A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
חיתוך בצורת Y מודד קשקשי אורך רלוונטיים לשבר ואנרגיות בחומרים רכים. מנגנונים קודמים תוכננו למדידות ספסל. פרוטוקול זה מתאר את הייצור והשימוש במנגנון המכוון את ההתקנה אופקית ומספק את יכולות המיקום העדינות הדרושות לצפייה באתר , בתוספת כימות כשלים, באמצעות מיקרוסקופ אופטי.
חיתוך בצורת Y הוכח לאחרונה כשיטה מבטיחה שבאמצעותה ניתן להבין את סולם אורך הסף ואנרגיית הכשל של חומר, כמו גם את תגובת הכשל שלו בנוכחות אנרגיית עיוות עודפת. מנגנון הניסוי ששימש במחקרים אלה היה בכיוון אנכי ודרש צעדים מסורבלים כדי להתאים את הזווית בין הרגליים בצורת Y. הכיוון האנכי אוסר על ויזואליזציה במיקרוסקופים אופטיים סטנדרטיים. פרוטוקול זה מציג מנגנון חיתוך בצורת Y המורכב אופקית מעל שלב קיים במיקרוסקופ הפוך, ניתן לכוונן אותו בשלושה ממדים (X-Y-Z) כך שיתאים לשדה הראייה של המטרה, ומאפשר שינוי קל של הזווית בין הרגליים. שתי התכונות האחרונות חדשות עבור טכניקה ניסיונית זו. המנגנון המוצג מודד את כוח החיתוך בדיוק של 1 mN. בעת בדיקת פולידימתילסילוקסאן (PDMS), חומר הייחוס לטכניקה זו, נמדדה אנרגיית חיתוך של 132.96 J/m 2 (זווית רגל של 32°, טעינה מראש של 75 גרם) ונמצא כי היא נופלת בטעות של מדידות קודמות שנלקחו עם מערך אנכי (132.9 J/m 2 ± 3.4 J/m2). הגישה חלה על חומרים סינתטיים רכים, רקמות או ביו-ממברנות ועשויה לספק תובנות חדשות לגבי התנהגותם במהלך כישלון. רשימת החלקים, קבצי CAD וההוראות המפורטות בעבודה זו מספקים מפת דרכים ליישום קל של טכניקה רבת עוצמה זו.
מכניקת הרצף הלא ליניארי סיפקה עדשה קריטית שדרכה ניתן להבין את ריכוז האנרגיה המוביל לכשל במוצקים רכים1. עם זאת, החיזוי המדויק של כשל זה דורש גם תיאורים של המאפיינים המיקרו-מבניים התורמים ליצירת פני שטח חדשים בקצה הסדק 2,3. שיטה אחת לגשת לתיאורים כאלה היא באמצעות הדמיה באתרו של קצה הסדק במהלך כישלון 4,5. עם זאת, קהות סדקים בבדיקות שבר טיפוסיות בשדה רחוק הופכת את רכישת הנתונים באתרם למאתגרת על ידי פיזור החומר המעוות מאוד, שעשוי להיות מחוץ לשדה הראייה של המיקרוסקופ6. חיתוך בצורת Y מציע חלופה....
1. התאמה וייצור של חלקים הניתנים לשינוי ומתכלים
הפרמטרים המשמשים במהלך שלב 4 ושלב 6 והנתונים שנאספו במהלך שלב 6 ושלב 9 משתלבים כדי להניב את אנרגיית החיתוך של הדגימה. על פי Eqn. 1, קביעת אנרגיית החיתוך דורשת את הפרמטרים הבאים: עובי הדגימה, t, כוח העמסה מראש, fpre, והזווית בין הרגליים לציר החיתוך, θ. נדרשים גם הנתונים הבאים: כוח החיתו.......
מנגנון החיתוך האופקי בצורת Y שדווח כאן מאפשר יכולות הדמיה באתרו יחד עם קלות שימוש משופרת בטכניקת כשל זו. המנגנון כולל עיצוב מודולרי/נייד להרכבה/פירוק מהירים ממיקרוסקופ וכוונון רציף ומראש של זווית הרגל. כל קבצי ה- CAD, החומרים והנהלים הנדרשים נכללו כדי להקל על יישום שיטה זו. במקרים רבים (?.......
למחברים אין מה לחשוף.
ברצוננו להודות לד"ר ג'יימס פיליפס, ד"ר איימי ווגונר-ג'ונסון, אלכסנדרה שפיצר ואמיר אוסטדי על עצתם בעבודה זו. המימון הגיע ממענק סטארט-אפ שניתן על ידי המחלקה למדעי מכונות והנדסה באוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid ו- C. Walsh קיבלו כולם קרדיט עיצוב בכיר על עבודתם בפרויקט זה.
