Name: application of design aspects in uniaxial loading machine development
Uploaded: 2018-09-19T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development at JoVE.com

Ce travail a été soutenu par la National instituts de santé NIDCR [DE022664].

Remarque : Le dispositif fini est montré dans la Figure 2. Le dispositif permet des essais uniaxiaux pure de spécimens en position horizontale.
1. les composants
<ol><li>Préparer deux actionneurs programmables avec un voyage de 30 mm (1,2 po) par vérin capable de s’étendant sur 60 mm (2,3 po) lorsque programmée pour tirer/pousser ensemble. Pour accommoder une variété d’utilisations potentielles, certains vérins ayant une raisonnable force capacité...

<ol>
	<li>. ASTM E4-16. Standard practices for force verification of testing machines Available from: <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2016)</li><li>. ASTM E2309/E2309M-16. Standard practices for verification of displacement measuring systems and devices used in materials testing machines Available from: <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2016)</li><li>. ASTM E2428-15a. Standard practice for calibration and verification of torque transducers Available from: <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2015)</li><li>. ASTM E2624-17. Standard practice for torque calibration of testing machines Available from: <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2017)</li><li>. ASTM C39 &#8211; Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens Available from: <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2018)</li><li>. ASTM A370-17a. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products Available from: <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2017)</li><li>. ASTM D4761-13. 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H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+use+of+a+novel+bioreactor+for+regeneration+of+biaxially+stretched+tissue-engineered+vessels.">Design and use of a novel bioreactor for regeneration of biaxially stretched tissue-engineered vessels.</a> Tissue Engineering. Part C, Methods. 21 (8), 841-851 (2015).</li><li>Keyes, J. T., Haskett, D. G., Utzinger, U., Azhar, M., Van de Geest, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptation+of+a+planar+microbiaxial+optomechanical+device+for+the+tubular+biaxial+microstructural+and+macroscopic+characterization+of+small+vascular+tissues.">Adaptation of a planar microbiaxial optomechanical device for the tubular biaxial microstructural and macroscopic characterization of small vascular tissues.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 133 (7), 075001 (2011).</li><li>Brown, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Techniques+for+mechanical+stimulation+of+cells+in+vitro:+A+review.">Techniques for mechanical stimulation of cells in vitro: A review.</a> Journal of Biomechanics. 33 (1), 3-14 (2000).</li><li>. Zaber Console software download Available from: <a target="_blank" href="https://www.zaber.com/zaber-software">https://www.zaber.com/zaber-software</a> (2018)</li><li>King, J. D., York, S. L., Saunders, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+characterization+of+a+pure+uniaxial+microloading+system+for+biologic+testing.">Design, fabrication and characterization of a pure uniaxial microloading system for biologic testing.</a> Medical Engineering and Physics. 38 (4), 411-416 (2016).</li><li>Saunders, M. M., Donahue, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+cost-effective+loading+machine+for+biomechanical+evaluation+of+mouse+transgenic+models.">Development of a cost-effective loading machine for biomechanical evaluation of mouse transgenic models.</a> Medical Engineering and Physics. 26 (7), 595-603 (2004).</li></ol>

L’objectif de ce travail a été de concevoir et fabriquer un chargeur uniaxial rentable et fiable pour son utilisation avec petits échantillons tels que les tissus et fibres. Un dispositif a été construit qui satisfait aux exigences énoncées tout en étant suffisamment souples dans la conception permettant de nouvelles pièces jointes à être fabriqué comme l’utilisateur a besoin de grandir. Par exemple, le dispositif permettra l’analyse des échantillons secs et humides dans une configuration uniaxiale ou ...

