Seramik Matrisli Kompozit Malzemeler ve Eğilme Özellikleri

1. Bir düz sıva örneği yapma

1. Eğitmenden mavi bir lastik kalıp edinin. Her kalıp 3 çubuk şeklinde numune yapabilir, her bir çubuğun boyutu kabaca yaklaşık 26 mm genişliğinde, 43 mm uzunluğunda ve kalınlığı 10 mm'dir.
2. 40 gram kuru sıva tozunu bir kağıt bardağa tartın. Yavaşça 20 ml deiyonize su ekleyin ve pürüzsüz bir kıvam elde edilene kadar bulamacı tahta bir çubukla karıştırın. Hemen 3. adıma geçin! Alçı ~5 dakika içinde sertleşmeye başlar.
3. Elde edilen bulamacı kalıbın bölmelerinden birine dökün. Kalıbı tamamen doldurun ve tahta çubukla düzeltin. Bardağı ve fazla sıvayı atın; Çubuğu ileride kullanmak üzere saklayın.

2. İki kompozit örnek oluşturma

1. Kıyılmış fiber takviyesi ile yapılan numuneyi hazırlayın:
   a.) 4 gram doğranmış cam elyafı bir kağıt bardağa tartın.
   b.) Aynı kaba 40 gram alçı tozu tartın.
   c.) Yavaşça 20 ml deiyonize su ekleyin ve bulamacı tahta çubukla lifler iyice karışana ve pürüzsüz bir kıvam elde edilene kadar karıştırın.
   d.) Bulamacı kalıp bölmelerinden birine dökün. Kalıbı tamamen doldurun ve tahta çubukla düzeltin.
2. Fiberglas bantla yapılan numuneyi hazırlayın:
   a.) Yaklaşık 5 inç uzunluğunda 2 şerit fiberglas bant kesin. Şeritleri tartın.
   b.) 40 gram kuru sıva tozunu bir kağıt bardağa tartın. Yavaşça 20 ml deiyonize su ekleyin ve pürüzsüz bir kıvam elde edilene kadar bulamacı karıştırın.
   c.) Alçının yaklaşık üçte birini kalıba dökün. Alçının üzerine bir şerit fiberglas bant yerleştirin ve tahta çubukla aşağı doğru bastırın. Alçının fiberglas bandı iyice ıslattığından emin olun.
   d.) Kalan sıvanın yaklaşık yarısını fiberglas bandın üzerine dökün. İkinci bant şeridini alçının üzerine yerleştirin ve tahta çubukla aşağı doğru bastırın.
   e.) Alçının geri kalanını ikinci şeridin üzerine dökün ve tahta çubukla bastırın. Alçının fiberglas bandı iyice ıslattığından emin olun ve hava kabarcıklarını sıkın.

3. Deneylerin gerçekleştirilmesi

1. Her bir çubuğun ortalama uzunluğunu, kalınlığını ve genişliğini ölçün 3 noktalı test fikstüründe L (aşağıdaki şekilde açıklık uzunluğu) ölçün, ölçüm için kalibre edilmiş kaliperler kullanın.
2. Tüm testler için 5 mm/dak'lık bir yer değiştirme hızı kullanın. (UTM daha sonra sıfırlanmalı ve 5 mm/dak'lık bir yer değiştirme hızında başlatılmalıdır). Düz sıva ve doğranmış elyaf numunesi için, numune başarısız olana kadar testi çalıştırın. Fiberglas bant numunesi için, sapma 6 mm olana kadar testi çalıştırın.
3. Her testten elde edilen verileri bir metin dosyasında toplamak için bilgisayardaki LabVIEW programını kullanın.

4. MATLAB Programı

1. Aşağıdakileri yapacak bir MATLAB programı oluşturun:
2. Tek sütunlu bir metin dosyasını okuyun ve okumaları kuvvet ve sapma verilerine ayırın. Aşağıdaki dönüştürme faktörlerini kullanarak ham verileri kuvvete ve sapmaya dönüştürün:
   Kuvvet = (Yük Hücresi Maksimum Değeri / 30000) * UTM tarafından oluşturulan sayı (2)
   Sapma = 0,001 mm * UTM tarafından üretilen sayı (3)
3. Her numunenin eğilme mukavemetini ve eğilme gerilmesini hesaplayın:
   Eğilme dayanımı σ_f = (3FL)/(2wt²) (4)
   Eğilme gerinim ε_f = (6Dt)/(L²) (5)
4. Her numune için bir gerilim-gerinim eğrisi çizin. ε_f yatay eksen ve σ_f dikey eksen olsun.
5. Her örnek için maksimum σ_f ve ε_f değerlerini bulun. Kompozit numuneler için, maksimum σ_f değerine karşılık gelen ε f değerini seçin.
6. Elastik bölgedeki eğrinin eğimini hesaplayarak eğilme modülü Ef'yi bulun.
7. Her gerilim-gerinim eğrisinin altındaki alanı bulun.

