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陶瓷基质复合材料及其弯曲特性

Overview

资料来源:西娜·沙赫巴兹莫哈马迪和佩曼·沙赫贝吉-鲁德波什蒂-鲁德波什蒂,康涅狄格大学工程学院,斯托尔斯,CT

骨骼是复合材料,由陶瓷基质和聚合物纤维增强物制成。陶瓷具有抗压强度,聚合物提供拉伸和柔韧性强度。通过组合不同量的陶瓷和聚合物材料,车身可以创造出适合特定应用的独特材料。作为生物医学工程师,能够因疾病或创伤性损伤而替换和复制骨骼是医学的重要方面。

在这个实验中,我们将用巴黎石膏(这是硫酸钙化合物)创建三种不同的陶瓷基质复合材料,并允许它们进行三点弯曲测试,以确定哪种制剂最强。三种复合材料如下:一种是巴黎的石膏,一种是碎玻璃碎片,混合在石膏基质中,最后是石膏基质,里面嵌有玻璃纤维网络。

Procedure

1. 制作一个普通石膏样品

  1. 从讲师处获取蓝色橡胶模具。每个模具可以制作3个条形样品,每个条形的尺寸大约在26毫米的宽度,43毫米的长度,和10毫米的厚度。
  2. 将40克干石膏粉放入纸杯中。慢慢加入20毫升去离子水,用木棍搅拌浆料,直到达到平滑的一致性。立即执行步骤 3!石膏在5分钟内开始变硬。
  3. 将产生的浆料倒入模具的其中一个隔间中。完全填充模具,用木棍将其平滑。扔掉杯子和任何多余的石膏;保持棍子供将来使用。

2. 制作两个复合样品

  1. 准备用切碎的纤维增强的样品:
    a.) 将4克切碎的玻璃纤维放入纸杯中。
    b.) 将40克石膏粉称重至同一杯中。
    c.) 缓慢加入20ml去离子水,用木棍搅拌浆料,直到纤维完全混合,实现平滑的一致性。
    d.) 将浆料倒入其中一个模具仓中。完全填充模具,用木棍将其平滑。
  2. 准备用玻璃纤维胶带制成的样品:
    a.) 切割2条玻璃纤维胶带,约5英寸长。称量条。
    b.) 将 40 克干石膏粉

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Results

上述一系列测试的总体目标是比较各种复合骨替代品之间的不同物理特性。需要分别使用公式 4 和 5 计算弹性强度和应变。每个样品的应力和应变将在MATLAB中绘制。从中,可以为每个数据集找到最大的弯曲强度和相应的弯曲应变。每个数据点的应力(μf1, +f2) 和应变 (+f1...

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Application and Summary

本实验旨在研究三种不同复合材料的柔韧性。我们用不同的钢筋材料制作了三个标本。基质是巴黎的石膏(一种硫酸钙化合物),我们使用切碎的玻璃纤维和玻璃纤维胶带作为增强剂。我们对制造样品进行了3点弯曲测试,并分析了所获得的数据,比较了用长、定向纤维与短随机纤维制成的复合材料的特性。

骨骼本身具有强大的复合结构,能够适应身体在一致的基础上承受的?...

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