Essais mécaniques a une histoire intéressante qui remonte à l’équipement développé par Stanley Rockwell au début du XXe siècle d’essai de dureté. Alors que la technologie a augmenté dans la mesure où des pratiques standards et documentés tout guident de la vérification des performances de la machine aux lignes directrices pour la réalisation de tests spécifiques1,2,3, 4. aujourd'hui, les essais mécaniques sont effectuées sur tout, des matériaux comme le béton, l’acier et bois, alimentaire et textile produits5,6,7,8,9 de construction . Étant donné que les domaines du génie biomédical et, plus précisément, la biomécanique utilisent les essais mécaniques, machines de chargement sont monnaie courante dans les laboratoires de la biomécanique.
Chargement des machines à exécuter la gamme de balance en biomécanique. À titre d’exemple, les grandes machines de chargement peuvent être utilisés pour mener des études d’impact sur tout le corps ou déterminer les propriétés mécaniques humaines fémorales, pendant le chargement de petite machines peuvent être utilisées pour tester les os murins ou stimuler les cellules10,11, 12,13,14. Deux types de chargement des machines sont trouvent dans le laboratoire d’essais ; ceux qui sont achetés dans le commerce et ceux qui sont générés par l’utilisateur. Chargement de machines développées en interne sont souvent favorisés pour leurs options de personnalisation et personnalisation15.
Dans les essais, un spécimen est attaché dans la machine permettant un déplacement peut être appliqué, générant une force mesurable. Si la charge est utilisée comme les réactions motrices, le test est charge contrôlée ; Si le déplacement est utilisé comme le feedback de conduite, le test est contrôlée par déplacement. Chargement des machines, en général, sont construits sur un châssis qui relie un déménageur à un support fixe. Ainsi, généralement, le test consiste à une extrémité de l’échantillon étant déplacé tandis que l’autre extrémité reste fixe.
Illustré à la Figure 1 est un croquis d’une machine de chargement simple démontrant ses composantes essentielles. Fondamentale pour toutes les machines de chargement est une base ou un cadre. Alors que la grande majorité des marques commerciales utilise une base fixe, le dessin représente une plate-forme qui permet un mouvement planaire (XY). Le mover, dans ce cas, est le bras qui tient un peson et est entraîné par un moteur pas à pas. Fixé au châssis sont les luminaires qui détiennent le spécimen et dictent le type de test est exécuté. Indiqué sur le dessin sont trois points de coude. L’armature supérieure (le contact unique) est monté sur le bras de mouvement ; le montage du bas (le double contact) est monté à la base stationnaire. Au cours des essais, le moteur actionne l’armature supérieure vers le bas à où le centre de contact s’engage le spécimen. Lorsque le contact s’engage le spécimen, le peson enregistre l’augmentation dans la résistance ou la force placée sur le spécimen.
Il y a des occasions où les machines sont conçus et construits en interne pour accomplir une requête non réalisable avec les machines existantes dans le laboratoire. Ici, nous décrivons en détail un tel dispositif. C’est une plate-forme de chargement qui permet pur spécimen uniaxiale chargement ou égale et opposée de mouvement aux deux extrémités. Le dispositif incorpore commercial capteurs et actionneurs (déménageurs) ; un cadre est usiné pour tenir les pièces commerciales et des accessoires de chargement pour échantillon test. Comprendre les principes fondamentaux de la construction de machine test peut aider à la conception de sa propre machine. Nous avons fourni les fichiers de dessin, nous avons créé comme point de départ pour aider les chercheurs à leur propre développement de la machine. La vidéo se concentrera sur l’ensemble du dispositif et l’application des principes de conception mécanique pour assurer l’alignement et des tests fiables.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="590">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Power supply, 24 V DC 2.5 A out, 100-240 V AC in, plug for North America&#160;</td>
			<td style="width:88px;">Zaber Technologies inc</td>
			<td style="width:119px;">PS05-24V25</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">6 pin mini din-male to female PS/2 extension cable</td>
			<td style="width:88px;">Zaber Technologies inc</td>
			<td style="width:119px;">T-DC06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:65px;width:216px;">Stepper motor controller, 2 phase</td>
			<td style="width:88px;">Zaber Technologies inc</td>
			<td style="width:119px;">A-MCA</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;width:216px;">Linear actuator, NEMA size 11, 30 mm travel, 58 N maximum continuous thrust</td>
			<td style="width:88px;">Zaber Technologies inc</td>
			<td>NA11B30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Corrosion resistant maintenance-Free Ball Bearing Carriages and Guide Rails</td>
			<td style="width:88px;">McMaster-Carr</td>
			<td>9184T31</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">6061-t6 Aluminum Stock</td>
			<td style="width:88px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Plexiglas Stock</td>
			<td style="width:88px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Canister load cell, 4.5N</td>
			<td style="width:88px;">Honeywell Sensotec</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">USB to 6 pin mini-din</td>
			<td style="width:88px;">Universal&#160;</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

