Materiais Compósitos de Matriz Cerâmica e Suas Propriedades de Flexão

1. Fazer uma amostra de gesso simples

1. Obtenha um molde de borracha azul do instrutor. Cada molde pode fazer 3 amostras em forma de barra, o tamanho de cada barra é aproximadamente cerca de 26 mm na largura, 43 mm no comprimento e 10 mm na espessura.
2. Pesar 40 gramas de pó de gesso seco em um copo de papel. Adicione lentamente 20 ml de água deionizada e mexa o chorume com uma vara de madeira, até que se alcance uma consistência suave. Prossiga imediatamente para o passo 3! O gesso começa a endurecer em ~5 minutos.
3. Despeje o chorume resultante em um dos compartimentos do molde. Encha o molde completamente, e alise-o com a vara de madeira. Jogue fora o copo e qualquer excesso de gesso; manter a vara para uso futuro.

2. Fazer duas amostras compostas

1. Prepare a amostra feita com reforço de fibra picada:
   a.) Pesar 4 gramas de fibras de vidro picadas em um copo de papel.
   b.) Pesar 40 gramas de pó de gesso no mesmo copo.
   c.) Adicione lentamente 20 ml de água deionizada e mexa o chorume com a vara de madeira, até que as fibras estejam completamente misturadas, e uma consistência suave seja alcançada.
   d.) Despeje o chorume em um dos compartimentos de molde. Encha o molde completamente, e alise-o com a vara de madeira.
2. Prepare a amostra feita com fita de fibra de vidro:
   a.) Corte 2 tiras de fita de fibra de vidro, cerca de 5 polegadas de comprimento. Pesar as tiras.
   b.) Pesar 40 gramas de pó de gesso seco em um copo de papel. Adicione lentamente 20 ml de água deionizada e mexa o chorume até que se alcance uma consistência suave.
   c.) Despeje cerca de um terço do gesso no molde. Coloque uma tira de fita de fibra de vidro em cima do gesso, e pressione-a para baixo com a vara de madeira. Certifique-se de que o gesso molhe completamente a fita de fibra de vidro.
   d.) Despeje cerca de metade do gesso restante em cima da fita de fibra de vidro. Coloque a segunda tira de fita em cima do gesso, e pressione-a para baixo com a vara de madeira.
   e.) Despeje o resto do gesso em cima da segunda tira e pressione-o para baixo com a vara de madeira. Certifique-se de que o gesso molhe completamente a fita de fibra de vidro e esprema todas as bolhas de ar.

3. Realizando experimentos

1. Meça o comprimento médio, a espessura e a largura de cada barra Medida L (comprimento de extensão na figura abaixo) no dispositivo de teste de 3 pontos, use pinças calibradas para a medição.
2. Use uma velocidade de deslocamento de 5 mm/min para todos os testes. (O UTM deve então ser zerado e iniciado a uma velocidade de deslocamento de 5mm/min). Para a amostra de gesso simples e fibra picada, execute o teste até que a amostra falhe. Para a amostra de fita de fibra de vidro, execute o teste até que a deflexão seja de 6 mm.
3. Use o programa LabVIEW no computador para coletar os dados de cada teste em um arquivo de texto.

4. Programa MATLAB

1. Crie um programa MATLAB que fará o seguinte:
2. Leia um único arquivo de texto de coluna e separe as leituras em vigor e desvie dados. Converta os dados brutos em força e deflexão usando os seguintes fatores de conversão:
   Força = (Valor Máximo da Célula de Carga / 30000) * Número gerado por UTM (2)
   Deflexão = 0,001mm * Número gerado por UTM (3)
3. Calcule a resistência flexural e a tensão flexural de cada amostra:
   Força flexural σ_f = (3FL)/(2wt²) (4)
   Cepa flexural ε_f = (6Dt)/(L²) (5)
4. Trace uma curva de tensão para cada amostra. Que ε_seja o eixo horizontal e σ_f seja o eixo vertical.
5. Encontre os valores máximos σ_f e ε_f para cada amostra. Para as amostras compostas, selecione o valor ε_f que corresponde ao valor máximo de σ_f.
6. Encontre o módulo flexural E_f calculando a inclinação da curva na região elástica.
7. Encontre a área sob cada curva de tensão.

5. Análise de dados

1. Comparação da força flexural e módulo das amostras compostas com a amostra de gesso simples
   Como o UTM gera um único arquivo de texto de coluna, tanto para força quanto para deflexão, a interface MATLAB tem que classificar os valores correspondentes em diferentes matrizes. Assim, para determinar tanto a força quanto a deflexão necessária para as Equações 4 e 5, as Equações 2 e 3 devem ser implementadas no MATLAB.
   Usando uma célula de carga máxima de 1000, a determinação de força flexural e tensão é a combinação de todas as equações. Como o MATLAB também gera a curva de tensão de estresse de cada amostra, o módulo flexural foi verificado através do cálculo da inclinação da região elástica. Usando a Equação 6,o módulo flexural será calculado em relação aos dois pontos selecionados na trama de tensão de estresse:
   (6)
   Examinando os dados de uma amostra, veremos que à medida que diferentes formas de reforço forem adicionadas, a força das amostras será aumentada, com fita de fibra de vidro proporcionando a maior resistência adicional. Em termos de ductilidade, (que pode ser considerado como o "mais plasticamente deformável") a amostra reforçada de fibra de vidro também será a maior.
   Além disso, o comprimento e a orientação da fibra afetam drasticamente as propriedades das amostras compostas. Por exemplo, o reforço máximo só pode ser alcançado quando a fita de fibra de vidro é definida paralelamente às superfícies do espécime. Ao fazê-lo, esta orientação espacial permite que a fita de fibra de vidro resista a forças adicionais à medida que a matriz de gesso falha. Além disso, também pode-se concluir que tiras mais longas de fita de fibra de vidro provariam fornecer mais força do que tiras mais curtas. Peças mais longas permitiriam tração máxima sob as condições de um teste de dobra de 3 pontos, pois há mais gesso em torno do reforço de fibra de vidro.
2. Absorção de energia durante o teste de títulos
   A área sob a curva de tensão representa a energia que um material absorve antes da falha. De acordo com os resultados que alcançaremos, será demonstrado que a amostra reforçada de fibra de vidro absorve a maior quantidade de energia. Além disso, uma vez que a dureza corresponde à capacidade de um material absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar e a amostra de fibra de vidro provou ser a mais dúctil absorvendo a maior quantidade de energia; o espécime de fibra de vidro é inerentemente o mais resistente entre os três. Assim, a dureza é o equilíbrio entre força e ductilidade, e a amostra de fibra de vidro teve a maior área abaixo de sua curva de tensão.
3. Cálculo da força teórica dos compostos de fibra e fibra de vidro picados utilizando a fórmula "regra das misturas" (as propriedades relevantes do material estão listadas na Tabela 1).
   A força teórica do composto pode ser calculada através da Equação 1, onde:
   V_F = fração de volume de fibra = (volume de fibra)/(volume total da amostra)
   Volume de fibra = (massa de fibras)/(densidade de fibras)
   Fração de volume de gesso = V_P = 1- V_F .

	Densidade, g/ml	Força flexural, MPa
Fibras de vidro picadas	2.5	35
Fita de fibra de vidro	0.45	35
Gesso	NA	NA

Mesa 1. Propriedades materiais.