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

Эта работа была поддержана национальными институтами здоровья NIDCR [DE022664].

Примечание: Готовые устройства показано на рисунке 2. Устройство позволяет чистой Одноосные испытания образцов в горизонтальном положении.
1. Комплектующие
<ol><li>Подготовьте два программируемых приводы с 30 мм (1,2 в) поездки за привод, способный охватывающ?...

<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. Standard test methods for mechanical properties of lumber and wood-base structural material 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> (2013)</li><li>Green, M. L., 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=Mechanical+properties+of+cheese,+cheese+analogues+and+protein+gels+in+relation+to+composition+and+microstructure.">Mechanical properties of cheese, cheese analogues and protein gels in relation to composition and microstructure.</a> Food Structure. 5 (1), 169-192 (1986).</li><li>. ASTM D76/D76M-11. Standard specification for tensile testing machines for textiles 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> (2011)</li><li>Papini, M., Zdero, R., Schemitsch, E. H., Zalzal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biomechanics+of+human+femurs+in+axial+and+torsional+loading:+comparison+of+finite+element+analysis,+human+cadaveric+femurs,+and+synthetic+femurs.">The biomechanics of human femurs in axial and torsional loading: comparison of finite element analysis, human cadaveric femurs, and synthetic femurs.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 129 (1), 12-19 (2007).</li><li>Poulet, B., 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=Intermittent+applied+mechanical+loading+induces+subchondral+bone+thickening+that+may+be+intensified+locally+by+contiguous+articular+cartilage+lesions.">Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 23 (6), 940-948 (2015).</li><li>Li, J., 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=Osteoblasts+subjected+to+mechanical+strain+inhibit+osteoclastic+differentiation+and+bone+resorption+in+a+co-culture+system.">Osteoblasts subjected to mechanical strain inhibit osteoclastic differentiation and bone resorption in a co-culture system.</a> Annals of Biomedical Engineering. 41 (10), 2056-2066 (2013).</li><li>Huang, A. 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>

Целью этой работы было разработать и изготовить экономически эффективной и надежной одноосные загрузчик для его использования с небольших образцов ткани и волокна. Устройство было построено, отвечающее требованиям, изложенным в то же время достаточно гибкими, в дизайн для новых вложе...

Механические испытания имеет интересную историю, которая может быть восходит к твердости оборудование, разработанный Стэнли Rockwell в начале XX века. Хотя технология выросла в той степени, в какой стандарт, документально практики руководства все от проверки производительности машины к руководящим принципам для проведения конкретных тестов1,2,3, 4. сегодня, механические испытания проводятся на все строительные материалы как бетон, сталь и дерево для пищевой и текстильной продукции5,6,,78,9 . Учитывая, что области биомедицинской инженерии и, более конкретно, биомеханика использовать механические испытания, погрузочные машины являются обычным явлением в лаборатории биомеханики.
Загрузка машины, запустить спектр масштаба в области биомеханики. В качестве примера большие загрузки машины могут использоваться для проведения исследований воздействия всего тела или определить человека бедренной механических свойств, то время как меньшие нагрузки, машины могут быть использованы для тестирования мышиных кости или стимулировать клетки10,11, 12,,1314. Два типа загрузки машины находятся в испытательной лаборатории; те, которые приобрели коммерчески и те, которые создаются пользователем. Машины мешкопогрузочные собственной разработки часто выступает за их Персонализация и настройки параметров15.
В тестировании, образец обеспечивается в машину так, что смещение может быть применен, создания измеримых силы. Если нагрузка используется как движущей обратной связи, тест нагрузки контроль; Если перемещение используется в качестве движущей обратной связи, тест управляется перемещением. Погрузка машин, в общем, строятся на кадр, который соединяет движенца к фиксированной опорой. Таким образом тестирование обычно включает один конец образца перемещается в то время как другой конец остается фиксированным.
Показано на рисунке 1 является эскиз простой загрузки машины, демонстрируя ее основные компоненты. Основополагающее значение для всех погрузочные машины является базовым классом или кадра. В то время как подавляющее большинство коммерческих брендов используют постоянной базы, рисунок изображает платформу, которая позволяет Вселенский (XY) движения. Двигателем, в данном случае, это верхняя рука, которая держит нагрузки ячейки и управляется шаговым двигателем. Крепится к раме это светильники, которые хранят образца и диктовать тип теста, который выполняется. Показано на рисунке, являются три point сгиба арматуры. Топ арматуре (один контакт) крепится к движущейся руки; на дно арматуре (двойной контакт) монтируется на базе стационарных. Во время тестирования, мотор диски верхний светильник вниз где контакт центр привлекает образца. Как контакт привлекает образца, динамометр записывает увеличение сопротивления или силы, предъявляемые образца.
Бывают случаи, где машины спроектированы и построены собственными силами для достижения движения не достижимы с существующих машин в лаборатории. Здесь мы подробно описывают одно такое устройство. Это грузовая платформа, которая позволяет чистой одноосные образец загрузки или равное и противоположное движение на обоих концах. Устройство включает в себя коммерческие Тензодатчики и приводы (грузчиков); кадр точностью провести коммерческой части и загрузки Светильники для тестирования образца. Понимание основных принципов тестирования конструкции машины может помочь в разработке собственной машины. Мы предоставили файлов чертежей мы создали как отправной точки для оказания помощи исследователям с их собственного развития машина. Видео будет сосредоточена на Ассамблее устройства и применение принципов механического проектирования для обеспечения выравнивания и надежное тестирование.