application of design aspects in uniaxial loading machine development

En ce qui concerne les essais mécaniques exactes et précises, les machines fonctionnent le continuum. Alors que les plates-formes commerciales offrent excellente précision, ils peuvent être coûteux, souvent au prix dans la fourchette de prix de $ 100 000 - $ 200 000. A l’autre extrême sont des appareils manuels autonomes qui souvent manque de répétabilité et précision (par exemple, un dispositif manuel de manivelle). Toutefois, si une seule utilisation est indiquée, c’est trop technique à la conception et de la machine, quelque chose de trop d’élaborer. Néanmoins, il y a des occasions où les machines sont conçus et construits en interne pour accomplir une requête non réalisable avec les machines existantes dans le laboratoire. Décrit en détail ici, est un tel dispositif. C’est une plate-forme de chargement qui permet uniaxiale pure. Machines de chargement standard sont généralement biaxiales car chargement linéaire se produit le long de l’axe et rotatif chargement se produit autour de l’axe. Au cours des essais avec ces machines, une charge est appliquée à une extrémité de l’échantillon tandis que l’autre extrémité reste fixe. Ces systèmes ne sont pas capables de mener des essais axiale pure dans laquelle de traction/compression est appliquée également jusqu’aux extrémités de l’échantillon. La plate-forme développée dans cet article permet l’égale et opposée de chargement d’échantillons. Alors qu’il peut être utilisé pour la compression, ici l’accent sur son utilisation en pure traction charge. Le dispositif incorpore commercial capteurs et actionneurs (déménageurs) et, comme c’est le cas avec les machines réalisées en interne, un cadre est usiné pour tenir les pièces commerciales et les montages d’essai.

Afin de vérifier l’utilisation du système, actionneur des tests de vitesse et les performances ont été réalisées17. Ces essais ont consisté à mesurer la vitesse de l’actionneur et la distance en comparaison avec les valeurs d’entrée. Pour vérifier l’exactitude de distance de voyage échantillon, distances à parcourir arbitraire le long de l’axe entre 254-2540 µm (0,01 - 0,10 po) ont été sélectionnés. L’appareil a été exécuté à ces d...

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Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

Nous présentons ici un protocole visant à développer une machine de pure uniaxiale. Aspects de conception critiques sont employées pour s’assurer des résultats de tests précis et reproductibles.

Application des Aspects de la conception dans le développement de Machine uniaxiale

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be ...

