Fracture mechanics

290 Pages·2013·4.028 MB·English

by  Grous, Ammar

Fracture Mechanics 3

Fracture Mechanics 3
Applied Quality Control
Ammar Grous
Firstpublished2013inGreatBritainandtheUnitedStatesbyISTELtdandJohnWiley&Sons,Inc.
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©ISTELtd2013
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LibraryofCongressControlNumber: 2012950201
BritishLibraryCataloguing-in-PublicationData
ACIPrecordforthisbookisavailablefromtheBritishLibrary
ISBN:978-1-84821-442-2
PrintedandboundinGreatBritainbyCPIGroup(UK)Ltd.,Croydon,SurreyCR04YY
Table of Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Chapter1.QualityControl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.Introductiontostatisticalprocesscontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.Classicaltolerancingandqualitycontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1.ISOnormsinqualitycontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2.QS9000approach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3.CapabilitiesofCNOMOE41.36.110.Ncontrolmeans. . . . . . . . 8
1.2.4.SomecapabilityindicatorsaccordingtoISO/TS16949,
ISO8258andFORD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.5.Metrologicalaudits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.TheParetolaw–ABCmethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.1.Practicalapplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.2.Malfunctionspreadover16so-called“nevralgic”points . . . . . . 18
1.4.Lotinspectionbyattributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.1.Areasonwhichlotinspectionoperates. . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.2.(np)chartforcontrollingthenumberofdefects. . . . . . . . . . . . 20
1.4.3.(c)cardtocontrolthenumberofdefects . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.4.Averagelotqualityaftercontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.5.Choosingasampleplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4.6.Waldplancasestudy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.4.7.Averagelong-termcontrolledquantity . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.4.8.Casestudyofasimplesamplingplan. . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.4.9.Poissondistributionofcumulativeprobabilities. . . . . . . . . . . . 43
1.5.Theoreticalbasicsofcontrolbymeasurement . . . . . . . . . . . . . . . 46
1.5.1.Choosingasimplesamplingplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
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1.5.2.Choosingasimpleordoublesamplingplan . . . . . . . . . . . . . . 48
1.6.Analysisofprocesscapability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
1.6.1.Capabilityindicesforanormallydistributed
variable:X(μ,σ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
1.6.2.MachinecapabilityC andC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
m mk
1.7.Capabilityforanon-normaldistribution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
1.8.Controlbymeasurementcharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.8.1.Sizeofthesamplestobetakenandthefrequencyofcontrol . . . . 60
1.8.2.FactorforcontrolofX(mean)andrange(R). . . . . . . . . . . . . . 63
1.9.Productionandreceptioncontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
1.9.1.Machineadaptationwithrespecttoproductiontolerances. . . . . . 64
1.9.2.Proportionoffaultyunits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1.10.Controlcharts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
1.10.1.Controlbymeasurementschartsforthemean X andthe
rangeR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
1.10.2.Calculatingcontrollimitsandcasestudy . . . . . . . . . . . . . . . 70
1.10.3.Studyof X /Rcontrolcharts–qualitycontrollab. . . . . . . . . . 72
1.10.4.Graphicalrepresentationoftherejectionsdueto
non-conformitytoTI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
1.10.5.Performancecasestudy:Capabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
1.10.6.Calculatingmachinecapabilityindices:C andC . . . . . . . . . 84
m mk
1.11.Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
1.12.Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Chapter2.QualityControlCaseStudies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.1.Thetoolsofquality,asperW.Deming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.2.Failuremodes,effectsandcriticalityanalysis . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.3.Totalproductivemaintenancemethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.4.TheLMMEM“5M”processmethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.5.Estimationsoftimesinmechanicalproductions(machining) . . . . . . 94
2.5.1.Optimizingtimesandcostsinmechanicalproduction . . . . . . . . 98
