f.rf(,J - EPrints USM

/'

UNIVERSITI SAINS h'IAI-AYSIA

Peperiksaan Semester Kedua Sidang Akademik 1993/94

April

1994

EFB 406/3 ^. -,,,Pemillha0 -FahAn

Masa:

^(3iam)

ARAHAN

KEPADA CALON

Sila pastikan bahawa kertas soalan ini

mengandungl

SEMBILAN {9) mukasurat

^bercetak

sebelum anda memulakan peperiksaan ini.

Kertas soalan ini mengandungi ENAM (6) soalan semuanya.

Sila

jawab

_LIMA (5) soalan sahaia.

Semua soalan MESTILAH dfiawab didalam Bahasa Malaysia.

Semua jawapan mesti dimulakan pada mukasurat baru.

i., !

(,J f.rf

^{...4 -}

1,

lal

Suhu/oC Kadar ray?p keadaan

mantap,

^E/s-

1

_bagi

tegasan tegangan

200 MN

rn'2

IEBB

^406/31

Bincangkan keperluan

yang

diutamakan

dalam pemilihan bahan

untuk

bilah turbin

gas.

(60

markah)

Satu tiub silinder di dalam loji kimia dikenakan tekanan

dalaman sebanyak

6

MN

r'2

yang menyebabkan tegasan

lilitan

pada dinding tiub.

Sebenarnya,

tiub

tersebut diperlukan untuk menangani tegasan

ini

pada

suhu 510o G selama 9 tahun. Seorang jurutera rekabentuk

telah memesan tiub yang msmpunyal

jarak

_40mm

dan

ketebalan dinding 2mm

serta

diperbuat daripada

aloi besi

nirkarat

dengan

15%

berat

kromium.

Spesifikasi pengeluar untuk

aloi ini

memberikan maklumat

berikuti

lbI

618

1.0 x lt)-7

640

1.7 x l0-7

660 4.3 x 10-7

683

707

7.'l x

10-7

20 x 10-6

Di

dalam

julat

tegasan

dan

suhu yang

mengikut

persamaan _berikut:-

€

o

= Ao5

^g-Q/RT

disebutkan,

aloi ini

boleh katakan rayap

di sini A dan Q adalah pemalar, R adalah pemalar gas semesta, dan T adalah suhu

mutlak.

Dengan andaian bahawa kegagalan akan berlaku pada terikan rayap 0.01

bagi aloi tersebut, berikan komen anda

mengenai keselamatan rekabentuk tersebut.

(40

markah)

x36

^.".31-

2,

laI

IbI

lal

3

IEBB

^406/31

Galas guling sebenarnya direkabentuk supaya sentiasa

dilincirkan

sewaktu digunakan. Haus rekat akan berlaku sekiranya

^pelinciran tersebut

gagal

(khususnya pada suhu tinggi), manakala haus

lelas

akan

berlaku sekiranya pelincir

tercemar.

Bincang keperluan utama dan pemilihan bahan galas.

(50

markah)

Salji dapat diperhatikan terletak stabil di atas atap yang

mempunyai

cerunan kurang daripada

24o

tetapi akan

menggelungsur

iatuh

^pada

cerunan yang leblh tinggi. Sebaliknya, peluncur salji

^boleh

menggelungsur

di

atas gunung salji yang hanya mempunyai cerunan 20.

Terangkan.

Seorang peluncur

salji yang

mompunyai

berat badan

¹⁰⁰

kg dan

berdiri

di

atas papan luncur yang

2m

panjang serta 0.10m lebar menggelongsor

pada cerun gunung 20 pada

suhu

0o C,

^Hitung

kerja yang

ditakukan melawan geseran

bila

papan luncur tersebut menggelungsur pada jarak sejauh panjangnya

sendiri.

Seterusnya, hitung ketebalan purata saput air di bawah setiap papan luncur (Haba pendam pelakuran ais adalah

330

l'rt.tm-3).

(50

markah)

Pilih bahan untuk menghasilkan bingkai basikal yang paling unggul, iaitu yang paling ringan untuk sesuatu kekakuan. Anda boleh andaikan bahawa

tiub bingkai tersebut adalah rasuk jalur

(panjang

D dan anjakan

^lentur

kenyal untuk satu-satu hujung rasuk

tiub bila

dikenakan

daya F

(hujung yang satu lagi terkapit kaku) adalah;

6=

^FF

senFl

2r

adalah

garispusat liub

(ditentukan

oleh

perekabentuk)

dan t

^adalah

ketebalan dinding tiub yang boleh

diubah-ubah. t

adalah

jauh

_{lebih kecil} daripada

r.

