Name: performing microscope-mounted y-shaped cutting tests
Uploaded: 2023-01-20T12:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests at JoVE.com

نود أن نشكر الدكتور جيمس فيليبس والدكتورة إيمي واجونر جونسون وألكسندرا سبيتزر وأمير أوستادي على نصائحهم بشأن هذا العمل. جاء التمويل من منحة البدء المقدمة من قسم العلوم والهندسة الميكانيكية في جامعة إلينوي أوربانا شامبين. حصل كل من M. Gurena و JC Peng و M. Schmid و C. Walsh على ائتمان تصميم كبير لعملهم في هذا المشروع.

1. تعديل وتصنيع الأجزاء القابلة للتعديل والاستهلاك
<ol><li>استخدم قاطع ليزر أو طابعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع ABS أو علامات أكريليك يمكن التخلص منها تتناسب مع عرض أرجل العينة ، B1 و B2 (7.5 مم × 7.5 مم لعينة 1.5 سم × 7 سم × 3 مم) (الشكل 1 ب والشكل 2 د). هناك حاجة إلى علا...

<ol>
	<li>Long, R., Hui, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crack+tip+fields+in+soft+elastic+solids+subjected+to+large+quasi-static+deformation+-+A+review.">Crack tip fields in soft elastic solids subjected to large quasi-static deformation - A review.</a> Extreme Mechanics Letters. 4, 131-155 (2015).</li><li>Slootman, 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=Quantifying+rate-and+temperature-dependent+molecular+damage+in+elastomer+fracture.">Quantifying rate-and temperature-dependent molecular damage in elastomer fracture.</a> Physical Review X. 10, 041045 (2020).</li><li>Zhao, X., 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=Soft+materials+by+design:+Unconventional+polymer+networks+give+extreme+properties.">Soft materials by design: Unconventional polymer networks give extreme properties.</a> Chemical Review. 121 (8), 4309-4372 (2021).</li><li>Mzabi, S., Berghezan, D., Roux, S., Hild, F., Creton, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+local+energy+release+rate+criterion+for+fatigue+fracture+of+elastomers.">A critical local energy release rate criterion for fatigue fracture of elastomers.</a> Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 49 (21), 1518-1524 (2011).</li><li>Chen, Y., Mellot, G., Van Luijk, D., Creton, C., Sijbesma, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanochemical+tools+for+polymer+materials.">Mechanochemical tools for polymer materials.</a> Chemical Society Reviews. 50, 4100-4140 (2021).</li><li>Hui, C. -. Y., Jagota, A., Bennison, S. J., Londono, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crack+blunting+and+the+strength+of+soft+elastic+solids.">Crack blunting and the strength of soft elastic solids.</a> Proceedings of the Royal Society A Mathematical, Physical and Engineering Science. 459 (2034), 1489-1516 (2003).</li><li>Zhang, B., Hutchens, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+relationship+between+cutting+and+tearing+in+soft+elastic+solids.">On the relationship between cutting and tearing in soft elastic solids.</a> Soft Matter. 17, 6728-6741 (2021).</li><li>Lake, G. J., Yeoh, O. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+rubber+cutting+resistance+in+the+absence+of+friction.">Measurement of rubber cutting resistance in the absence of friction.</a> International Journal of Fracture. 14, 509-526 (1978).</li><li>Zhang, B., Shiang, C. -. S., Yang, S. J., Hutchens, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Y-shaped+cutting+for+the+systematic+characterization+of+cutting+and+tearing.">Y-shaped cutting for the systematic characterization of cutting and tearing.</a> Experimental Mechanics. 59, 517-529 (2019).</li><li>Rivlin, R. S., Thomas, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rupture+of+rubber.+I.+Characteristic+energy+for+tearing.">Rupture of rubber. I. Characteristic energy for tearing.</a> Journal of Polymer Science. 10 (3), 291-318 (1953).</li><li>Elices, M., Guinea, G. V., G&#243;mez, J., Planas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cohesive+zone+model:+Advantages,+limitations+and+challenges.">The cohesive zone model: Advantages, limitations and challenges.</a> Engineering Fracture Mechanics. 69 (2), 137-163 (2002).</li><li>Taylor, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Theory of Critical Distances. , (2007).</li><li>Williams, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stress+at+a+distance+fracture+criteria+and+crack+self-blunting+in+rubber.">Stress at a distance fracture criteria and crack self-blunting in rubber.</a> International Journal of Non-Linear Mechanics. 68, 33-36 (2015).</li><li>Talamini, B., Mao, Y., Anand, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progressive+damage+and+rupture+in+polymers.">Progressive damage and rupture in polymers.</a> Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 111, 434-457 (2018).</li><li>Long, R., Hui, C. -. Y., Gong, J. P., Bouchbinder, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fracture+of+highly+deformable+soft+materials:+A+tale+of+two+length+scales.">The fracture of highly deformable soft materials: A tale of two length scales.</a> Annual Review of Condensed Matter Physics. 12, 71-94 (2021).</li><li>Gent, A. N., Wang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cutting+resistance+of+polyethylene.">Cutting resistance of polyethylene.</a> Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics. 34 (13), 2231-2237 (1996).</li><li>Chen, X., Nadiarynkh, O., Plotnikov, S., Campagnola, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Second+harmonic+generation+microscopy+for+quantitative+analysis+of+collagen+fibrillar+structure.">Second harmonic generation microscopy for quantitative analysis of collagen fibrillar structure.</a> Nature Protocols. 7, 654-669 (2015).</li><li>Pan, B., Qian, K., Xie, H., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+digital+image+correlation+for+in-plane+displacement+and+strain+measurement:+A+review.">Two-dimensional digital image correlation for in-plane displacement and strain measurement: A review.</a> Measurements Science and Technology. 20 (6), 062001 (2009).</li></ol>

