材料選擇與設計

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?

  1. A1
  2. B2
  3. C1/2
查看答案與解析

正確答案:B. 2

設 √E/ρ = C(固定),則 E = C²ρ²,兩邊取對數得 log E = 2 log ρ + 2 log C,成為斜率2的直線。位於平行於此線之線上的材料性能相同,線往左上平行移動越多,√E/ρ 越大,也就是能把相同剛性的樑做得越輕的材料。斜率1是 E/ρ 固定(拉桿)的線,斜率3是 ∛E/ρ 固定(面板)的線。斜率1/2是把縱軸與橫軸弄反、讀成 log ρ = (1/2) log E + 常數 之斜率的錯誤。在雙對數圖上,性能指標中次方的差異會表現為線的斜率差異,因此可在1張圖上讀出各種負荷方式下材料的排序。

回報錯誤

練習這個領域 前往領域頁面

相關計算工具

材料選擇與設計的其他題目

  1. 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?
  2. 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?
  3. 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?
  4. 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?
  5. 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?