Name: performing microscope-mounted y-shaped cutting tests
Uploaded: 2023-01-20T12:45:00
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我们要感谢James Phillips博士，Amy Wagoner-Johnson博士，Alexandra Spitzer和Amir Ostadi对这项工作的建议。资金来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程系提供的启动补助金。M. Guerena，J. C. Peng，M. Schmid和C. Walsh都因其在该项目上的工作而获得了高级设计荣誉。

1. 可改装和易损件的调整和制造
<ol><li>使用激光切割机或 3D 打印机制造适合样品腿 B1 和 B2 宽度的一次性 ABS 或亚克力片（1.5 cm x 7 cm x 3 mm 样品为 7.5 mm x 7.5 mm）（图 1B 和 图 2D）。每个测试需要两个选项卡，每个腿一个。</li>
	<li>剃须刀片夹 注意：所需剃须刀片夹的确切尺寸取决于所用剃须刀片的深度。<ol><li>修改 CAD 设计（参见?...

<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>

这里报道的水平Y形切割设备可实现 原位 成像功能，并提高了这种故障技术的易用性。该设备包括模块化/便携式设计，用于从显微镜上快速安装/拆卸，并连续、预先对齐的支腿角度调整。所有CAD文件，所需材料和程序都包括在内，以促进此方法的实施。在许多情况下（刀片支架、样品支架、称重传感器支架、安装框架），3D打印部件可以很容易地针对给定的材料/刀片或特定的称重传感器/?...

非线性连续介质力学提供了一个关键的镜头，通过它来理解导致软固体失效的能量集中1。然而，准确预测这种破坏还需要描述有助于在裂纹尖端2，3处产生新表面的微观结构特征。处理此类描述的一种方法是在失效4，5期间对裂纹尖端进行原位可视化。然而，在典型的远场断裂测试中，裂纹钝化使得通过展开高度变形的材料（可能超出显微镜的视场6）来获取原位数据具有挑战性。Y形切割为微观结构可视化提供了一种独特的替代方案，因为它将大变形区域集中在刀片7的尖端。此外，我们小组以前的工作表明，这种独特的实验方法可以深入了解远场撕裂和接触介导的加载条件之间的失效响应差异7。
这里介绍的设备中使用的Y形切割方法在几十年前首次被描述为天然橡胶的切割方法8。该方法包括通过预加载的Y形试件推切固定刀片。在“Y”的交点处是裂纹尖端，它是在测试之前通过将矩形的一部分分成两个相等的“腿”来创建的（图1B和图2D）。这种切割方法的主要优点包括减少摩擦对测量的切削能量的贡献，可变的刀片几何形状（即，裂纹尖端几何形状的约束），故障率的控制（通过样品位移率），以及单独调整切割，C和撕裂，T，能量贡献对总能量G切割（即 改变超过切割阈值的失效能量）8.后一种贡献以切削能量的简单闭式表达式表示9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> 等式 （1）
它使用实验选择的参数，包括样品厚度、t、平均腿应变、预紧力、<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">fpre 以及腿与切割轴之间的角度 θ。切割力f切割是用Zhang等人9中详述的仪器测量的。值得注意的是，这里介绍的装置包括一种新的、简单而准确的机制，用于调整支腿角度θ，并确保样品居中。虽然这两个功能对于显微镜安装的设置都至关重要，但该机制也可能通过提高易用性而有利于Y形切割测试的未来垂直实施。
自Rivlin和Thomas10引入的独立于样品的断裂几何形状的早期成功以来，在确定软固体的适当失效标准方面一直在取得进展。已经使用了临界能量释放率10，内聚区定律11以及各种形式的压力或远距离能量方法12，13，14。最近，Zhang和Hutchens利用后一种方法，证明具有足够小半径刀片的Y形切割可以产生软断裂7的阈值失效条件：阈值失效能量和阈值长度尺度，在均匀，高弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）中从数十到数百纳米不等。这些结果与连续介质建模和缩放理论相结合，以发展这些材料中切割和撕裂之间的关系，从而证明了Y形切割在提供对所有软失效模式的见解方面的实用性。然而，许多材料类别的行为，包括耗散和复合材料，仍未被探索。预计其中许多将在高于可见光波长的长度尺度上表现出微观结构控制效应。因此，本研究设计了一种装置，该装置允许首次在Y形切割期间对这些影响进行近距离的视觉表征（例如，在复合材料中，包括软组织，或耗散过程，预计在微米到毫米长度尺度上15）。

<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

Y形切割最近被证明是一种很有前途的方法，通过该方法可以了解材料的阈值长度尺度和失效能量，以及存在过量变形能量时的失效响应。这些研究中使用的实验装置是垂直定向的，需要繁琐的步骤来调整Y形腿之间的角度。垂直方向禁止在标准光学显微镜中进行可视化。该协议提出了一个Y形切割装置，该设备水平安装在现有的倒置显微镜载物台上，可以在三维（X-Y-Z）中进行调整以落在物镜的视野内，并允许轻松修改腿之间的角度。后两个功能是这种实验技术的新功能。所提出的设备测量切削力的精度在1 mN以内。在测试该技术的参考材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）时，测量的切削能量为132.96 J/m 2（32°腿角，75 g预紧力），发现其误差在先前垂直设置下的测量误差范围内（132.9 J/m 2 ± 3.4 J/m2）。该方法适用于软合成材料、组织或生物膜，并可能为它们在失效期间的行为提供新的见解。这项工作中的零件列表、CAD 文件和详细说明为轻松实施这一强大技术提供了路线图。

步骤 4 和步骤 6 中使用的参数与步骤 6 和步骤 9 中收集的数据相结合，产生样品的切削能量。根据公式1，切削能量的测定需要以下参数：样品厚度t、预紧力、fpre以及支腿与切削轴之间的角度θ。还需要以下数据：切削力、f切口和平均腿部应变。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">前者来自通过计算机代码收集的强制时?...

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Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y形切割测量软材料中与断裂相关的长度尺度和能量。以前的设备是为台式测量而设计的。该协议描述了一种设备的制造和使用，该设备水平定向设置，并通过光学显微镜提供原位观察以及故障量化所需的精细定位能力。

执行显微镜安装的Y形切割测试

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 ...

Y 形切割可测量软固体中的失效能量和关键表面创建链接刻度。将这种技术整合到显微镜中有助于揭示控制这些量的微观结构机制。与前轮加载的典型大种植裂缝相比，该协议使用板诱导拉伸定位来减少对内部失效过程进行成像所需的视野。该方法可以深入了解软合成材料和生物软组织的失效。首先，将原来安装在载物台上的载玻片支架更换为定制的样品架，并将组件连接到显微镜上。通过松开角度调节指旋螺钉然后移动线性滑块来设置杯子的角度。用量角器测量后设置角度并拧紧角度调整指旋螺钉。支腿和样品中平面θ之间的角度可以在 8 到 45 度之间调节。在设备后面设置两个垂直滑轮。制备聚二甲基硅氧烷或PDMS的薄矩形样品，方法是从较大的片材上切割或使用正确尺寸的模具。尺寸可能会有所不同，但对于厚度为 3 毫米或更小的样品，建议从 1 1/2 厘米或更小的宽度开始。使用剃须刀片沿中心线纵向切割样品三厘米，以创建 Y 形样品。此链接可能会有所不同，但支腿应足够长以容纳标签，但又足够短以留下未切割的样品进行测量。使用记号笔或墨水，将两个标记居中放置，并在样品的每个细腿和主体上放置大约一厘米，以测量三个样品腿中每个样品腿在负载下施加的拉伸。使用类似粘合剂的氰基丙烯酸酯胶水将3D打印或激光切割的标签连接到每条腿的末端。测量并切割两根细鱼线。通过机构到外部滑轮组的内部布线需要大约 30 厘米的线。将 5 克重的称重板连接到通过外部皮带轮的线的末端，并将另一端绑在每条腿上的卡舌上。使用样品架指旋螺钉夹紧样品的底座，并将每条腿的管线穿过滑轮系统的每一侧。当样品处于可忽略不计的重量时，通过将相机靠在角度调节机构的底部，从顶部拍摄样品的照片。确保相机平行于样品平面，以尽量减少偏角效应。在钓鱼线两端靠近外部滑轮处添加所需的预载重量 75 克。如果需要，将此量增加到 150 克或减少到 50 克以更改这种材料和样品几何形状组合的撕裂贡献。使用三向微调台的 Z 分量将最低滑轮的钓鱼线与样品腿的 Z 平面对齐。添加重量后，拍摄样品的第二张照片。将预期的叶片尖端大约放置在物镜视场附近。将剃须刀片放入相应的刀片夹中，并用固定螺钉将刀片固定到位。将此夹紧式剃须刀片滑入连接到称重传感器的刀片夹支架中。如果需要更近的图像，请选择2.5倍显微镜物镜或高达20倍的物镜，并使用透射光设置，如果需要，增加样品后面的光线。刀片就位后，如有必要，使用垂直调节系统将显微镜聚焦在刀片的最近表面上，以使尖端达到物镜的适当工作距离。仅使用三向微调台的X和Y方向，小心地将剃须刀片对准显微镜视场内。将显微镜聚焦在样品上，并通过平移显微镜X / Y载物台将裂纹尖端与剃须刀片对齐。这可确保样品的中平面与角度调整机构的中平面对齐。打开用于称重传感器数据采集的代码，然后单击“开始记录”按钮开始记录称重传感器数据。使用显微镜载物台控制以恒定速度将样品平移向剃须刀片一厘米或更多。使用显微镜的成像界面同时收集图像。当显微镜X/Y载物台停止时，单击停止记录按钮停止记录数据并自动保存载荷和时间响应的文本文件。此处显示了使用超锋利刀片的聚二甲基硅氧烷的力-时间曲线。曲线的弹性加载、切割起始、稳态切割和卸载区域在图形中标记。该数据说明了高初始力，这是切割起始通常需要的，然后是恒定的力，表明稳态切割。切削力是该稳态状态下力的最大值。此处显示的红色圆圈对应于显微镜获得的特定图像。添加了黄色圆圈以方便观察斑点图案运动，这些数字表示图像时间戳和秒数。根据所示方程，将测得的稳态切削力与腿角θ、样品厚度T、预紧力f和刀片半径的实验测试参数相结合，得出稳态切削能量。在这里，我们成功地复制了先前在文献中报道的这些条件下的切削能量。通过将Y形切割整合到显微镜中，我们可以通过荧光探针，自发荧光和全场强度技术量化软固体和软组织失效的微观结构贡献。

Research

JoVE Journal

Engineering

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科研

工程学

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