يتيح جهاز القطع الأفقي على شكل حرف Y المذكور هنا إمكانات التصوير في الموقع جنبا إلى جنب مع سهولة الاستخدام المحسنة لتقنية الفشل هذه. يشتمل الجهاز على تصميم معياري / محمول للتركيب / الفك السريع من المجهر وضبط زاوية الساق المستمر والمحاذاة مسبقا. تم تضمين جميع ملفات CAD والمواد المطلوبة و?...

قدمت ميكانيكا الاستمرارية غير الخطية عدسة حرجة يمكن من خلالها فهم تركيز الطاقة الذي يؤدي إلى الفشل في المواد الصلبة اللينة1. ومع ذلك ، فإن التنبؤ الدقيق لهذا الفشل يتطلب أيضا وصفا لخصائص البنية المجهرية التي تساهم في إنشاء سطح جديد عند طرف الكراك 2,3. تتمثل إحدى طرق التعامل مع مثل هذه الأوصاف في التصور في الموقع لطرف الكراك أثناء الفشل 4,5. ومع ذلك ، فإن تقشير الكراك في اختبارات كسر المجال البعيد النموذجية يجعل الحصول على البيانات في الموقع أمرا صعبا من خلال نشر المواد المشوهة للغاية ، والتي يحتمل أن تكون خارج مجال رؤية المجهر6. يوفر القطع على شكل حرف Y بديلا فريدا للتصور المجهري لأنه يركز منطقة التشوه الكبير عند طرف الشفرة7. علاوة على ذلك ، يوضح العمل السابق لمجموعتنا أن هذا النهج التجريبي الفريد يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة للاختلافات في استجابة الفشل بين تمزق المجال البعيد وظروف التحميل بوساطة الاتصال7.
تم وصف طريقة القطع على شكل حرف Y المستخدمة في الجهاز المعروض هنا لأول مرة منذ عقود كطريقة قطع للمطاط الطبيعي8. تتكون الطريقة من قطع دفع شفرة ثابتة من خلال قطعة اختبار محملة مسبقا على شكل حرف Y. عند تقاطع "Y" يوجد طرف الكراك ، الذي يتم إنشاؤه قبل الاختبار عن طريق تقسيم جزء من قطعة مستطيلة إلى "أرجل" متساوية (الشكل 1B والشكل 2D). تشمل المزايا الأساسية لطريقة القطع هذه تقليل المساهمات الاحتكاكية في طاقة القطع المقاسة ، وهندسة الشفرة المتغيرة (أي قيد هندسة طرف الكراك) ، والتحكم في معدل الفشل (عبر معدل إزاحة العينة) ، والضبط المنفصل للقطع ، C ، والتمزق ، T ، مساهمات الطاقة في إجمالي قطع الطاقة G (أي ، تغيير طاقة الفشل بما يزيد عن عتبة القطع)8. يتم التعبير عن المساهمات الأخيرة في تعبير بسيط مغلق لطاقة القطع9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> إيقن (1)
والذي يستخدم معلمات مختارة تجريبيا ، بما في ذلك سمك العينة ، t ، متوسط إجهاد الساق ، قوة التحميل المسبق ، fpre ، والزاوية بين الأرجل ومحور القطع ، <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">θ. يتم قياس قوة القطع ، fcut ، بالجهاز كما هو مفصل في Zhang et al.9. والجدير بالذكر أن الجهاز المقدم هنا يتضمن آلية جديدة وبسيطة ودقيقة لضبط زاوية الساق ، θ ، وضمان توسيط العينة. في حين أن كلتا الميزتين مهمتان لإعداد مثبت على المجهر ، فقد تفيد الآلية التطبيقات الرأسية المستقبلية لاختبار القطع على شكل حرف Y أيضا من خلال زيادة سهولة الاستخدام.
التقدم في تحديد معايير الفشل المناسبة للمواد الصلبة اللينة مستمر منذ النجاح المبكر لهندسة الكسر المستقلة عن العينات التي أدخلها ريفلين وتوماس10. تم استخدام معدلات إطلاق الطاقة الحرجة10 ، وقوانين المنطقة المتماسكة11 ، وأشكال مختلفة من الإجهاد أو الطاقة عن بعد 12،13،14. في الآونة الأخيرة ، استفاد Zhang و Hutchens من النهج الأخير ، مما يدل على أن القطع على شكل حرف Y مع شفرات نصف قطرها صغيرة بما فيه الكفاية يمكن أن يؤدي إلى ظروف فشل عتبة للكسر الناعم7: طاقة فشل العتبة ومقياس طول العتبة للفشل الذي يتراوح من عشرات إلى مئات النانومتر في بوليديميثيل سيلوكسان متجانس ومرن للغاية (PDMS). تم دمج هذه النتائج مع النمذجة المستمرة ونظرية القياس لتطوير علاقة بين القطع والتمزق في هذه المواد ، مما يدل على فائدة القطع على شكل حرف Y لتوفير نظرة ثاقبة لجميع أنماط الفشل الناعم. ومع ذلك ، فإن سلوك العديد من فئات المواد ، بما في ذلك المواد المبددة والمركبة ، لا يزال غير مستكشف. ومن المتوقع أن العديد من هذه سوف تظهر تأثيرات تحكمها البنية المجهرية على مقاييس الطول فوق الطول الموجي للضوء المرئي. لذلك ، تم تصميم جهاز في هذه الدراسة يسمح بالتوصيف البصري الوثيق لهذه التأثيرات أثناء القطع على شكل حرف Y لأول مرة (على سبيل المثال ، في المركبات ، بما في ذلك الأنسجة الرخوة ، أو العمليات المبددة ، المتوقعة على مقاييس طول الميكرومتر إلى المليمتر15).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Buy Parts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; OD Pulley</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>3434T75</td>
