3.1 Smanjenje mase proizvoda. Lake konstrukcije.

Štednja energije i mase materijala je opći i važan zadatak konstruktora. Velik značaj smanjenje mase konstrukcije ima u gradnji vozila,brodova i aviona,gdje svaki kilogram mase utječe na brzinu kretanja,radijus djelovanja i potrošnju energije. Teža vozila troše dio energije za prijevoz vlastite težine,a preostali dio za prijevoz korisnog tereta.

U gradnji transportnih sredstava se koristi pokazatelj odnosa korisnog tereta i vlastite mase. Taj odnos iznosi za: brodove 20-30,željeznička vozila 10-20,automobilska vozila 3-5,a za avione 1.2-2.5.

Za generatore energije, npr. motore sa unutrašnjim izgaranjem koristi se kao pokazatelj savršenosti konstrukcije odnos mase stroja u odnosu na snagu stroja g = .Primjenom lakih legura i polimera smanjuje se masa ovih strojeva.Veća masa uzrokuje veće troškove materijala i proizvodnje. Ako se radi o zavarenom proizvodu, tada manja debljina zavarenih spojeva bitno smanjuje troškove pripreme za zavarivanje,izvođenje zavarivanja,toplinske obrade i kontrole zavarenih spojeva.

Važno je smanjiti i volumen proizvoda. Kada se ugrađuje više vrsta materijala, može se govoriti o koeficijentu iskorištenja volumena (v). Poželjno je da je on što niži, uz prethodno zadovoljenje svih tehničkih i sigurnosnih zahtjeva koji se postavljaju za zavarenu konstrukciju.

(1)

S Gi...suma mase svih detalja izrađenog od određenog materijala

g i... gustoća materijala

N... parametar proizvoda ( npr. snaga, kW ) .

Općenito se mogu postaviti utjecaji na masu proizvoda :

m = A× l× r (2)

A...presjek elementa , m2

l ...dužina elementa , m

r ...gustoća, kg/m3.

Opći izrazi za proračun:

Vlak    (3)

Savijanje    (4)

Torzija    (5)

Kada se izrazi za proračun povežu s jednadžbom ( 2 ) ,tada se dobivaju ovisnosti mase za :

Vlak m = ( S,F,l ) ( r /Re ) (6)

Savijanje m = ( S,Ms,l ) ( r /Rsav ) ( A/W ) (7)

Torziju m = ( S ,Mt,l ) ( r /Rtorz. ) ( A/Wp ) (8)

ili općenito :

m = K1 ( S;F;N;l ) K2 ( A/W ) K3 ( r /R ) (9)

gdje su:

s dop ...dopušteno naprezanje na vlak,

t dop ...dopušteno naprezanje na torziju,

Re ...granica razvlačenja,

S ...koeficijent sigurnosti (za statičko opterećenje 1.5),

Rsavijanja ...čvrstoća na savijanje,

W ...otporni moment,

Rtorzije ...čvrstoća na torziju,

Mt ...moment torzije,

Wp ...polarni moment,

K1 ...faktor općih uvjeta (sile, kraci, dimenzije, zahtjevi na sigurnost),

K2 ...faktor profila (odnos površine presjeka i momenta otpora),

K3 ...faktor materijala (odnos gustoće i čvrstoće).

Primjeri smanjenja mase konstrukcije:

Primjer 1. Primjer 2. Primjer 3.

Za gradnju lakih konstrukcija može se postaviti kvalitativna zakonitost između ugrađene konstrukcije mase (težine) materijala G i čvrstoće materijala Rm:

sm.mase1.jpg (21383 bytes)

 

Laka gradnja ne može se ograničiti samo na čelične građevinske objekte, već je ona prisutna i u avionskoj i automobilskoj industriji, te u strojogradnji. Za ovakvu gradnju, pri izboru materijala vrijedi da se svaki materijal treba primjeniti na odgovarajućem mjestu pri izgradnji. Ona općenito i u odnosu na montažu konstrukcija zahtijeva transport i montažu najmanje mase, čija je gradnja moguća u najkraćem vremenskom periodu, bez obzira na godišnje doba i druge uvjete koji ograničavaju klasičnu gradnju.

Naravno da se industrijski napredak ne sastoji samo u smanjenju količine ugrađenog materijala u konstrukcijama već na to utječe više utjecajnih čimbenika, kao: razvoj novih materijala i njihovih kombinacija, nova konstruktivna rješenja, nove tehnologije i dr.

Povratak na početnu stranicu - povratak na sadržaj!