<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

С точки зрения точной и точные механические испытания, машины работают континуум. В то время как коммерческие платформы предлагают отличную точность, они могут быть непомерно, часто по цене в ценовом диапазоне $100000 - $200000. Другой крайностью являются автономных устройств ручной что часто отсутствие повторяемости и точности (например, устройство вручную кривошипного). Однако если указано одноразового использования, это чрезмерно инженерного проектирования и машина, что-то слишком разработать. Тем не менее есть случаи, где машины спроектированы и построены собственными силами для достижения движения не достижимы с существующих машин в лаборатории. Подробно описано здесь является одним из таких устройств. Это грузовая платформа, которая позволяет чистой одноосные загрузки. Стандартные машины обычно являются биаксиальные оплетки линейной нагрузки вдоль оси и вращающиеся загрузки происходит вокруг оси. Во время тестирования с этими машинами, нагрузка применяется к одному концу образца, в то время как другой конец остается фиксированным. Эти системы не способны проводить чисто осевой тестирования, в котором напряжение/сжатие применяется одинаково к концам образца. Платформа, разработанная в настоящем документе обеспечивает равный и противоположный загрузке образцов. Хотя она может использоваться для сжатия, здесь акцент на его использование в чистом растяжение загрузки. Устройство включает в себя коммерческие Тензодатчики и приводы (двигатели), и, как в случае с машинами, построенных собственными силами, кадр точностью провести коммерческих частей и приспособлений для тестирования.

Для проверки использования системы, привода скорости и производительности тесты были проведены17. Эти испытания состояли из измерения скорости привода и расстояние по сравнению с входных значений. Чтобы проверить точность выборки путешествия расстояние...

Watch this Scientific Journal Video about Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development at JoVE.com

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

Здесь мы представляем протокол развивать чисто одноосные загрузки машины. Критические аспекты используются для обеспечения точные и воспроизводимые результаты тестирования.