2.6.Stockmanagementandsupplymethods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.6.1.Hypothesisofageneralmethodtoimprovestock
management. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2.7.Shortsummaryofcontrolcharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
2.7.1.Thevariouscontrolcharts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.7.2.Measurementcontrolcharts–stabilitycontrol
charts(Shewhart). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
2.7.3.Estimatingμ andσ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
0 0
2.7.4.Efficiency–chartoftheaverage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
2.7.5.Controlchartbyattributes–determiningthelimits. . . . . . . . . . 121
TableofContents vii
2.8.CUSUMcharts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
2.8.1.EWMcharts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
2.8.2.Shewhartchartsfortheaverage X ,therangeRandthe
standard deviation(s). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
2.8.3.Controlchartsfortheaverage X andtherangeR. . . . . . . . . . . 127
2.9.Individualcontrolcharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
2.9.1.AveragelengthsorCUSUM-Run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
2.10.EWMAstatistics–comparisonbetweenShewhartgraphcontroland
theEWMAchartcontroltechniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
2.10.1.Poissonnormaldistributionapproximation. . . . . . . . . . . . . . 138
2.10.2.Decisionlimitsofthe X /R controlchartthrough
theSPCmethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
2.11.Mainstatisticaltestsusedinqualitycontrol. . . . . . . . . . . . . . . . 144
2.11.1.So-called“HenryLine”orprobabilitydiagramtest. . . . . . . . . 144
2.12.Partialconclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
2.13.Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Chapter3.CaseStudies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.1.Qualitycontrolcasestudy:calculatingandplottingefficiency
curvesinsimple/doublecontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.1.1.Simplebinomialdistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.1.2.Calculationresults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
3.2.Calculatingtheefficiencycurvesofsimple/doublecontrol. . . . . . . . 156
3.2.1.Calculationresults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
3.3.Calculatingefficiencycurvesindoublecontrol:binomial
distribution,doubleefficiencyplan(Excelversion). . . . . . . . . . . . . . . 159
3.3.1.Calculationresults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
3.4.Progressivecontrol(Excel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
3.4.1.Calculatingtheacceptanceandrefusalcurvesinprogressive
control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
3.4.2.Calculationresults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
3.4.3.Graph. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.4.4.Measurementacceptancetestwhensigma(σ*)isknown . . . . . . 163
3.4.5.Determiningtheefficiencycurveandtheacceptancelimits. . . . . 163
3.4.6.Acceptance:knownstandarddeviation,sigma=0.01 . . . . . . . . 164
3.4.7.Measurementacceptancetestwhensigma*(SD)isknown . . . . . 165
3.4.8.Choosingaplan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
3.4.9.Plot(Excel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.5.R&Rstudyinqualitycontrolanddimensionalmetrology . . . . . . . . 168
3.5.1.R&R(EVRepeatabilityandARreproducibility). . . . . . . . . . . 168
3.5.2.R&Rstudy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
viii FractureMechanics3
3.6.X/Scontrolchartstudy(averageandstandarddeviation,σ) . . . . . . 173
3.7.Casestudy:capabilityofaspecificcontrolmethod . . . . . . . . . . . . 178
3.7.1.Measurementsfromadigitalmicrometer. . . . . . . . . . . . . . . . 178
3.7.2.Definitiondrawingorclearpicture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
3.7.3.Tableofthemeasurementstakenusingadigitalmicrometer
(directlyreadthevaluefromCaliper). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
3.7.4.Tableofcalculationresults(ExcelandMathCAD). . . . . . . . . . 180
3.8.CasestudyontypeAandBuncertainties. . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
3.8.1.Uncertaintiesguidetotheexpressionofuncertaintiesin
measurements(GUM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
3.8.2.EstimatingthecompounduncertaintyU . . . . . . . . . . . . . . . . 184
C
3.9.Casestudy:uncertainties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
3.9.1.UncertaintystudyasperGUM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
3.9.2.Graph. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.10.Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.11.Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257