材料和产品的生态设计.ppt

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1、第五章材料和产品的生态设计内容5.1生态设计概念5.2材料的生态设计5.3生态产品的设计原则与方法5.4工业生态学2人类现已使用了三分之一以上的自然资源或自然恩惠。引起资源枯竭的原因，除大量开采、无限度使用外，资源的回收利用率低是另一重要原因。随着人们对地球环境意识的提高，现在的工厂防止公害的措施已由排放口处理或控制，转到污染源头的控制。3表5-1几类机电产品中所含的稀有金属表5-2某些重要金属的全球储藏量4提高环境效益的策略有以下3条：①防止污染、废弃物减量、绿色生产、绿色技术；②生态环境设计；③再利用与再生（循环式）。有研究者认为，生态设计应包括①和③两条。5图

2、5-1现代设计内容及目标示意图65.1生态设计概论一、生态设计的基本概念生态设计（Eco-design，ED）是指在材料和产品的设计中将保护生态、人类健康和安全的意识有机地融入其中的设计方法，故又称为生命周期工程设计（LifeCycleEngineeringDesign，LCED）、绿色设计（GreenDesign，CD），或为环境而设计（DesignforEnvironment，DFE）。7生态设计目标主要考虑4个要素，即先进性、经济性、协调性和舒适性。★先进性：是指要充分发挥材料的优异性能，满足各行各业对材料产品的要求；★经济性：即考虑材料产品的成本，能够保证制

3、造商的利润，维持经济活动的运转；★协调性：就是要保证在材料的生产和使用过程中与环境尽可能协调，维持生物圈循环过程的平衡；★舒适性：是指材料产品能够提高生活质量，使人类生活环境更加舒适。8生态设计是面向产品的整个生命周期，是“从摇篮到再生”的系统设计，是从根本上防止环境污染、节约资源和能源的一种重要的系统过程。9二、生态设计的基本原则生态设计就是“设计+LCA”图5-3生态设计的概念10生态设计产品的综合价值指标PerformanceCostImpact排除C环境效率排除I性能最好，成本最低11三、生态设计方法产品设计时就要充分兼顾其性能、质量、成本与环境协调性1．设

4、计要点生态设计的准则与目标是：（1）减少拆卸工作量（2）可预见性（3）易于处理（4）易于分离（5）减少多样性12产品设计总的要求是统一化、简化、省能、协调化，使产品低熵化，缩小不可逆过程，改进无序状态。具体要求如下：（1）选择对环境影响小的原材料（2）部件：产品是由相同或不同材质的部件组成（3）产品：不同产品的生态设计要求侧重不同132．生态设计方法与过程从时间轴向分类如下：1）初步设计（概念设计）。2）详细设计（基本设计）。3）生产设计。从空间轴向分类如下：1）材料设计。2）功能设计。3）外观设计。14根据不同要求，生态设计有两种类型：（1）现有材料生态化的再设计

5、（2）新型生态材料的生态设计生态设计方法主要有系统设计、模块化设计、公理化设计、虚拟拆卸设计、长寿命设计及再生设计等15从生产和使用的角度看，有关材料再生设计的内容主要有四个方面：一是对某种废弃物的直接再利用；二是对某些零部件的回收再利用；三是将某种废弃物作为原料再利用；四是有关材料生产过程中的能源回收再利用。164.2材料的生态设计一、金属材料生态设计要求建立3个基本概念：①减少合金元素而保持高性能；②以调整显微组织作为加入合金元素的替代方法来获得所需性能；③再生过程中易于分离和无二次污染。17合金系中组元越少，合金的再生循环性能越好超级通用合金和简单合金的概念就

6、是使用合金元素种类最少，且能满足各种用途要求的标准合金系组元组成简单的合金系固溶体合金一、金属材料生态设计18可通过改变成分配比在大范围内改变性能的合金系主要有以下几种：（1）Fe～Cr－Ni钢通过改变Fe、Cr和Ni的相对含量，可以生产出从铁素体钢到不锈钢的一系列钢种，其组织和性能可以在很大范围内发生变化。（2）Ti合金改变Ti、Al和V的相对含量，可使合金的组织与性能发生很大的变化（3）Cr-Mo钢高温蠕变强度主要和铁素体基体中的置换溶质元素Cr、Mo的固溶量成正比，与碳的固溶度成反比。而碳化物的沉淀强化作用与置换元素的固溶强化作用相比，对整个断裂寿命的影响很小

7、。19简单合金在成分设计上应有以下特点：①合金组元、规格简单，再生循环过程中易于分选；②原则上不添加现在尚不能精炼脱除的元素。③尽量不使用环境协调性不好的合金元素。20研制简单合金时应遵循以下两原则：①在维持合金高性能的前提下，尽量减少合金组元数；②获取合金高性能时，以控制显微组织作为加入合金元素的替代方法。Fe-C-Si-Mn系低合金钢可以获得在大范围内变化的力学性能，从而满足不同用途时的材料性能要求。21现代材料进行环境协调性设计，一般包括：1）强度（也包括疲劳强度等），韧性，高比强度（先进性）。2）简单组成，易解体结构（环境协调性）。3）功能兼容，多功能性