Terbitkan gabungan sifat bahan yang menentukan Jisim untuk

tiub yang

mempunyai kekakuan

tertentu.

Seterusnya,

lakukan

proses pemilihan bahan dengan menggunakan data dibawah.

3.

{. ,1, ^'c

"ra

, b t (70

markah)

..,41-

tbI

lbt

IEBB

^406/3I

Di antara bahan yang disebutkan di bawah, bahan manakah

^yang

menghasilkan bingkai basikal yang termurah bagi kekakuan lerlenlu, iaitu keluli

lembut,

aloi

aluminium,

aloi

titanium, GFRP, CFRP

dan

kayu keras.

4. Kos tenaga untuk setiap kitaran bakar suatu lanur tembikar industri ada sungguh

tinggi. Sebahagian daripadanya adalah kos tsnaga yang hilang

menerusi pengaliran melalui dinding

tanur; ini

boleh dikurangkan

dengan

memilih bahan

dinding yang

mempunyai kekonduksian

yang rendah dan secara

menebalkan

dinding.

Sebahagian

lagi

adalah

kos

tenaga untuk meningkatkan suhu tanur ke suhu operasi; ini boleh dikurang dengan memilih bahan dinding yang _msmpunyai ksmuatan haba yang rendah dan dengan menipiskan

dinding.

(Sila guna Rajah 1).

Adakah wujud indeks prestasi yang boleh

merangkumkan kedua-dua matlamat rekabentuk yang nampaknya

berlentangan?

Jika ya, terbitkan.

Bahan

Kef

uli

lembut

Aloi

aluminium

Aloi

titanium GMP

CFRP Kayu keras

5/M g rn -3

7"9

2.6 4.3

1.4 1,5

0.4

E/GNm-2

196

69 80 7 70

e(06)

Kos/RM

tan- ¹

800 3600

1 6630 4400

360,000

2000

(30 markah)

(60

rnarkah)

dan

tunjukkan yang diperlukan

(40

markah)

laI

Bincangkan pemilihan bahan untuk dinding

tanu r

bagaimana

ini

boleh dikaitkan dengan dinding bangunan untuk menyirnpan haba.

.* ,28

{.

...5/-

5.

lal

,5 IEBB

_406/3I

Satu komponsn boleh dihasilkan secara pemesinan, penempaan sejuk atau penyemperitan

sejuk.

Data

kos

(dalam

unlt kos

bahan untuk komponen

itu)

diberikan

di

dalam

jadual berikut.

Berikan

ulasan

mengenai proses termurah

bagi saiz

kelompok

(a) 1, (b) 100 dan (c)

100,000.

Proses Bahan, Crn

Buruh, Cg

_$am- ¹ 1

Modal,Cc

Kadar, n

^(lam-t1

Mesin

1

1

150

3e00

1

Ternpa

1

1

150 7000 2,9

$ernperit

1

1

150 e000 5.5

(50

markah)

lbl Grld kecil kuprum (takat lebur - 1360K; kekerasan = 160

^Mpa;

ketumpatan 8.96 Mglm3l diperlukan untuk menyokong

sampet

mikroskop elektron. Grid tersebut adalah cakera bulat

bergarispusat Smm dan tebal 0.2mm, serla ditembusl satu

grid

_bukaan

kecil.

Gunakan

carla

proses yang diberikan (Rajah

2

dan

3)

untuk mengenalpasti laluan proses yang mungkin.

{50

^markah)

' .29

^..,6/-

'6- IEBB

^406/31

6,

lal

Bincangkan

tahap

kekuatan

yang

biasanya

dirujuk untuk bahan

logam.

Seterusnya tunjukkan bagaimana kekuatan boleh ditingkatkan

^(sila berikan contoh'contoh khusus).

(40

markah)

I b

]

^{Pegas boleh didapati dalam pelbagai bsntuk}

dan

^{saiz, tetapi kesemuanya}

adalah pada asasnya rasuk kenyal kecllyang dikenakan beban

lentur.

