MMCX—An Expert System for Metal Matrix Composite Selection and Design

Metal Matrix Composites (MMCs) are a relatively new class of engineering materials that offer the designer an opportunity to tailor properties to meet specific requirements. The paper summarizes the development of an expert system which supports engineers in the selection and design of metal matrix composites. The system consists of a dynamic hypertext interface integrated into an expert system developed within the COMDALE/X environment. Mechanical and thermophysical property data for matrix alloys, reinforcement materials, and MMCs are stored in databases accessed by the expert system. Mathematical models which utilize constituent material properties to determine effective composite properties are managed by the system to design metal matrix composites and fill property gaps. Effective elastic modulus, thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, Poisson's ratio, shear and bulk moduli mathematical models for particulate, whisker, short fiber and fiber composites are contained in a spread sheet managed by the system. Although the physical and mechanical properties may often limit the constituent selection, it is the chemical reactivity of the ceramic reinforcement with the matrix alloy either during fabrication or service which will generally control the final matrix/reinforcement combination. As a result, constituent material compatibility has been determined and incorporated in the system. A database of appropriate reinforcement coatings for applicable matrix/reinforcement systems is also helpful. The system also includes information on suitable manufacturing techniques. A case study demonstrating the use of the system for selecting an MMC for cryogenic applications is presented. Published by Elsevier Science Ltd Résumé Les composites à matrice métallique (CMM) forment une classe relativement nouvelle de matériaux techniques qui offrent au concepteur l'opportunité d'adapter leurs propriétés à des exigences spécifiques. Le document résume le développement d'un système expert qui aide les ingénieurs dans la sélection et la conception de composites à matrice métallique. Le systéme consiste en une interface d'hypertexte dynamique intégrée en un système expert développé à partir de l'environnement COMDALE/X. Les données sur les propriétés mécaniques et physico-thermiques des alliages de la matrice, des matériaux de renforcement et des CMM sont emmagasinees dans des banques de données accédées par le système expert. Les modèles mathématiques, qui utilisent les propriétés des matériaux constituants pour déterminer les propriétés effectives des composites, sont gérés par le système, concevant ainsi des composites à matrice métallique et remplissant les vides des propriétés. Une feuille de chiffreur, gérée par le systeme, contient les modèles mathématiques du modulus élastique effectif, de la conductivité thermique, du coefficient d'expansion thermique, du rapport de Poisson, des moduli de cisaillement et en vrac des particules, des barbes, des fibres courtes et des composites de fibre. Bien que les propriétés physiques et mécaniques peuvent souvent limiter la selection des constituants, c'est la reactivite chimique du renforcement céramique avec l'alliage de la matrice, soit durant la fabrication ou durant le service, qui va généralement contrôler la combinaison finale matrice/renforcement. Pour cette raison, la compatibilité des matériaux constituants a été determinée et incorporée dans le système. Une base de données de revêtements appropriés aux renforcements de systèmes applicables matrice/renforcement est aussi utile. Le système inclut également l'information sur les techniques appropriées de fabrication. On présente une étude de cas démontrant l'utilisation du système dans la sélection d'un CMM pour des applications cryogéniques.