			<td>Pulley for Wire Rope (Larger)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 g Micro Load Cell</td>
			<td>RobotShop</td>
			<td>RB-Phi-203</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1K Resistor</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td>CMF1.00KFGCT-ND</td>
			<td>1 kOhms &#177;1% 1 W Through Hole Resistor Axial Flame Retardant Coating, Moisture Resistant, Safety Metal Film</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1M Resistor</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td>RNF14FAD1M00</td>
			<td>1 MOhms &#177;1% 0.25 W, 1/4 W Through Hole Resistor Axial Flame Retardant Coating, Safety Metal Film</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3/8&#34; OD Pulley</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>3434T31</td>
			<td>Pulley for Wire Rope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#34; Clear Protractor with Easy Read Markings</td>
			<td>S&#38;S Worldwide</td>
			<td>LR3023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Breadboard</td>
			<td>ECEB</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IC OPAMP ZERO-DRIFT 2 CIRC 8DIP</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td>LTC1051CN8#PBF-ND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 x 0.4 mm Nut</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>90592A075</td>
			<td>Steel Hex Nut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 x 0.4 mm x 25 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91292A032</td>
			<td>18-8 Stainless Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 x 0.4 mm x 8 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91292A832</td>
			<td>18-8 Stainless Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 0.5 mm x 15 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91290A572</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 0.5 mm x 16 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91294A134</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Hex Drive Flat Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 0.5 mm, 4 mm High</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>90576A102</td>
			<td>Medium-Strength Steel Nylon-Insert Locknut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm Nut</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>90592A090</td>
			<td>Steel Hex Nut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm x 15 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91290A306</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm x 16 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91294A194</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Hex Drive Flat Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm x 18 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91290A164</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm x 20 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91290A168</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm x 20 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>92581A270</td>
			<td>Stell Raised Knurled-Head Thumb Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm x 30 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91290A172</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm x 50 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91290A193</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 0.7 mm, 5 mm High</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>94645A101</td>
			<td>High-Strength Steel Nylon-Insert Locknut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M5 x 0.8 mm Nut</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>90592A095</td>
			<td>Steel Hex Nut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M5 x 0.8 mm x 16 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91310A123</td>