Применение дизайн аспектов в развитии одноосные загрузки машины

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

Информация в этом видео направлена на объяснение некоторых из наиболее важных аспектов разработки механических платформ погрузки. Информация предназначена для исследователей, которые могут быть заинтересованы в разработке своих собственных платформ, но не знакомы с некоторыми из основных принципов. Это видео предназначено для демонстрации двух ключевых особенностей, участвующих в разработке надежной платформы тестирования, в частности, воспроизводимой сборки и разборки, а также точного выравнивания.Демонстрацией сборки платформы будет г-н Робби Тоернер. Робби Тоернер недавно получил степень бакалавра в Университете Акрона, на нашем факультете биомедицинской инженерии в области биомеханики трек. Цель состоит в том, чтобы собрать испытательное устройство.Вот пример собранного устройства, которое имеет два привода, нагрузочные ячейки и рамку для их поддержки. Соберите детали для построения устройства. Используйте два программируемых привода, каждый с 30 миллиметров путешествия, 60 миллиметров при совместной работе.Дейзи цепи приводов для синхронизации их для равного расширения и опровержения. Затем подготовьтесь к двум нагрузочных ячейкам, пригодным для ограниченных пространств. Для поддержки приводов подготовьтесь по одному вагону для каждого из них вместе с рельсом.Создайте базу из алюминиевого запаса. Вырезать кусок до соответствующего размера и использовать мельницу для машины пластины соответственно спецификации. Машина две боковые пластины в соответствии со спецификациями.Два должны зеркально друг друга, и каждый должен иметь слот и пробуреные отверстия для размещения железнодорожных. Просверлите и коснитесь нижних лиц боковых пластин. Намонтировать боковые пластины в треке на базе.Убедитесь, что точки крепления для рельса находятся рядом друг с другом. Закрепите боковые пластины к базовой пластине снизу. Затем прикрепите рельс к дорожке, используя отверстия для зазора и просверленные отверстия в каждой боковой пластине.После этого рельс соединяет две боковые пластины, а вагоны скользят по рельсам. Перейти к работе с креплениями для приводов. Используйте L-образный бульон для машины заднего крепления и бар, чтобы прикрепить к нижней части крепления.Это создает ключ для выравнивания в треке. Винт бар в нижней части горы. На данный момент, получить выбранный привод для эксперимента.Прикрепите заднее крепление к корпусу привода, используя рисунок отверстия в приводе. Серия отверстий в боковой пластине позволяет регулировать положение крепления. Слот базы крепления к раме, чтобы прикрепить задний привод.Используйте два винта, чтобы обеспечить его. Дублируйте шаги для установки привода на каждой из боковых пластин. Получить части для поддержки передней части привода.Одна часть представляет 1/8-образный кусок с отверстием для конические разъема. На его стороне трек для размещения пластины. Пластина для этой дорожки также имеет дорожку для размещения светильников и обеспечения выравнивания.Машина алюминиевой цилиндрической части для подключения ячейки нагрузки и привода. Машина алюминиевой конической цилиндрической части для подключения ячейки нагрузки к приспособлению и перевозки. Перейти цилиндр в отверстие переднего привода крепления и использовать набор винт для якоря конца цилиндра.Теперь поработать с светильниками для передних монтирует. Для вертикальных корректировать, машина центральный вертикальный слот в держателе приспособления. Прикрепите переднее крепление привода к прямоугольной боковой пластине с вертикально выровненными отверстиями в центре.Вот завершенная сборка для передней крепления с одной стороны. Дублируйте шаги для установки как левых, так и правых приводов устройства. Это репрезентативные наборы данных от нагрузочных испытаний завязанных 25,4 миллиметра 2-0 швов до отказа.Серая кривая тире представляет результаты устройства, описанного в этом протоколе, используя скорость загрузки 0,61 миллиметра в секунду. Черная кривая представляет собой результаты работы устройства фиксированного класса с использованием двойной скорости загрузки, или 1,22 миллиметра в секунду. Во всех тестах сбой произошел на узле, и измерения не показали статистической разницы между устройствами.При проектировании погрузочной машины всегда важно конструировать выравнивание в виду. Сосредоточение внимания на выравнивание будет убедиться, что ваши результаты воспроизводимы и точны, и что вы тестируете ваши образцы надлежащим образом. В этом видео мы попытались продемонстрировать некоторые из наиболее важных аспектов проектирования погрузочных машин.Если вы понимаете некоторые из этих основных принципов, вы можете применить их в разработке платформ для собственных потребностей тестирования.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Analysis and Design of Beams for Bending

Structural Analysis

SCIENTISTS IN ACTION

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Высокое разрешение, высокая скорость, Трехмерная Видео Формирование изображений с цифровой Fringe методы проекции

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Подготовка Электрогидродинамические Мосты от полярных диэлектрических жидкостей

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

Измерение Спрей Размер капли от сельскохозяйственных Насадки Использование лазерного дифракционного

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Оптическая ловушка Загрузка Диэлектрические микрочастицами In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Визуализация одноосная деформация манипуляции антиферромагнетике доменов в Fe1 +YTe с помощью спин поляризованных сканирование туннельный микроскоп

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

Крэк Мониторинг в резонанс усталости Тестирование сварных образцов с использованием цифровой корреляции изображения

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...

Evaluating Usability Aspects of a Mixed Reality Solution for Immersive Analytics in Industry 4.0 Scenarios

Оценка аспектов юзабилити решения смешанной реальности для иммерсивной аналитики в сценариях Индустрии 4.0

In medicine or industry, the analysis of high-dimensional data sets is increasingly required. However, available technical solutions are often complex to ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

Производство, управление и оценка производительности мягкого робота в стиле Гекко

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices

Проектирование и разработка адаптера выравнивания масок трехмерно-печатного микроскопа для изготовления многослойных микрофлюидных устройств

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically ...

In vitro Assessment of Aortic Regurgitation Using Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging

In vitro Assessment of Aortic Regurgitation Using Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging

In vitro Оценка регургитации аорты с помощью четырехмерной проточной магнитно-резонансной томографии

Aortic regurgitation (AR) refers to backward blood flow from the aorta into the left ventricle (LV) during ventricular diastole. The regurgitant jet ...