Carta sifat

Jurutera membandingkan ratusan bahan sekaligus dengan carta sifat, yang sering dipanggil carta Ashby sempena nama jurutera Michael Ashby, yang membangunkan idea ini. Setiap bahan menjadi satu bongkah pada peta. Carta klasik mempunyai ketumpatan pada paksi mengufuk dan modulus Young (ketegaran, yang diperkenalkan dalam Dunia 2) pada paksi menegak.

Kedua-dua paksi itu logaritma. Pada paksi logaritma, setiap jarak yang sama bermaksud “darab 10”, bukannya “tambah 10”. Inilah satu-satunya cara untuk memuatkan buih (sangat ringan dan sangat mudah melentur) serta keluli (berat dan tegar) pada satu halaman, kerana nilainya berbeza dengan faktor ribuan.

Lihat di mana bahan-bahan itu berada. Bahan daripada keluarga yang sama berkumpul bersama: polimer berada di bahagian rendah dari segi ketegaran, logam berada dalam kumpulan yang berat dan tegar, seramik dan kaca adalah tegar, manakala kayu dan buih adalah ringan. Julat anggaran biasa:

• Buih: ketumpatan kira-kira 10 hingga 100 kg/m³, ketegaran jauh di bawah 1 GPa.
• Kayu (sepanjang ira): kira-kira 300 hingga 1,000 kg/m³, lebih kurang 5 hingga 20 GPa.
• Aloi aluminium: kira-kira 2,700 kg/m³, lebih kurang 70 GPa.
• Keluli: kira-kira 7,800 kg/m³, lebih kurang 200 GPa.
• Komposit gentian karbon (sepanjang gentian): kira-kira 1,500 hingga 1,600 kg/m³, lebih kurang 100 hingga 200 GPa.

Sudut kiri atas (ringan dan tegar) paling diingini, dan di situlah gentian karbon serta kayu berada.

Carta itu juga mempunyai garis panduan untuk reka bentuk. Katakan anda memerlukan rasuk yang ringan dan tegar, yang membengkok sesedikit mungkin mengikut beratnya. Teori mengatakan bahan terbaik ialah bahan yang mempunyai nilai E^½ ÷ ρ paling besar (punca kuasa dua modulus dibahagi dengan ketumpatan). Pada carta log-log, ini ialah garis lurus dengan kecerunan 2, jadi anda boleh menggerakkan satu garis merentasi peta dan melihat bahan yang berada di atasnya.

Contoh pengiraan dengan nilai biasa, dalam unit GPa^½ per (Mg/m³): keluli 14 ÷ 7.85 ialah kira-kira 1.8; aluminium 8.3 ÷ 2.7 ialah kira-kira 3.1; oak sepanjang ira 3.5 ÷ 0.7 ialah kira-kira 5; komposit gentian karbon 11.8 ÷ 1.55 ialah kira-kira 7.6. Untuk rasuk dengan ketegaran yang sama, gentian karbon dan kayu lebih ringan daripada aluminium, manakala aluminium lebih ringan daripada keluli.