			<td>High-Strength Class 10.9 Steel Hex Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M5 x 0.8 mm x 35 mm</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91290A195</td>
			<td>Black-Oxide Alloy Steel Socket Head Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M5 x 0.8 mm, 13 mm Head Diameter</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>96445A360</td>
			<td>Flanged Knurled-Head Thumb Nut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M5 x 0.8 mm, 5 mm High</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>90576A104</td>
			<td>Medium-Strength Steel Nylon-Insert Locknut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solidworks</td>
			<td>Dassault Systemes</td>
			<td></td>
			<td>CAD software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wiring Kit</td>
			<td>ECEB</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XYZ Axis Manual Precision Linear Stage 60 mm x 60 mm Trimming Bearing Tuning Platform Sliding Table</td>
			<td>OpticsFocus</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Make Parts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angle adjustment system- arm</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: arms_arm_single.SLDPRT 
			QTY: 2 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angle adjustment system- arms stationary</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: arms_stationary.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angle adjustment system- link</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: arms_arm_link.SLDPRT 
			QTY: 2 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angle adjustment system- slider</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: arms_slider.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angle adjustment system- spacer</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: arms_front_spacer.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clip- Blade clip</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: Blade clip.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fine/0.1 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clip- Blade clip mount</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: Blade clip mount.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fine/0.1 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Frame arm</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: frame arm.SLDPRT 
			QTY: 2 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mounting platform</td>
			<td>Laser Cut Acrylic</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: mounting platform.SLDPRT 
			QTY: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulley arm (left)</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: pulley arm_Mirror.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulley arm (right)</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: pulley arm.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample holder and tab- Clamp</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: Clamp.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample holder and tab- Sample holder</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: Sample holder.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample holder and tab- Tab</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: Tab.SLDPRT 
			QTY: 2 per test 
			Setting: Fine/0.1 mm layer height, no brim</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vertical adjust system- Inner slide</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: Inner slide.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vertical adjust system- Outer slide</td>
			<td>3D Printing</td>
			<td></td>
			<td>solidworks: Outer slide.SLDPRT 
			QTY: 1 
			Setting: Fast/0.2 mm layer height</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

