serat karbon (searah serat): sekitar 1.500 hingga 1.600 kg/m³, kira-kira 100 hingga 200 GPa.

Sudut kiri atas (ringan dan kaku) adalah yang paling diinginkan, dan di situlah serat karbon serta kayu berada.

Bagan ini juga memiliki garis panduan untuk desain. Misalkan kamu membutuhkan balok yang ringan dan kaku, yang sebisa mungkin tidak melengkung karena beratnya. Teori menyatakan bahwa material terbaik adalah material dengan nilai E^½ ÷ ρ terbesar (akar kuadrat modulus dibagi massa jenis). Pada bagan log-log, ini adalah garis lurus dengan gradien 2, sehingga kamu dapat menggeser garis melintasi peta dan melihat material mana yang berada di atasnya.

Contoh perhitungan dengan nilai umum, dalam satuan GPa^½ per (Mg/m³): baja 14 ÷ 7,85 kira-kira 1,8; aluminium 8,3 ÷ 2,7 kira-kira 3,1; kayu ek searah serat 3,5 ÷ 0,7 kira-kira 5; komposit serat karbon 11,8 ÷ 1,55 kira-kira 7.6. Untuk balok dengan kekakuan yang sama, serat karbon dan kayu lebih ringan daripada aluminium, dan aluminium lebih ringan daripada baja.