5. Veri Analizi

1. Kompozit numunelerin eğilme mukavemeti ve modülünün düz sıva numunesi ile karşılaştırılması
   UTM, hem kuvvet hem de sapma için tek sütunlu bir metin dosyası oluşturduğundan, MATLAB arayüzünün karşılık gelen değerleri farklı dizilere ayırması gerekir. Bu nedenle, Denklem 4 ve 5 için gereken hem kuvveti hem de sapmayı belirlemek için, Denklem 2 ve 3 MATLAB.
   Maksimum 1000'lik bir Yük Hücresi kullanılarak, eğilme mukavemeti ve gerinimin belirlenmesi tüm denklemlerin birleşimidir. MATLAB aynı zamanda her bir numunenin gerilim-gerinim eğrisini de oluşturduğundan, eğilme modülü, elastik bölgenin eğimi hesaplanarak tespit edildi. Denklem 6 kullanılarak, eğilme modülü, gerilim-gerinim grafiği üzerinde seçilen iki noktaya göre hesaplanacaktır:
   (6)
   Bir numune verisini incelediğimizde, farklı takviye biçimleri eklendikçe, numunelerin mukavemetinin artacağını ve en büyük ek mukavemeti sağlayan fiberglas bant ile göreceğiz. Süneklik açısından ("plastik olarak en deforme olabilir" olarak kabul edilebilir) fiberglas bant takviyeli numune de en büyük olacaktır.
   Ayrıca, lif uzunluğu ve oryantasyonu, kompozit numunelerin özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Örneğin, maksimum takviye ancak fiberglas bant numunenin yüzeylerine paralel olarak ayarlandığında elde edilebilir. Bunu yaparken, bu uzamsal oryantasyon, alçı matrisi arızalandığında fiberglas bandın ek kuvvetlere dayanmasına izin verir. Ek olarak, daha uzun fiberglas bant şeritlerinin daha kısa şeritlerden daha fazla güç sağlayacağı sonucuna varılabilir. Daha uzun parçalar, fiberglas takviyeyi çevreleyen daha fazla sıva olduğundan, 3 noktalı bükme testi koşulları altında maksimum çekişe izin verecektir.
2. Bağ testi sırasında enerji emilimi
   Gerilim-gerinim eğrisinin altındaki alan, bir malzemenin kırılmadan önce emdiği enerjiyi temsil eder. Elde edeceğimiz sonuçlara göre, fiberglas takviyeli numunenin en fazla miktarda enerji emdiği gösterilecektir. Ek olarak, tokluk, bir malzemenin enerjiyi emme ve kırılmadan plastik olarak deforme olma yeteneğine karşılık geldiğinden ve fiberglas numunenin en fazla miktarda enerjiyi emerek en sünek olduğu kanıtlandığından; Fiberglas numune, doğası gereği üçü arasında en sağlam olanıdır. Bu nedenle, tokluk, mukavemet ve süneklik arasındaki dengedir ve fiberglas numunesi, gerilme gerinim eğrisinin altındaki en büyük alana sahipti.
3. Kıyılmış elyaf ve fiberglas bant kompozitlerinin teorik mukavemetinin "karışım kuralı" formülü kullanılarak hesaplanması (ilgili malzeme özellikleri Tablo 1'de listelenmiştir).
   Kompozitin teorik mukavemeti, Denklem 1 ile hesaplanabilir, burada:
   V_F = lifin hacim fraksiyonu = (lif hacmi)/(numunenin toplam hacmi)
   Lif hacmi = (lif kütlesi)/(lif yoğunluğu)
   Alçının hacim oranı = V_P = 1- V_F .

	Yoğunluk, g / ml	Eğilme dayanımı, MPa
Kıyılmış cam elyaf	2,5	35
Fiberglas bant	0,45	35
alçı	Na	Na

Tablo 1. Malzeme özellikleri.