performing microscope-mounted y-shaped cutting tests

لقد ثبت مؤخرا أن القطع على شكل حرف Y طريقة واعدة يمكن من خلالها فهم مقياس طول العتبة وطاقة الفشل للمادة ، بالإضافة إلى استجابتها للفشل في وجود طاقة تشوه زائدة. كان الجهاز التجريبي المستخدم في هذه الدراسات موجها رأسيا ويتطلب خطوات مرهقة لضبط الزاوية بين الأرجل على شكل حرف Y. يحظر الاتجاه الرأسي التصور في المجاهر الضوئية القياسية. يقدم هذا البروتوكول جهاز قطع على شكل حرف Y يتم تركيبه أفقيا فوق مرحلة مجهر مقلوب موجود ، ويمكن تعديله في ثلاثة أبعاد (X-Y-Z) ليقع ضمن مجال رؤية الهدف ، ويسمح بتعديل سهل للزاوية بين الأرجل. الميزتان الأخيرتان جديدتان لهذه التقنية التجريبية. يقيس الجهاز المقدم قوة القطع بدقة 1 مللي نيوتن. عند اختبار polydimethylsiloxane (PDMS) ، المادة المرجعية لهذه التقنية ، تم قياس طاقة قطع تبلغ 132.96 جول / م 2 (زاوية الساق 32 درجة ، 75 جم التحميل المسبق) ووجد أنها تقع ضمن خطأ القياسات السابقة المأخوذة باستخدام الإعداد الرأسي (132.9 جول / م 2 ± 3.4 جول / م2). ينطبق هذا النهج على المواد الاصطناعية اللينة أو الأنسجة أو الأغشية الحيوية وقد يوفر رؤى جديدة حول سلوكها أثناء الفشل. توفر قائمة الأجزاء وملفات CAD والتعليمات التفصيلية في هذا العمل خارطة طريق للتنفيذ السهل لهذه التقنية القوية.

تتحد المعلمات المستخدمة خلال الخطوتين 4 و 6 والبيانات التي تم جمعها خلال الخطوتين 6 و 9 لإنتاج طاقة القطع للعينة. وفقا ل Eqn. 1 ، يتطلب تحديد طاقة القطع المعلمات التالية: سمك العينة ، t ، قوة التحميل المسبق ، fpre ، والزاوية بين الأرجل ومحور القطع ، θ. البيانات التالية مطلوبة أيضا: ق?...

Watch this Scientific Journal Video about Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests at JoVE.com

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

يقيس القطع على شكل حرف Y مقاييس الطول والطاقات ذات الصلة بالكسر في المواد اللينة. تم تصميم الأجهزة السابقة لقياسات الطاولة. يصف هذا البروتوكول تصنيع واستخدام جهاز يوجه الإعداد أفقيا ويوفر قدرات تحديد المواقع الدقيقة اللازمة للعرض في الموقع ، بالإضافة إلى تحديد كمية الفشل ، عبر المجهر الضوئي.

إجراء اختبارات القطع على شكل حرف Y المثبتة على المجهر

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as ...

