材料選擇與設計
以三選一題型學習Ashby材料選擇圖、輕而剛的樑與輕而強的拉桿的性能指標、成本與環境負荷的比較、避免破壞的選材方式，以及可回收性，也能練習質量與成本比較的計算。
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材料選擇與設計的重點
在Ashby的方法中，將設計需求整理為功能、限制條件、目標與自由變數，消去自由變數後，導出僅由材料性質組合而成的性能指標。由剛性決定的拉桿以 E/ρ、可改變斷面的樑以 √E/ρ、可改變厚度的板以 ∛E/ρ、由強度決定的拉桿以 σf/ρ 最大的材料較為有利。在楊氏模數對密度的雙對數材料選擇圖上，性能指標固定的線為直線，可以一眼比較各候選材料。
實際選材時，除了性能，也要考慮包含每公斤價格的成本、從製造到廢棄的能源與CO₂排放量，以及即使有裂縫也不會突然破壞的程度(K_IC/σy)。目標之間互相衝突時，從柏拉圖最適的候選中以交換常數選擇。減少材料種類並使其易於拆解的設計，以及管理混入廢料中的元素，是提高可回收性不可或缺的做法。
材料選擇與設計的題目列表（12題）
- 以Ashby方法選擇材料時，將設計條件整理為「功能、限制條件、目標、自由變數」。在腳踏車車架的選材中，屬於「目標」的是下列何者？
- 想把長度L固定、支撐拉伸負荷F而不降伏的拉桿（受拉構件），在截面積可自由選擇的條件下做得最輕。設材料的降伏強度為σf、密度為ρ，應最大化的性能指標為下列何者？
- 想把長度與彎曲剛性固定的正方形截面樑，在截面大小可自由改變的條件下做得最輕。設楊氏模數為E、密度為ρ，應最大化的性能指標為下列何者？
- 在縱軸為楊氏模數E、橫軸為密度ρ的雙對數材料選擇圖（Ashby圖）上，輕而剛之樑的性能指標 √E/ρ 固定的線（導引線）的斜率為下列何者？
- 以鋼（E = 210 GPa，ρ = 7.8 g/cm³）與鋁合金（E = 70 GPa，ρ = 2.7 g/cm³）製作設計成長度與彎曲剛性相同的正方形截面樑。截面大小可自由改變時，鋁合金樑的質量約為鋼樑的幾倍？
- 以鋼（E = 210 GPa，ρ = 7.8 g/cm³，每1 kg的價格設為1）與準等向性疊層的CFRP（E = 70 GPa，ρ = 1.6 g/cm³，每1 kg的價格設為鋼的20倍）製作長度與拉伸剛性固定的拉桿。截面積可自由改變時，CFRP拉桿的材料費約為鋼拉桿的幾倍？
- 對於在降伏應力 σy 下使用的構件，為了不在降伏之前發生脆性破壞，裂縫大小的上限可由 a = (1/π)(K_IC/σy)² 估算（形狀係數 Y = 1）。對鋼（σy = 800 MPa，K_IC = 120 MPa·√m）而言，此臨界裂縫長度最接近下列何者？
- 就一般汽油轎車而言，比較材料從製造到廢棄的生命週期中各階段消耗的能源，通常最大的是哪個階段？又由此導出的選材方針，下列何者適當？
- 設鋁合金的製造能源，由礦石製成的原生鋁錠為每1 kg 200 MJ，將廢料重熔的再生鋁錠為每1 kg 15 MJ。以質量計含60%再生鋁錠的材料，每1 kg的製造能源最接近下列何者？
- 以電爐熔化鐵廢料再生時，在反覆再生中容易累積在鋼中、降低品質而成為問題的元素（tramp element）為下列何者？
- 提高產品可回收性的選材與設計方針，下列何者適當？
- 想同時減小零件的質量與成本這2個目標，但越輕的材料越貴，沒有兩方面都最佳的材料。此時選擇材料的方法，下列何者適當？