Keramische matrix composietmaterialen en hun buigeigenschappen

1. Making one plain plaster sample

1. Verkrijg een blauwe rubberen mal van de instructeur. Elke mal kan 3 staafvormige monsters maken, de grootte van elke staaf is ongeveer 26 mm in de breedte, 43 mm in de lengte en 10 mm in de dikte.
2. Weeg 40 gram droog gipspoeder in een papieren beker. Voeg langzaam 20 ml gedeïoniseerd water toe en roer de suspensie met een houten stok tot een gladde consistentie is bereikt. Ga onmiddellijk door naar stap 3! Het gips begint in ~ 5 minuten te harden.
3. Giet de resulterende suspensie in een van de compartimenten van de mal. Vul de mal volledig en strijk hem glad met de houten stok. Gooi de beker en eventueel overtollig gips weg; bewaar de stok voor toekomstig gebruik.

2. Making two composite samples

1. Bereid het monster met gehakte glasvezelversterking voor:
   a.) Weeg 4 gram gehakte glasvezels in een papieren beker.
   b.) Weeg 40 gram gipspoeder in dezelfde beker.
   c.) Voeg langzaam 20 ml gedeïoniseerd water toe en roer de suspensie met de houten stok, totdat de vezels grondig zijn gemengd en een gladde consistentie is bereikt.
   d.) Giet de suspensie in een van de malvakken. Vul de mal volledig en strijk hem glad met de houten stok.
2. Bereid het monster met glasvezeltape voor:
   a.) Snijd 2 stroken glasvezeltape van ongeveer 5 inch lang. Weeg de stroken.
   b.) Weeg 40 gram droog gipspoeder in een papieren beker. Voeg langzaam 20 ml gedeïoniseerd water toe en roer de suspensie tot een gladde consistentie is bereikt.
   c.) Giet ongeveer een derde van het gips in de mal. Plaats een strook glasvezeltape op het gips en druk hem met de houten stok naar beneden. Zorg ervoor dat het gips de glasvezeltape volledig nat maakt.
   d.) Giet ongeveer de helft van het resterende gips op de glasvezeltape. Plaats de tweede strook tape bovenop het gips en druk hem met de houten stok naar beneden.
   e.) Giet de rest van het gips op de tweede strook en druk hem met de houten stok naar beneden. Zorg ervoor dat het gips de glasvezeltape volledig nat maakt en pers eventuele luchtbellen uit.

3. Performing experiments

1. Meet de gemiddelde lengte, dikte en breedte van elke staaf. Meet L (overspanningslengte in de onderstaande afbeelding) op de 3-punts testopstelling met gekalibreerde schuifmaten.
2. Gebruik een verplaatsingssnelheid van 5 mm/min voor alle tests. (De UTM moet dan worden gereset en gestart met een verplaatsingssnelheid van 5 mm/min). Voor het gewone gips en het monster met gehakte vezels, voert u de test uit tot het monster breekt. Voor het glasvezeltapemonster, voert u de test uit tot de doorbuiging 6 mm is.
3. Gebruik het LabVIEW-programma op de computer om de gegevens van elke test in een tekstbestand te verzamelen.

4. MATLAB Program

1. Maak een MATLAB-programma dat het volgende doet:
2. Lees een tekstbestand met één kolom en scheid de metingen in kracht- en doorbuigingsgegevens. Converteer de ruwe gegevens naar kracht en doorbuiging met behulp van de volgende conversiefactoren:
   Kracht = (Maximumwaarde van de laadcel / 30000) * Aantal gegenereerd door UTM (2)
   Doorbuiging = 0,001 mm * Aantal gegenereerd door UTM (3)
3. Bereken de buigsterkte en buigspanning van elk monster:
   Buigsterkte σ_f = (3FL)/(2wt²)  (4)
   Buigspanning ε_f = (6Dt)/(L²)  (5)
4. Plot een spanning-spanningscurve voor elk monster. Laat ε_f de horizontale as zijn en σ_f de verticale as.
5. Vind de maximale σ_f en ε_f waarden voor elk monster. Voor de composiet monsters, selecteer de ε_f waarde die overeenkomt met de maximale σ_f waarde.
6. Vind de buigmodulus E_f door de helling van de curve in het elastische gebied te berekenen.
7. Vind de oppervlakte onder elke spanning-spanningscurve.

5. Data Analysis

1. Vergelijking van de buigsterkte en modulus van de composiet monsters met die van het gewone gipsmonster
   Aangezien de UTM een tekstbestand met één kolom genereert, voor zowel kracht als doorbuiging, moet de MATLAB-interface de bijbehorende waarden in verschillende arrays sorteren. Dus om zowel de kracht als de doorbuiging te bepalen die nodig zijn voor Vergelijkingen 4 en 5, moeten Vergelijkingen 2 en 3 in MATLAB worden geïmplementeerd.
   Met een maximale laadcel van 1000, is de bepaling van buigsterkte en spanning de combinatie van alle vergelijkingen. Aangezien MATLAB ook de spanning-spanningscurve van elk monster genereert, werd de buigmodulus vastgesteld door de helling van het elastische gebied te berekenen. Met behulp van Vergelijking 6, wordt de buigmodulus berekend met betrekking tot de twee geselecteerde punten op de spanning-spanningsgrafiek:
     (6)
   Bij het onderzoeken van een monstergegeven zien we dat bij het toevoegen van verschillende vormen van versterking, de sterkte van de monsters toeneemt, waarbij glasvezeltape de grootste bijkomende sterkte