T_8S020_10032008

HERTENTAMEN MATERIAALKUNDE VOOR BMT (8S020)
Maandag 10-3-2008, 14.00–17.00
Bij dit tentamen mogen het boek en een rekenmachine gebruikt worden.
1.
Een Pyrex-glazen plaat van 2 cm dik, 10 cm breed en 30 cm lang wordt onderworpen
aan een afschuifkracht van 15 MN in de lengterichting langs de grootste oppervlakte.
a.
Bereken de afschuiving van deze plaat.
b.
Bereken de opgeslagen elastische energie bij deze afschuiving (kan analoog
aan trekproeven).
c.
Leg uit waarom dit materiaal bij kamertemperatuur niet plastisch vervormbaar
is, maar wel brosse breuk vertoont.
2.
Een éénkristal van silicium wordt onderzocht.
a.
Welk percentage van een trekkracht langs [2 1 0] wordt gevoeld als inwendige
afschuifkracht?
b.
Bereken de dichtheid van dit materiaal uit de kristalstructuur. Klopt deze
waarde?
c.
Klopt de relatie tussen de afmetingen van de atomen en de eenheidscel?
3.
Twee vormen van aluminium 6061 (annealed en hardened) worden vergeleken.
a.
Bereken voor beide materialen de engineering trekspanning bij taaie breuk.
b.
Verklaar het verschil tussen het mechanisch gedrag van beide materialen.
c.
Bereken voor zuiver aluminium de theoretisch verwachte kritische
afschuifspanning. Klopt deze waarde?
4.
Hieronder staat het fasendigram van aluminium (Al) en nikkel (Ni) bij 1 bar.
We gaan een smelt van 30 at% nikkel afkoelen van 1500 C naar 800 C. Beschrijf dit
proces, waarbij de volgende zaken aan bod moeten komen bij alle relevante
veranderingen:
- De chemische en fysische samenstelling van de fasen
- Het aantal vrijheidsgraden
- De microstructuur
5.
Voor een polymeer is bekend dat de treksterkte als volgt afhangt van de molmassa:
33 MPa bij 20 kg/mol en 42 MPa bij 40 kg/mol.
a.
Bereken de maximale treksterkte die theoretisch met dit polymeer gehaald kan
worden. Waarom zal dit alleen maar in theorie kunnen?
Een polymeer vertoont spanningsrelaxatie volgens het linear elastic solid model.
Op t = 0 is de spanning 100 MPa, na zeer lange tijd 50 MPa, en verder blijkt de
spanning exponentieel af te nemen als e–0,2t.
b.
Bereken de frequentie (in Hz) waarbij dit polymeer maximale inwendige
wrijving heeft in een dynamische belasting.
c.
Leg uit wat er gebeurt bij spanningsrelaxatie in termen van macromoleculen.
6.
Een composiet van alumina (Al2O3) met 10 vol% SiC whiskers (korte vezels van
siliciumcarbide) wordt onderzocht.
a.
Tussen welke grenzen verwacht u de Young’s modulus van dit composiet?
Stel dat hier geldt dat de treksterkte van het composiet berekend kan worden als:
T,c = Vf T,f + VmT,m.
b.
Bereken dan de kritische breuklengte in de alumina matrix.
c.
Waarom zouden we dit composiet willen gebruiken in de biomedische
technologie?
SUCCES