Les informations contenues dans cette vidéo visent à expliquer certains des aspects les plus importants du développement de plates-formes de chargement mécanique. L’information s’adresse aux chercheurs qui pourraient être intéressés à développer leurs propres plateformes, mais qui ne connaissent pas certains des principes de base en cause. Cette vidéo est destinée à démontrer les deux caractéristiques clés impliquées dans le développement d’une plate-forme de test fiable, en particulier, l’assemblage reproductible et le démontage, et l’alignement précis.M. Robby Thoerner manifestera l’assemblage de la plate-forme. Robby Thoerner a récemment obtenu son diplôme de premier cycle à l’Université d’Akron, de notre département de génie biomédical dans la voie de la biomécanique. L’objectif est d’assembler le dispositif de test.Voici un exemple d’appareil assemblé qui a deux actionneurs, cellules de charge, et un cadre pour les soutenir. Rassemblez les pièces pour construire l’appareil. Utilisez deux actionneurs programmables, chacun avec 30 millimètres de voyage, 60 millimètres lorsque vous travaillez ensemble.Daisy enchaîne les actionneurs pour les synchroniser pour une extension et une rétractation égales. Ensuite, préparez deux cellules de charge adaptées aux espaces confinés. Pour soutenir les actionneurs, préparez un wagon pour chacun d’eux avec un rail.Créez la base à partir de bouillon d’aluminium. Coupez une pièce à la taille appropriée et utilisez un moulin pour usiner la plaque selon les spécifications. Machine deux plaques latérales selon les spécifications.Les deux devraient se refléter l’un l’autre, et chacun devrait avoir une fente et des trous percés pour accueillir le rail. Percez et appuyez sur les faces inférieures des plaques latérales. Monter les plaques latérales dans la piste sur la base.Assurez-vous que les points de montage du rail sont proches les uns des autres. Attachez les plaques latérales à la plaque de base par le dessous. Ensuite, attachez le rail à la voie à l’aide de ses trous de dégagement et des trous forés dans chaque plaque latérale.Une fois terminé, le rail relie les deux plaques latérales et les wagons glissent sur le rail. Passez au travail avec les montures pour les actionneurs. Utilisez du bouillon en forme de L pour fixer une fixation de monture arrière et une barre à fixer au bas de la monture.Cela crée une clé pour l’alignement dans la piste. Vissez la barre dans le bas de la monture. À ce stade, obtenez l’actionneur sélectionné pour l’expérience.Fixez la monture arrière au corps de l’actionneur à l’aide du motif de trou dans l’actionneur. La série de trous dans la plaque latérale permet d’ajuster la position de montage. Slot la base de la monture au cadre pour fixer l’actionneur arrière.Utilisez deux vis pour le fixer. Dupliquez les étapes pour monter un actionneur sur chacune des plaques latérales. Obtenez les pièces pour soutenir l’avant de l’actionneur.Une partie est une pièce en forme de L avec un trou pour un connecteur conique. Sur le côté est une piste pour accueillir une plaque. La plaque de cette piste a également une piste pour accueillir les appareils et assurer l’alignement.Machine une pièce cylindrique en aluminium pour connecter la cellule de charge et l’actionneur. Machine une partie cylindrique cylindrique conique en aluminium pour connecter la cellule de charge à l’appareil et au chariot. Passez le cylindre dans le trou de la monture de l’actionneur avant et utilisez une vis réglée pour ancrer l’extrémité du cylindre.Maintenant, travaillez avec les montages pour les montures avant. Pour les ajustements verticaux, machine une fente verticale centrale dans le support de montage. Fixez la monture avant de l’actionneur à la plaque latérale rectangulaire, avec les trous alignés verticalement en son centre.Voici l’assemblage terminé pour la monture avant d’un côté. Dupliquez les étapes pour monter les actionneurs gauche et droit de l’appareil. Il s’appelle des ensembles de données représentatifs provenant d’essais de charge noués de 25,4 millimètres 2-0 sutures jusqu’à la défaillance.La courbe de tiret gris représente les résultats de l’appareil décrit dans ce protocole, en utilisant un taux de chargement de 0,61 millimètre par seconde. La courbe noire représente les résultats d’un dispositif à extrémité fixe à l’aide d’un double taux de chargement, soit 1,22 millimètre par seconde. Dans tous les essais, la défaillance s’est produite au noeud, et les mesures n’ont montré aucune différence statistique entre les dispositifs.Dans la conception d’une machine de chargement, il est toujours important de concevoir en gardant l’alignement à l’esprit. En mettant l’accent sur l’alignement, assurez-vous que vos résultats sont reproductibles et précis et que vous testez vos spécimens de façon appropriée. Dans cette vidéo, nous avons essayé de démontrer certains des aspects les plus importants de la conception des machines de chargement.Si vous comprenez certains de ces principes de base, vous pouvez les appliquer dans le développement de plates-formes pour vos propres besoins de test.

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