Name: performing microscope-mounted y-shaped cutting tests
Uploaded: 2023-01-20T12:45:00
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Nous tenons à remercier le Dr James Phillips, la Dre Amy Wagoner-Johnson, Alexandra Spitzer et Amir Ostadi pour leurs conseils sur ce travail. Le financement provenait de la subvention de démarrage fournie par le Département des sciences mécaniques et de l’ingénierie de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid et C. Walsh ont tous reçu un crédit de conception senior pour leur travail sur ce projet.

1. Réglage et fabrication de pièces modifiables et consommables
<ol><li>Utilisez une découpeuse laser ou une imprimante 3D pour fabriquer des languettes en ABS ou en acrylique jetables qui s’adaptent à la largeur des jambes de l’échantillon, B1 et B2 (7,5 mm x 7,5 mm pour un échantillon de 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) (Figure 1B et Figure 2D). Deux onglets sont nécessaires pour chaque test, un pour chaque jambe.</li>
	<li>Clip de lame de r...

<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>

L’appareil de découpe horizontal en forme de Y décrit ici permet des capacités d’imagerie in situ ainsi qu’une facilité d’utilisation améliorée pour cette technique de défaillance. L’appareil comprend une conception modulaire / portable pour un montage / démontage rapide à partir d’un microscope et un ajustement continu et pré-aligné de l’angle des jambes. Tous les fichiers CAO, les matériaux requis et les procédures ont été inclus pour faciliter la mise en œuvre de cette méthode. ...

La mécanique du continuum non linéaire a fourni une lentille critique à travers laquelle comprendre la concentration d’énergie qui conduit à la défaillance dans les solides mous1. Cependant, la prévision précise de cette défaillance nécessite également des descriptions des caractéristiques microstructurales qui contribuent à la création de nouvelles surfaces à l’extrémité de la fissure 2,3. Une méthode pour aborder de telles descriptions consiste à visualiser in situ la pointe de la fissure lors de la rupture 4,5. Cependant, l’émoussement des fissures dans les tests de rupture en champ lointain typiques rend difficile l’acquisition de données in situ en étalant le matériau hautement déformé, potentiellement en dehors du champ de visiondu microscope 6. La découpe en Y offre une alternative unique pour la visualisation microstructurale car elle concentre la région de grande déformation à l’extrémité d’une lame7. En outre, des travaux antérieurs de notre groupe démontrent que cette approche expérimentale unique peut donner un aperçu des différences de réponse à la défaillance entre les conditions de déchirure en champ lointain et les conditions de charge médiées par contact7.
La méthode de découpe en forme de Y utilisée dans l’appareil présenté ici a été décrite pour la première fois il y a des décennies comme une méthode de coupe pour le caoutchouc naturel8. La méthode consiste en une lame fixe poussée à travers une éprouvette préchargée en forme de Y. À l’intersection du « Y » se trouve la pointe de la fissure, qui est créée avant l’essai en divisant une partie d’une pièce rectangulaire en deux « jambes » égales (figure 1B et figure 2D). Les principaux avantages de cette méthode de découpe comprennent la réduction des contributions de frottement à l’énergie de coupe mesurée, la géométrie variable de la lame (c.-à-d. contrainte de la géométrie de la pointe de fissure), le contrôle du taux de défaillance (via le taux de déplacement de l’échantillon) et le réglage séparé des contributions énergétiques de coupe, C, et de déchirure, T, à l’énergie totale Gcoupée (c.-à-d. modification de l’énergie de défaillance au-delà d’un seuil de coupe)8. Ces dernières contributions sont exprimées dans une expression simple et fermée pour l’énergie de coupe9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> Eqn (1)
qui utilise des paramètres sélectionnés expérimentalement, y compris l’épaisseur de l’échantillon, t, la déformation moyenne des jambes, la force de précharge, fpré, et l’angle entre les jambes et l’axe de coupe, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">θ. La force de coupe, fcoupée, est mesurée avec l’appareillage comme détaillé dans Zhang et al.9. Notamment, l’appareil présenté ici comprend un nouveau mécanisme simple et précis pour régler l’angle de la jambe, θ, et s’assurer que l’échantillon est centré. Bien que ces deux caractéristiques soient essentielles pour une installation montée sur microscope, le mécanisme peut également bénéficier aux futures implémentations verticales du test de coupe en forme de Y en augmentant la facilité d’utilisation.
Les progrès dans la détermination des critères de défaillance appropriés pour les solides mous sont en cours depuis le succès précoce des géométries de fracture indépendantes de l’échantillon introduites par Rivlin et Thomas10. Les taux de libération d’énergie critique 10, les lois de zone cohésive11 et diverses formes d’approches de contrainte ou d’énergie à distance12,13,14 ont été utilisées. Récemment, Zhang et Hutchens ont tiré parti de cette dernière approche, démontrant que la coupe en forme de Y avec des lames de rayon suffisamment petites pouvait donner des conditions de rupture seuil pour la rupture molle7: une énergie de rupture de seuil et une échelle de longueur de seuil pour la défaillance allant de dizaines à des centaines de nanomètres dans un polydiméthylsiloxane homogène et hautement élastique (PDMS). Ces résultats ont été combinés à la modélisation du continuum et à la théorie de la mise à l’échelle pour développer une relation entre la coupe et la déchirure dans ces matériaux, démontrant ainsi l’utilité de la découpe en forme de Y pour fournir des informations sur tous les modes de défaillance douce. Cependant, le comportement de nombreuses classes de matériaux, y compris les matériaux dissipatifs et composites, reste inexploré. On s’attend à ce que bon nombre d’entre eux présentent des effets régis par la microstructure à des échelles de longueur supérieures à la longueur d’onde de la lumière visible. Par conséquent, un appareil a été conçu dans cette étude qui permet de caractériser visuellement de près ces effets lors de la coupe en forme de Y pour la première fois (par exemple, dans les composites, y compris les tissus mous, ou des processus dissipatifs, anticipés sur les échelles de longueur micrométrique à millimétrique15).

