Özellik grafikleri

Mühendisler yüzlerce malzemeyi aynı anda özellik grafiği ile karşılaştırır. Bu grafik, fikri geliştiren mühendis Michael Ashby'nin ardından genellikle Ashby grafiği olarak adlandırılır. Her malzeme, bir harita üzerindeki bir leke hâline gelir. Klasik bir grafikte yatay eksende özkütle, düşey eksende ise (Dünya 2'de tanıtılan rijitlik) Young modülü bulunur.

Her iki eksen de logaritmiktir. Logaritmik bir eksende eşit aralıkların her biri “10 kat” anlamına gelir, “10 eklemek” anlamına gelmez. Köpüğü (çok hafif ve çok esnek) ve çeliği (ağır ve rijit) tek bir sayfaya sığdırmanın tek yolu budur; çünkü değerleri binlerce kat farklıdır.

Nesnelerin nereye düştüğüne bak. Aynı aileden malzemeler bir arada kümelenir: polimerler rijitlik bakımından alt kısımda yer alır, metaller ağır ve rijit bir grupta bulunur, seramikler ve camlar rijittir, ahşaplar ve köpükler hafiftir. Tipik yaklaşık aralıklar:

• Köpükler: özkütle yaklaşık 10 ile 100 kg/m³ arasında, rijitlik 1 GPa'nın oldukça altında.
• Ahşaplar (lif yönünde): yaklaşık 300 ile 1.000 kg/m³ arasında, yaklaşık 5 ile 20 GPa arasında.
• Alüminyum alaşımları: yaklaşık 2.700 kg/m³, yaklaşık 70 GPa.
• Çelikler: yaklaşık 7.800 kg/m³, yaklaşık 200 GPa.
• Karbon fiber kompozitler (lifler yönünde): yaklaşık 1.500 ile 1.600 kg/m³ arasında, yaklaşık 100 ile 200 GPa arasında.

Sol üst köşe (hafif ve rijit) en çok istenen bölgedir; karbon fiber ve ahşap burada yer alır.

Grafikte tasarım için kılavuz çizgiler de bulunur. Ağırlığına göre mümkün olduğunca az bükülen hafif ve rijit bir kiriş gerektiğini düşün. Teoriye göre en iyi malzemeler, E^½ ÷ ρ değerinin en büyük olduğu malzemelerdir (elastisite modülünün karekökünün özkütleye bölümü). Log-log grafikte bu, eğimi 2 olan düz bir çizgidir; bu nedenle bir çizgiyi harita üzerinde kaydırarak hangi malzemelerin çizginin üzerinde kaldığını görebilirsin.

GPa^½ başına (Mg/m³) birimleriyle tipik değerler kullanılarak çözümlü örnek: çelik 14 ÷ 7,85 yaklaşık 1,8; alüminyum 8,3 ÷ 2,7 yaklaşık 3,1; lif yönünde meşe 3,5 ÷ 0,7 yaklaşık 5; karbon fiber kompozit 11,8 ÷ 1,55 yaklaşık 7.6. Aynı rijitlikte bir kiriş için karbon fiber ve ahşap, alüminyumdan; alüminyum da çelikten daha hafiftir.