يقيس القطع على شكل حرف Y طاقة الفشل ومقياس ارتباط إنشاء السطح الحرج في المواد الصلبة اللينة. إن دمج هذه التقنية في المجهر يسهل كشف آليات البنية المجهرية التي تحكم هذه الكميات. على عكس الكراك الكبير المزروع النموذجي لتحميل العجلات الأمامية ، يستخدم هذا البروتوكول توطين التمدد الناجم عن اللوحة لتقليل مجال الرؤية اللازم لتصوير عملية الفشل الداخلي.قد يوفر هذا النهج نظرة ثاقبة لفشل المواد الاصطناعية اللينة والأنسجة الرخوة البيولوجية. للبدء ، استبدل حامل الشريحة الأصلي المثبت على المسرح بحامل عينة مخصص وقم بتوصيل التجميع بالمجهر. اضبط زاوية الكوب عن طريق فك زاوية ضبط المسمار الإبهام ثم تحريك الشريحة الخطية.اضبط الزاوية بعد قياسها بمنقلة وشد زاوية ضبط برغي الإبهام. يمكن تعديل الزاوية بين الساق وعينة ثيتا منتصف الطائرة من 8 إلى 45 درجة. قم بإعداد البكرتين العموديتين خلف الجهاز.قم بإعداد عينة مستطيلة رقيقة من polydimethylsiloxane ، أو PDMS ، إما عن طريق قطعها من ورقة أكبر أو باستخدام قالب بالأبعاد الصحيحة. قد تختلف الأبعاد ، ولكن يوصى بعرض 1 1/2 سم أو أقل لعينة بسمك ثلاثة ملليمترات أو أقل. استخدم شفرة حلاقة لقطع العينة بطول ثلاثة سنتيمترات على طول خط الوسط لإنشاء عينة على شكل حرف Y.قد يختلف هذا الرابط ولكن يجب أن تكون الأرجل طويلة بما يكفي لاستيعاب علامات التبويب ، ولكنها قصيرة بما يكفي لترك عينة غير مقطوعة للقياس. باستخدام قلم تحديد أو حبر ، ضع علامتين في المنتصف ويفصل بينهما سنتيمتر واحد تقريبا على كل من الأرجل الرفيعة وجسم العينة لقياس التمدد المطبق في كل من أرجل العينة الثلاثة تحت الحمل. استخدم غراء cyanoacrylate الشبيه بالمادة اللاصقة لإرفاق علامة تبويب مطبوعة 3D أو مقطوعة بالليزر في نهاية كل ساق.قياس وقطع طولين من خط الصيد رقيقة. هناك حاجة إلى ما يقرب من 30 سم من الخط للتوجيه الداخلي عبر الآلية إلى مجموعة البكرات الخارجية. قم بتوصيل ألواح وزن وزنها خمسة جرامات بنهاية الخطوط التي تمر عبر البكرات الخارجية واربط الطرف الآخر باللسان الموجود على كل ساق.قم بتثبيت قاعدة العينة باستخدام المسمار اللولبي الإبهام لحامل العينة وقم بتوجيه الخط لكل ساق عبر كل جانب من جوانب نظام البكرة. التقط صورة للعينة من الأعلى بينما تكون العينة تحت وزن ضئيل عن طريق حمل كاميرا على الجانب السفلي من آلية ضبط الزاوية. تأكد من أن الكاميرا موازية لمستوى العينة لتقليل التأثيرات خارج الزاوية.أضف وزن التحميل المسبق المطلوب البالغ 75 جراما إلى طرفي خط الصيد بالقرب من البكرات الخارجية. قم بزيادة هذه الكمية إلى 150 جراما أو خفضها إلى 50 جراما لتغيير مساهمة التمزق إذا رغبت في ذلك لهذا المزيج من المواد وهندسة العينة. قم بمحاذاة خط الصيد من أدنى بكرة مع المستوى Z لأرجل العينة باستخدام المكون Z لمرحلة الضبط الجزئي ثلاثي الاتجاهات.التقط صورة ثانية للعينة بعد إضافة الوزن. ضع طرف الشفرة المتوقع تقريبا بالقرب من مجال رؤية الهدف. ضع شفرة الحلاقة في مشبك الشفرة المقابل لها وقم بتثبيت الشفرة في مكانها باستخدام برغي مثبت.