<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

La découpe en forme de Y s’est récemment révélée être une méthode prometteuse pour comprendre l’échelle de longueur seuil et l’énergie de défaillance d’un matériau, ainsi que sa réponse à la défaillance en présence d’un excès d’énergie de déformation. L’appareil expérimental utilisé dans ces études était orienté verticalement et nécessitait des étapes lourdes pour ajuster l’angle entre les jambes en forme de Y. L’orientation verticale interdit la visualisation dans les microscopes optiques standard. Ce protocole présente un appareil de coupe en forme de Y qui se monte horizontalement sur un étage de microscope inversé existant, peut être ajusté en trois dimensions (X-Y-Z) pour entrer dans le champ de vision de l’objectif et permet de modifier facilement l’angle entre les jambes. Ces deux dernières caractéristiques sont nouvelles pour cette technique expérimentale. L’appareil présenté mesure la force de coupe avec une précision de 1 mN. Lors de l’essai du polydiméthylsiloxane (PDMS), le matériau de référence pour cette technique, une énergie de coupe de 132,96 J/m 2 a été mesurée (angle de jambe de 32°, précharge de 75 g) et s’est avérée conforme à l’erreur des mesures précédentes prises avec une configuration verticale (132,9 J/m 2 ± 3,4 J/m2). L’approche s’applique aux matériaux synthétiques mous, aux tissus ou aux biomembranes et peut fournir de nouvelles informations sur leur comportement en cas de défaillance. La liste des pièces, les fichiers CAO et les instructions détaillées de ce travail fournissent une feuille de route pour faciliter la mise en œuvre de cette technique puissante.

Les paramètres utilisés lors des étapes 4 et 6 et les données recueillies lors des étapes 6 et 9 se combinent pour produire l’énergie de coupe de l’échantillon. Selon Eqn. 1, la détermination de l’énergie de coupe nécessite les paramètres suivants: épaisseur de l’échantillon, t, force de précharge, fpre, et l’angle entre les jambes et l’axe de coupe, θ. Les données suivantes sont également requises: la force de coupe, la coupe f et la contraint...

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Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

La coupe en forme de Y mesure les échelles de longueur et les énergies pertinentes pour la fracture dans les matériaux mous. Les appareils précédents ont été conçus pour les mesures de paillasse. Ce protocole décrit la fabrication et l’utilisation d’un appareil qui oriente la configuration horizontalement et fournit les capacités de positionnement fin nécessaires à la visualisation in situ , ainsi qu’à la quantification des défaillances, via un microscope optique.

