KJR-C2004 materiaalitekniikka Materiaalinvalinta ja elinkaarianalyysi

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "KJR-C2004 materiaalitekniikka Materiaalinvalinta ja elinkaarianalyysi"

Jarno Sipilä
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 KJR-C2004 materiaalitekniikka Materiaalinvalinta ja elinkaarianalyysi Harjoituskierros 4

2 Aiheesta kirjoissa Callister & Rethwish. Materials Science and Engineering Chapter 22. Economis, Environmental, and Societal Issues in Materials Science and Engineering Ashby et al. Materials Engineering, Science, Processing and Design Chapter 20. Materials, process and the environment 2

Economis, Environmental, and Societal Issues in Materials Science and

3 Tänään ohjelmassa 1. Teoriaa, pienryhmäkeskustelua 2. Ryhmätyö

4 Atomitason ilmiöt Rakennemuutosten kinetiikka + mikrorakenne Mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet Rakenteet 4

5 Case - pyörän runko Runkoja tehdään lukuisista materiaaleista Teräs, alumiini, titaani, magnesium, GFRP, CFRP, puu Mikä on paras? Riippuu tilanteesta ja käyttötarkoituksesta Ei yhtä vaihtoehtoa 5

6 Parhaat vaihtoehdot Karttojen avulla löydetään parhaat vaihtoehdot Hiilikuitukomposiitit, alumiinit, teräkset (titaanit, magnesiumit, jotkut puulajit) Muistetaan, että ominaisuudet eivät tule tyhjästä Jäykkyys Atomien ja molekyylien väliset sidokset Lujuus Mikrorakenne, kiderakenne Alumiinit - erkautuskarkaisu Teräkset - faasirakenteet Hiilikuitukomposiitit - matriisin antaa muodon ja hiilikuitu kantaa kuorman 6

Jäykkyys Atomien ja molekyylien väliset sidokset Lujuus Mikrorakenne, kiderakenne Alumiinit -

7 Trade-off Oheisessa kuvassa pyörän kokonaismassan ja hinnan vertailu Sen avulla voidaan arvioida, kuinka paljon painosäästölle annetaan arvoa Kilpapyörä vs. kauppapyörä 7 1. Ashby, M. F. Materials selection in mechanical design. Burlington, MA : Butterworth- Heinemann, cop ISBN s.210

Kilpapyörä vs. kauppapyörä 7 1. Ashby, M. F.

8 Näiden perusteella johtopäätökset Ei ole yhtä oikeaa ratkaisua Ratkaisu riippuu käyttäjän tarpeista Monella ratkaisulla saavutetaan hyvä lopputulos Mutta jos kuitenkin halutaan sanoa mikä vaikuttaa kaikista parhaalta materiaaliominaisuuksien perusteella Hiilikuitukomposiitit, yllättikö? 8

lopputulos Mutta jos kuitenkin halutaan sanoa mikä vaikuttaa kaikista

9 Mutta Tähän mennessä olemme ottaneet huomioon mekaanisia ominaisuuksia (ja hinnan) Nykyään ympäristöasioille annetaan paljon painoarvoa suunnittelussa Esim. Koneenrakennuksen materiaalitekniikan ryhmällä oli juuri tutkimus NSN:n matkapuhelintukiaseman kuoren materiaalinvalinnasta, jossa yhtenä tutkimusongelmana oli hiilijalanjäljen pienentäminen Seuraavaksi ympäristövaikutusarvioksi saattaa nousta vesijalanjälki. 9

Koneenrakennuksen materiaalitekniikan ryhmällä oli juuri tutkimus NSN:n matkapuhelintukiaseman kuoren

10 Elinkaari Päästöt CO 2, NO x, So x Pienhiukkaset Jäte Lämpöhukat 10

11 Elinkaariprofiili Erilaisten tuotteiden elinkaaren aikana tuotettujen päästöjen profiilit ovat erilaisia Käyttöintensiiviset Materiaali-intensiiviset Voidaan myös jakaa vaikuttavuuden mukaan Tuleeko mieleen esimerkkejä? Korkea vaikutus, käyttöintensiivinen lentokone Matala vaikutus, materiaaliintensiivinen kanootti 11

myös jakaa vaikuttavuuden mukaan Tuleeko mieleen esimerkkejä?

12 Esimerkkejä elinkaariprofiileista 12

13 Elinkaarivaikutusten hallinta 1. Selvitä elinkaariprofiili 2. Selvitä tavoite 3. Valitse materiaali 13

14 14

15 End-of-Life eli elinkaaren loppuvaihe 15

16 Back to fillari case 16

17 Esimerkiksi alumiinirunko Suunnittelutyö Alumiinin raakaaine (bauksiitti) 1. Primary Aluminium production, käytetty , saatavissa URL: Kuva. Google maps 17

Primary Aluminium production, käytetty 20.3.

18 Esimerkiksi alumiinirunko Suunnittelutyö Tuotteen valmistus Käyttö End of first life? Kaatopaikka Kierrätys Myyminen Tuunaus Mitä muuta? 1. Primary Aluminium production, käytetty , saatavissa URL: Kuva. Google maps Materiaalin valmistus Ympäri maapalloa, suurin osa Kiinassa 1 18

Primary Aluminium production, käytetty 20.3.2015, saatavissa URL: http://www.

19 Alumiini vs. hiilikuitukomposiitti Alumiinin voi kierrättää Kierrätysalumiinin valmistus vie ainoastaan 5 % energiaa suhteessa primääriseen tuotantoon Entä hiilikuitukomposiitit? Kierrättäminen vaikeata, mahdollisuuksia downgradeukseen Kuidun saaminen ulos polymeerimatriisista vahingoittaa kuituja ominaisuudet kärsivät Onneksi haluja on kehittää tekniikoita CFRP:n kierrätykseen 19

primääriseen tuotantoon Entä hiilikuitukomposiitit?

20 Alumiini vs. hiilikuitukomposiitti 1000 runkoa Alurunko 2,5 kg Kierrätetään CFRP 1,5 kg Downgrade Merikuljetus Kiinasta Eurooppaan km Kuljetuksen osuus mitätön 20

21 Kysymyksiä? 21

22 Ryhmätehtävä Selvittäkää ja kertokaa, mitä eri EOL vaihtoehdot tarkoittavat : Recycle Downcycle Re-use Re-engineering Reconditioning Landfill / Combustion 22

23 Ryhmätehtävä 1. Valitkaa vapaavalintainen tuote, jonka valmistusmateriaalin tiedätte / tunnistatte. 2. Selvittäkää ja kuvailkaa kyseisen materiaalin primäärinen valmistusprosessi. 3. Selvittäkää, mitä EOL vaihtoehtoja kyseiselle materiaalille / tuotteelle on olemassa. 4. Mitä etuja / haittoja on kussakin EOL-vaihtoehdossa verrattuna primääriseen materiaalin valmistusmenetelmään? 23

24 Muutama juttu Merkatkaa kiertävään listaan jäsenten nimet Palauttakaa MyCoursesiin ryhmäkohtainen palautus seuraavasta ryhmätehtävästä viikon kuluessa harjoituksesta Hyväksytystä tehtävästä 5 p Myöhästynyt palautus -1 p / päivä 24

Samankaltaiset tiedostot

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 3

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 3 KJR-C2004 materiaalitekniikka Harjoituskierros 3 Tänään ohjelmassa 1. Tasapainopiirros 1. Tulkinta 2. Laskut 2. Faasimuutokset 3. Ryhmätyöt 1. Esitehtävän yhteenveto (palautetaan harkassa) 2. Ryhmätehtävä