حرك شفرة الحلاقة المقطوعة هذه في حامل مشبك الشفرة المتصل بخلية التحميل. حدد هدف المجهر 2.5x أو ما يصل إلى 20x ، إذا كانت الصور الأقرب مطلوبة ، واستخدم إعداد الضوء المرسل ، مع زيادة الضوء خلف العينة إذا لزم الأمر. مع وجود الشفرة في مكانها ، ركز المجهر على أقرب سطح للشفرة باستخدام نظام الضبط الرأسي إذا لزم الأمر لإحضار الطرف إلى مسافة العمل المناسبة للهدف.قم بمحاذاة شفرة الحلاقة بعناية داخل مجال رؤية المجهر باستخدام الاتجاهين X و Y فقط لمرحلة الضبط الدقيق ثلاثي الاتجاهات. ركز المجهر على العينة وقم بمحاذاة طرف الكراك مع شفرة الحلاقة عن طريق ترجمة مرحلة المجهر X / Y. هذا يضمن أن المستوى الأوسط للعينة يتماشى مع المستوى الأوسط لآلية ضبط الزاوية.افتح الكود المستخدم للحصول على بيانات خلية التحميل وابدأ في تسجيل بيانات خلية التحميل بالنقر فوق الزر "بدء التسجيل". ترجم العينة نحو شفرة الحلاقة لسنتيمتر واحد أو أكثر بسرعة ثابتة باستخدام التحكم في مرحلة المجهر. اجمع الصور في وقت واحد باستخدام واجهة التصوير الخاصة بالمجهر.عندما يتوقف المجهر X / Y المرحلة ، انقر فوق إيقاف التسجيل زر لإيقاف تسجيل البيانات وحفظ ملف نصي تلقائيا لاستجابة التحميل والوقت. يظهر هنا منحنى وقت القوة لبوليديميثيل سيلوكسان باستخدام شفرة فائقة الحدة. يتم تمييز مناطق التحميل المرن ، وبدء القطع ، والقطع في الحالة المستقرة ، والتفريغ في المنحنى في الرسم البياني.توضح هذه البيانات قوة ابتدائية عالية ، كما هو مطلوب عادة لبدء القطع ، متبوعة بقوة ثابتة ، مما يشير إلى قطع الحالة المستقرة. قوة القطع هي القيمة القصوى للقوة داخل نظام الحالة المستقرة هذا. تتوافق الدوائر الحمراء الموضحة هنا مع صور محددة حصل عليها المجهر.تمت إضافة دائرة صفراء لتسهيل مراقبة حركة نمط البقع ، وتشير هذه الأرقام إلى الطوابع الزمنية للصورة والثواني. قوة القطع المقاسة في الحالة المستقرة جنبا إلى جنب مع معلمات الاختبار التجريبية لثيتا زاوية الساق ، وسمك العينة T ، والتحميل المسبق f من pre ، ونصف قطر الشفرة تنتج طاقة القطع في الحالة المستقرة وفقا للمعادلة الموضحة. هنا ، نجحنا في تكرار طاقة القطع التي تم الإبلاغ عنها سابقا في الأدبيات لهذه الظروف.من خلال دمج القطع على شكل حرف Y في المجهر ، فإننا نمكن القياس الكمي للمساهمات المجهرية في فشل الأنسجة اللينة والصلبة والرخوة عبر مجسات الفلورسنت ، والتألق الذاتي ، وتقنيات شدة المجال الكامل.

Research

JoVE Journal

Engineering

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

فتل اختبارات أحادي الاتجاه الأقمشة: قياسات شعرية معلمات لتقييم الضغط شعري في العمليات السائل المركب صب

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

إجراءات القطع، اختبار الشد، وشيخوخة الرقائق المركبة أحادية الاتجاه المرنة

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests

تحديد دقيق لقيم التوتر السطحي المتوازن مع اختبارات اضطراب المنطقة

We demonstrate two robust protocols for determining the equilibrium surface tension (EST) values with area perturbation tests. The EST values should be ...

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

أداء في الموقع تفاعلات الغاز الخلية المغلقة في المجهر الإلكتروني انتقال

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at ...