Satu keratan rasuk segi empat yang disokong pada kedua-dua hujungnya dan dikenakan beban ditengahnya oleh daya F akan memesor€ sebanyak

6=

^Fr3

4Eb t3

Tegasan maksimum

di

dalam rasuk adalah sebagai

pada titik tengah dan diberikan

oy

= 3Fl

abe

({,

Paniang; b

^lebar;

t tebal

^rasuk)

Pilih bahan yang terlcaik untuk kegunaan sebagai pegas berasaskan data

berikut:

Loyang gangsar

Gangsar fosfor

Kuprurn

berilium Keluli pegas

Keluli

nirkarat

1 J

E/GNm-2

120

sylMN s1'2

68 640 770

1380 1300 1000 124

(60

markah)

'' tc

^..,7l-

lEns

^40613J

-7-

106

tds

THERMAL DIFFUSIVITY, o (m'/s)

RAJAH ¹ 1000

?

E

¹⁰⁰

\ 3

F

=ro F

(J 3

o z

C)

(J Jl

tr :

UJ

T F

lo-

to-t

31,

9.

CON DU CTIV ITY-

DI

FFU SIVITY

CONTOURS: VOLUT.iE SPECIFIC HEAT I J

/

^{rnT K }}

M FA'88*91

m3K)

/ /

HIGH

VOLUME SPECIFIC H EAT

/

_| eHGTNEERING

EN6tNEE*'*O/

col'tPostrEs

'r/-! '

-1105

/ / / / / / / ,/

/

CERAMICS

/ )0' /

/r/

./

/-/

,/ n-'

BRICK

-// ./t'

t/

'/ /

,/

/

GUIOE LINES FOR DESIGN

POLYMER ELASTOt-tERS

/ / / . :/ / /

rnGIU

LO\ry VCLUM E

SPECIFIC ^HEAT

.. r81-

lEss

^40613J

-8-

lo3

A

5

E

o z

t6 z

lrJ l0-

?o

tr

lrl z

=

J

(tl

F

T

(5 bJ

3

UJ

N

LN 102

UJ

t-"

r^O

_rv

=

E.

o_o-

€LECTRON" BE}M CASTIN G

PHYSICAL VAPOUR DEPOSITION

SPUTTERIN6

POLY MER MOUL D IN G

3000

(r<)

2000

MELTING TEMPERATURE

1000

RAJAH 2

TIN l,lAGllESlUl.l C0L0 SUPERAU-OE @BALT ZlRCONlUl,l ^MOLYSOEHUU

L€AD aLUl,llNlUM COPPER STEELS TlTANlUfr,l C|{ROM|UM TA|TAIUM

por-vLeRs

ztNc

srLvER cAsrtnoN NrcK€L

pLATINUM NtoBluM

TunosrEil

P3 slZF (WEJGI-II LyS.

MELTING

TEMPERATURE

APPRox LTNEAR DrMENsroN /st{'I

\p/

r€,/xil ^gr FULL MOULO

CASTIN6

CENTRIFUGAL CASTIN6

VACUUM.PRECISION ANO VACUUM.ARC CASTING PLASTER MOULD

CERAMIC MOULD

ELL CASTING INVESTMENT CASTINO

DtE cAsTrrllol*--

POLY M ER MOU L DIN 6

FULL ll MOULO

rEt Ec T Ro- FORMtNG, AND CVD

POWDER ME THOOS VACUUM CASTING

METHODS

IN VESTMENT

I

32

.gl-

-9-

1o-3

^to-z

lEss 4a6l3J

l0 ¹

f 5

lrJ E

trl U

LL

or 3

(,r') 102

10-3

10"4

lcs

10-4 10-1

SECTION THICKNESS (m)

RAJAH 3

-ooo0ooo-

i' .t'

33 Pl (o)$tJ8fiLCF AFE$/

MlNlMUl4 SEprlgNl

CONTOURS : APPROX.V0LUt-,lE At tm3 I

ag,/url ^gt

102 m3

ORAVITY- FED SURFACE TENSION

10-6

LlMlr

\

\"

\/ \//

\//

POLYI{ER roRHIN6

TONNE

POLYMER

OR MING

H

FULL MOULD

CASTIN0--.

CENIRFUCIAL

CASTING

f/n

NVESTME CASTIN G

CASTINO

/ ^PRESSURE

DE CASTING

\

^{\^/}

/st 6tf

^I

/'9 '/

trt't

Ij/ lo*

'+'J/ \

rrirvEsruEr'rl

I casrtNo

-

_1\

Ir

I CENT RIFUOAL

f-

_\pnESS ^casnruo

/

unl/

/

DIE CASTING

ELECTRO FORM|NG NruO CHE MICAL- VAPOUR

DE POSITION SPLUTTERING.

EVAPORATION

ld

102

MINIMUM

34

f;