....Name | Company | Catalog Number | Comments |
Buy Parts | |||
1" OD Pulley | McMaster Carr | 3434T75 | Pulley for Wire Rope (Larger) |
100 g Micro Load Cell | RobotShop | RB-Phi-203 | |
1K Resistor | Digi-Key | CMF1.00KFGCT-ND | 1 kOhms ±1% 1 W Through Hole Resistor Axial Flame Retardant Coating, Moisture Resistant, Safety Metal Film |
1M Resistor | Digi-Key | RNF14FAD1M00 | 1 MOhms ±1% 0.25 W, 1/4 W Through Hole Resistor Axial Flame Retardant Coating, Safety Metal Film |
3/8" OD Pulley | McMaster Carr | 3434T31 | Pulley for Wire Rope |
4" Clear Protractor with Easy Read Markings | S&S Worldwide | LR3023 | |
Breadboard | ECEB | N/A | |
IC OPAMP ZERO-DRIFT 2 CIRC 8DIP | Digi-Key | LTC1051CN8#PBF-ND | |
M2 x 0.4 mm Nut | McMaster Carr | 90592A075 | Steel Hex Nut |
M2 x 0.4 mm x 25 mm | McMaster Carr | 91292A032 | 18-8 Stainless Steel Socket Head Screw |
M2 x 0.4 mm x 8 mm | McMaster Carr | 91292A832 | 18-8 Stainless Steel Socket Head Screw |
M3 x 0.5 mm x 15 mm | McMaster Carr | 91290A572 | Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw |
M3 x 0.5 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91294A134 | Black-Oxide Alloy Steel Hex Drive Flat Head Screw |
M3 x 0.5 mm, 4 mm High | McMaster Carr | 90576A102 | Medium-Strength Steel Nylon-Insert Locknut |
M4 x 0.7 mm Nut | McMaster Carr | 90592A090 | Steel Hex Nut |
M4 x 0.7 mm x 15 mm | McMaster Carr | 91290A306 | Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw |
M4 x 0.7 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91294A194 | Black-Oxide Alloy Steel Hex Drive Flat Head Screw |
M4 x 0.7 mm x 18 mm | McMaster Carr | 91290A164 | Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw |
M4 x 0.7 mm x 20 mm | McMaster Carr | 91290A168 | Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw |
M4 x 0.7 mm x 20 mm | McMaster Carr | 92581A270 | Stell Raised Knurled-Head Thumb Screw |
M4 x 0.7 mm x 30 mm | McMaster Carr | 91290A172 | Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw |
M4 x 0.7 mm x 50 mm | McMaster Carr | 91290A193 | Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw |
M4 x 0.7 mm, 5 mm High | McMaster Carr | 94645A101 | High-Strength Steel Nylon-Insert Locknut |
M5 x 0.8 mm Nut | McMaster Carr | 90592A095 | Steel Hex Nut |
M5 x 0.8 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91310A123 | High-Strength Class 10.9 Steel Hex Head Screw |
M5 x 0.8 mm x 35 mm | McMaster Carr | 91290A195 | Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw |
M5 x 0.8 mm, 13 mm Head Diameter | McMaster Carr | 96445A360 | Flanged Knurled-Head Thumb Nut |
M5 x 0.8 mm, 5 mm High | McMaster Carr | 90576A104 | Medium-Strength Steel Nylon-Insert Locknut |
Solidworks | Dassault Systemes | CAD software | |
Wiring Kit | ECEB | N/A | |
XYZ Axis Manual Precision Linear Stage 60 mm x 60 mm Trimming Bearing Tuning Platform Sliding Table | OpticsFocus | N/A | |
Make Parts | |||
Angle adjustment system- arm | 3D Printing | solidworks: arms_arm_single.SLDPRT QTY: 2 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Angle adjustment system- arms stationary | 3D Printing | solidworks: arms_stationary.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Angle adjustment system- link | 3D Printing | solidworks: arms_arm_link.SLDPRT QTY: 2 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Angle adjustment system- slider | 3D Printing | solidworks: arms_slider.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Angle adjustment system- spacer | 3D Printing | solidworks: arms_front_spacer.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Clip- Blade clip | 3D Printing | solidworks: Blade clip.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fine/0.1 mm layer height | |
Clip- Blade clip mount | 3D Printing | solidworks: Blade clip mount.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fine/0.1 mm layer height | |
Frame arm | 3D Printing | solidworks: frame arm.SLDPRT QTY: 2 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Mounting platform | Laser Cut Acrylic | solidworks: mounting platform.SLDPRT QTY: 1 | |
Pulley arm (left) | 3D Printing | solidworks: pulley arm_Mirror.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Pulley arm (right) | 3D Printing | solidworks: pulley arm.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Sample holder and tab- Clamp | 3D Printing | solidworks: Clamp.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Sample holder and tab- Sample holder | 3D Printing | solidworks: Sample holder.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Sample holder and tab- Tab | 3D Printing | solidworks: Tab.SLDPRT QTY: 2 per test Setting: Fine/0.1 mm layer height, no brim | |
Vertical adjust system- Inner slide | 3D Printing | solidworks: Inner slide.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height | |
Vertical adjust system- Outer slide | 3D Printing | solidworks: Outer slide.SLDPRT QTY: 1 Setting: Fast/0.2 mm layer height |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved