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

We willen Dr. James Phillips, Dr. Amy Wagoner-Johnson, Alexandra Spitzer en Amir Ostadi bedanken voor hun advies over dit werk. Financiering kwam van de start-up subsidie verstrekt door het Department of Mechanical Science and Engineering aan de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid en C. Walsh ontvingen allemaal senior ontwerpkrediet voor hun werk aan dit project.

1. Aanpassing en fabricage van wijzigbare en verbruiksonderdelen
<ol><li>Gebruik een lasersnijder of 3D-printer om wegwerp-ABS- of acryllipjes te vervaardigen die passen binnen de breedte van de monsterpoten, B1 en B2 (7,5 mm x 7,5 mm voor een monster van 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) (figuur 1B en figuur 2D). Voor elke test zijn twee tabbladen nodig, één voor elk been.</li>
	<li>Scheermesje clip OPMERKING: De exacte afmetingen van de benodigde s...

<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>

Het horizontale, Y-vormige snijapparaat dat hier wordt gerapporteerd, maakt in situ beeldvormingsmogelijkheden mogelijk, samen met een verbeterd gebruiksgemak voor deze faaltechniek. Het apparaat bevat een modulair/draagbaar ontwerp voor snelle montage/ontkoppeling van een microscoop en continue, vooraf uitgelijnde aanpassing van de beenhoek. Alle CAD-bestanden, benodigde materialen en procedures zijn opgenomen om de implementatie van deze methode te vergemakkelijken. In veel gevallen (bladhouders, monsterhouder...

Niet-lineaire continuümmechanica heeft een kritische lens geboden om de concentratie van energie te begrijpen die leidt tot falen in zachte vaste stoffen1. De nauwkeurige voorspelling van deze storing vereist echter ook beschrijvingen van de microstructurele kenmerken die bijdragen aan nieuwe oppervlaktecreatie aan de scheurpunt 2,3. Een methode om dergelijke beschrijvingen te benaderen is door middel van in situ visualisatie van de scheurpunt tijdens storing 4,5. Scheurafstomping in typische far-field fractuurtests maakt het verkrijgen van in situ-gegevens echter een uitdaging door het sterk vervormde materiaal te verspreiden, mogelijk buiten het gezichtsveld van de microscoop6. Y-vormig snijden biedt een uniek alternatief voor microstructurele visualisatie omdat het het gebied van grote vervorming concentreert aan de punt van een blad7. Bovendien toont eerder werk van onze groep aan dat deze unieke experimentele aanpak inzicht kan geven in de verschillen in faalrespons tussen far-field tearing en contact-gemedieerde laadomstandigheden7.
De Y-vormige snijmethode die wordt gebruikt in het hier gepresenteerde apparaat werd tientallen jaren geleden voor het eerst beschreven als een snijmethode voor natuurlijk rubber8. De methode bestaat uit een vast mes door een voorgespannen Y-vormig proefstuk. Op het snijpunt van de "Y" bevindt zich de scheurpunt, die voorafgaand aan het testen wordt gecreëerd door een deel van een rechthoekig stuk in twee gelijke "poten" te splitsen (figuur 1B en figuur 2D). De belangrijkste voordelen van deze snijmethode zijn de vermindering van wrijvingsbijdragen aan de gemeten snij-energie, de variabele bladgeometrie (d.w.z. beperking van de scheurpuntgeometrie), de controle van het uitvalpercentage (via de monsterverplaatsingssnelheid) en de afzonderlijke afstemming van het snijden, C en scheuren, T, energiebijdragen aan de totale energie G-snede (d.w.z. het veranderen van de storingsenergie boven een snijdrempel)8. Deze laatste bijdragen worden uitgedrukt in een eenvoudige, gesloten uitdrukking voor de snij-energie9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> Eqn (1)
die gebruik maakt van experimenteel geselecteerde parameters, waaronder monsterdikte, t, gemiddelde beenspanning, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">, voorspanningskracht, fpre, en de hoek tussen de benen en de snijas, θ. De snijkracht, fcut, wordt gemeten met het apparaat zoals beschreven in Zhang et al.9. Met name het hier gepresenteerde apparaat bevat een nieuw, eenvoudig en nauwkeurig mechanisme voor het afstemmen van de beenhoek, θ, en ervoor te zorgen dat het monster gecentreerd is. Hoewel beide functies van cruciaal belang zijn voor een op een microscoop gemonteerde opstelling, kan het mechanisme ook toekomstige verticale implementaties van de Y-vormige snijtest ten goede komen door het gebruiksgemak te vergroten.
Vooruitgang bij het bepalen van de juiste faalcriteria voor zachte vaste stoffen is aan de gang sinds het vroege succes van monsteronafhankelijke breukgeometrieën geïntroduceerd door Rivlin en Thomas10. Kritische energieafgiftesnelheden10, samenhangende zonewetten11 en verschillende vormen van stress- of energie-op-afstand-benaderingen 12,13,14 zijn gebruikt. Onlangs maakten Zhang en Hutchens gebruik van de laatste benadering, wat aantoonde dat Y-vormig snijden met voldoende kleine radiusbladen drempelfalencondities kon opleveren voor zachte breuk7: een drempeluitvalenergie en een drempellengteschaal voor falen die varieert van tientallen tot honderden nanometers in homogeen, zeer elastisch polydimethylsiloxaan (PDMS). Deze resultaten werden gecombineerd met continuümmodellering en schaaltheorie om een relatie te ontwikkelen tussen snijden en scheuren in deze materialen, waardoor het nut van Y-vormig snijden werd aangetoond voor het bieden van inzicht in alle modi van zacht falen. Het gedrag van veel materiaalklassen, waaronder dissipatieve en composietmaterialen, blijft echter onontgonnen. Verwacht wordt dat veel van deze microstructuurgestuurde effecten zullen vertonen op lengteschalen boven de golflengte van zichtbaar licht. Daarom werd in deze studie een apparaat ontworpen dat voor het eerst de nauwe visuele karakterisering van deze effecten tijdens Y-vormig snijden mogelijk maakt (bijvoorbeeld in composieten, inclusief zachte weefsels, of van dissipatieve processen, verwacht op de micrometer tot millimeterlengteschalen15).

<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-vormig snijden is onlangs een veelbelovende methode gebleken om de drempellengteschaal en faalenergie van een materiaal te begrijpen, evenals de faalrespons in de aanwezigheid van overtollige vervormingsenergie. Het experimentele apparaat dat in deze studies werd gebruikt, was verticaal georiënteerd en vereiste omslachtige stappen om de hoek tussen de Y-vormige benen aan te passen. De verticale oriëntatie verbiedt visualisatie in standaard optische microscopen. Dit protocol presenteert een Y-vormig snijapparaat dat horizontaal over een bestaand omgekeerd microscoopstadium wordt gemonteerd, in drie dimensies (X-Y-Z) kan worden aangepast om binnen het gezichtsveld van het objectief te vallen en maakt eenvoudige aanpassing van de hoek tussen de benen mogelijk. De laatste twee kenmerken zijn nieuw voor deze experimentele techniek. Het gepresenteerde apparaat meet de snijkracht binnen een nauwkeurigheid van 1 mN. Bij het testen van polydimethylsiloxaan (PDMS), het referentiemateriaal voor deze techniek, werd een snij-energie van 132,96 J/m2 gemeten (32° beenhoek, 75 g voorspanning) en bleek te vallen binnen de fout van eerdere metingen met een verticale opstelling (132,9 J/m2 ± 3,4 J/m2). De aanpak is van toepassing op zachte synthetische materialen, weefsels of biomembranen en kan nieuwe inzichten bieden in hun gedrag tijdens falen. De lijst met onderdelen, CAD-bestanden en gedetailleerde instructies in dit werk bieden een routekaart voor de eenvoudige implementatie van deze krachtige techniek.

De parameters die tijdens stap 4 en stap 6 zijn gebruikt en de gegevens die tijdens stap 6 en stap 9 zijn verzameld, leveren samen de snij-energie van het monster op. Volgens Eqn. 1 vereist de bepaling van de snij-energie de volgende parameters: monsterdikte, t, voorspanningskracht, fpre, en de hoek tussen de poten en de snijas, θ. De volgende gegevens zijn ook vereist: de snijkracht, fcut, en de gemiddelde beenspanning, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/...

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

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y-vormig snijden meet breukrelevante lengteschalen en energieën in zachte materialen. Eerdere apparaten waren ontworpen voor tafelmetingen. Dit protocol beschrijft de fabricage en het gebruik van een apparaat dat de opstelling horizontaal oriënteert en de fijne positioneringsmogelijkheden biedt die nodig zijn voor in situ-weergave , plus faalkwantificering, via een optische microscoop.

Uitvoeren van microscoop gemonteerde Y-vormige snijtests

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-vormig snijden meet de faalenergie en een kritische oppervlaktecreatieverbindingsschaal in zachte vaste stoffen. Het integreren van deze techniek in een microscoop vergemakkelijkt het ontrafelen van de microstructurele mechanismen die deze hoeveelheden regelen. In tegenstelling tot de grote geplante scheur die typerend is voor het laden van het voorwiel, maakt dit protocol gebruik van door platen geïnduceerde stretchlokalisatie om het gezichtsveld te verminderen dat nodig is om het inwendige faalproces in beeld te brengen.De aanpak kan inzicht geven in het falen van zachte synthetische materialen en biologische zachte weefsels. Vervang om te beginnen de originele op het podium gemonteerde diahouder door een aangepaste monsterhouder en bevestig de assemblage aan de microscoop. Stel de hoek van de cup in door de hoek los te maken en vervolgens de lineaire schuif te verplaatsen.Stel de hoek in na het meten met een gradenboog en draai de hoekaanpas duimschroef vast. De hoek tussen het been en het monster midplane theta kan worden aangepast van 8 tot 45 graden. Plaats de twee verticale katrollen achter het apparaat.Bereid een dun rechthoekig monster van polydimethylsiloxaan of PDMS door het uit een groter vel te snijden of een mal van de juiste afmetingen te gebruiken. De afmetingen kunnen variëren, maar een breedte van 1 1/2 centimeter of minder voor een monster met een dikte van drie millimeter of minder wordt aanbevolen om te beginnen. Gebruik een scheermesje om het monster drie centimeter in de lengte langs de middellijn te snijden om het Y-vormige monster te maken.Deze link kan variëren, maar de poten moeten lang genoeg zijn om de tabbladen te huisvesten, maar toch kort genoeg om een ongesneden monster achter te laten voor meting. Plaats met behulp van een marker of inkt twee markeringen gecentreerd en gescheiden door ongeveer een centimeter op elk van de dunne poten en het lichaam van het monster om de aangebrachte rek in elk van de drie monsterpoten onder belasting te meten. Gebruik lijmachtige cyanoacrylaatlijm om een 3D-geprint of lasergesneden lipje aan het einde van elk been te bevestigen.Meet en knip twee lengtes dunne vislijn. Ongeveer 30 centimeter lijn is nodig voor interne routing door het mechanisme naar de externe set katrollen. Bevestig weegplaten van vijf gram aan het uiteinde van de lijnen die door de externe katrollen lopen en bind het andere uiteinde aan het lipje op elke poot.Klem de basis van het monster vast met behulp van de duimschroeven van de monsterhouder en leid de lijn voor elke poot door elke kant van het katrolsysteem. Maak een foto van het monster vanaf de bovenkant terwijl het monster onder verwaarloosbaar gewicht is door een camera tegen de onderkant van het hoekaanpassingsmechanisme te houden. Zorg ervoor dat de camera evenwijdig is aan het voorbeeldvlak om effecten buiten de hoek te minimaliseren.Voeg het gewenste voorlaadgewicht van 75 gram toe aan beide uiteinden van de vislijn in de buurt van de externe katrollen. Verhoog deze hoeveelheid tot 150 gram of verlaag deze tot 50 gram om de scheurbijdrage indien gewenst te veranderen voor deze combinatie van materiaal en monstergeometrie. Lijn de vislijn vanaf de onderste katrol uit met het Z-vlak van de monsterpoten met behulp van de Z-component van de drieweg microverstellingsfase.Maak een tweede foto van het monster nadat het gewicht is toegevoegd. Plaats de verwachte bladpunt ongeveer dicht bij het gezichtsveld van het objectief. Plaats het scheermesje in de bijbehorende mesclip en bevestig het mesje op zijn plaats met een ingestelde schroef.Schuif dit geknipte scheermesje in de mesclipbevestiging die aan de loadcel is bevestigd. Selecteer het 2,5x microscoopobjectief of zo hoog als 20x, als dichterbij beelden gewenst zijn, en gebruik de instelling voor doorgelaten licht, waarbij u het licht achter het monster indien nodig vergroot. Met het mes op zijn plaats richt u de microscoop op het dichtstbijzijnde oppervlak van het blad met behulp van het verticale aanpassingssysteem indien nodig om de punt op de juiste werkafstand voor het doel te brengen.Lijn het scheermesje zorgvuldig uit binnen het gezichtsveld van de microscoop met alleen de X- en Y-richtingen van de drieweg microaanpassingsfase. Richt de microscoop op het monster en lijn de scheurpunt uit met het scheermesje door de microscoop X/Y-fase te vertalen. Dit zorgt ervoor dat het middenvlak van het monster uitlijnt met het middenvlak van het hoekverstellingsmechanisme.Open de code die wordt gebruikt voor de gegevensverzameling van de loadcel en begin met het opnemen van de loadcelgegevens door op de knop Opname starten te klikken. Vertaal het monster naar het scheermesje gedurende een centimeter of meer met constante snelheid met behulp van microscooptrapcontrole. Verzamel tegelijkertijd beelden met behulp van de beeldvormingsinterface van de microscoop.Wanneer de microscoop X / Y-fase stopt, klikt u op de knop Opname stoppen om te stoppen met het opnemen van de gegevens en automatisch een tekstbestand van de belasting en tijdrespons op te slaan. De kracht-tijdcurve voor polydimethylsiloxaan met behulp van een ultrascherp mes wordt hier weergegeven. De elastische belastings-, snij-initiatie-, steady-state snij- en losgebieden van de curve worden in de grafiek gelabeld.Deze gegevens illustreren een hoge beginkracht, zoals meestal vereist is voor snij-initiatie, gevolgd door een constante kracht, wat wijst op steady-state snijden. De snijkracht is de maximale waarde van de kracht binnen dit steady-state regime. De hier getoonde rode cirkels komen overeen met specifieke beelden die door de microscoop zijn verkregen.Een gele cirkel is toegevoegd om de observatie van de beweging van het spikkelpatroon te vergemakkelijken, en deze nummers geven tijdstempels en seconden aan. De gemeten steady-state snijkracht in combinatie met de experimentele testparameters van beenhoek theta, monsterdikte T, preload f van pre en bladradius leveren de steady-state snij-energie op volgens de getoonde vergelijking. Hier repliceren we met succes de snij-energie die eerder in de literatuur is gerapporteerd voor deze aandoeningen.Door Y-vormig snijden in een microscoop op te nemen, maken we de kwantificering mogelijk van microstructurele bijdragen aan het falen van zacht vast en zacht weefsel via fluorescerende sondes, autofluorescentie en technieken voor volledige veldsterkte.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Wicking Tests voor Unidirectionele Stoffen: Metingen van capillaire Parameters om capillaire druk in Liquid Composite Molding Processen Evalueer

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

Snij procedures, trekproeven en veroudering van flexibele unidirectionele composiet laminaten

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

Nauwkeurige bepaling van de evenwichts spanning waarden met oppervlakte Perturbatie tests

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

In situ gesloten-cel gasreacties uitvoeren in de transmissie-elektronenmicroscoop

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