Effectuer des tests de coupe en forme de Y montés sur microscope

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 ...

La découpe en forme de Y mesure l’énergie de défaillance et une échelle de liaison de création de surface critique dans les solides mous. L’intégration de cette technique dans un microscope facilite la mise au point des mécanismes microstructuraux qui régissent ces grandeurs. Contrairement à la grande fissure plantée typique de la charge de la roue avant, ce protocole utilise la localisation de l’étirement induite par la plaque pour réduire le champ de vision nécessaire pour imager le processus de défaillance intérieure.L’approche peut fournir un aperçu de la défaillance des matériaux synthétiques mous et des tissus mous biologiques. Pour commencer, remplacez le support de lame monté sur scène d’origine par un porte-échantillon personnalisé et fixez l’ensemble au microscope. Réglez l’angle de la tasse en desserrant la vis à molette de réglage de l’angle, puis en déplaçant la glissière linéaire.Réglez l’angle après l’avoir mesuré avec un rapporteur et serrez la vis à molette de réglage de l’angle. L’angle entre la jambe et le plan médian de l’échantillon thêta peut être ajusté de 8 à 45 degrés. Installez les deux poulies verticales derrière l’appareil.Préparez un mince échantillon rectangulaire de polydiméthylsiloxane, ou PDMS, en le coupant dans une feuille plus grande ou en utilisant un moule de dimensions correctes. Les dimensions peuvent varier, mais une largeur de 1 1/2 centimètre ou moins pour un échantillon d’une épaisseur de trois millimètres ou moins est recommandée pour commencer. Utilisez une lame de rasoir pour couper l’échantillon de trois centimètres dans le sens de la longueur le long de la ligne centrale afin de créer l’échantillon en forme de Y.Ce lien peut varier, mais les jambes doivent être assez longues pour accueillir les languettes, mais assez courtes pour laisser un échantillon non coupé pour la mesure. À l’aide d’un marqueur ou d’une encre, placer deux marques centrées et séparées d’environ un centimètre sur chacune des pattes minces et le corps de l’échantillon pour mesurer l’étirement appliqué dans chacune des trois pattes de l’échantillon sous charge. Utilisez de la colle cyanoacrylate de type adhésif pour fixer une languette imprimée en 3D ou découpée au laser à l’extrémité de chaque jambe.Mesurez et coupez deux longueurs de ligne de pêche mince. Environ 30 centimètres de ligne sont nécessaires pour le routage interne à travers le mécanisme vers l’ensemble externe de poulies. Fixez des plaques de pesée de cinq grammes à l’extrémité des lignes passant par les poulies externes et attachez l’autre extrémité à la languette de chaque jambe.Serrez la base de l’échantillon à l’aide de la vis à molette du porte-échantillon et acheminez la ligne pour chaque jambe de chaque côté du système de poulie. Prenez une photo de l’échantillon par le haut alors que l’échantillon est sous un poids négligeable en tenant une caméra contre la face inférieure du mécanisme de réglage de l’angle. Assurez-vous que la caméra est parallèle au plan d’échantillonnage pour minimiser les effets hors angle.Ajouter le poids de précharge souhaité de 75 grammes aux deux extrémités de la ligne de pêche près des poulies externes. Augmentez cette quantité à 150 grammes ou diminuez-la à 50 grammes pour modifier l’apport de déchirure si désiré pour cette combinaison de matériau et de géométrie de l’échantillon. Aligner la ligne de pêche de la poulie la plus basse avec le plan Z des pattes d’échantillonnage à l’aide de la composante Z de l’étape de microréglage à trois voies.Prenez une deuxième photo de l’échantillon après l’ajout du poids. Positionnez approximativement la pointe de lame prévue près du champ de vision de l’objectif. Placez la lame de rasoir dans le clip de lame correspondant et fixez la lame en place avec une vis de fixation.Faites glisser cette lame de rasoir clipsée dans le support de clip de lame fixé au capteur de charge. Sélectionnez l’objectif du microscope 2,5x ou aussi haut que 20x, si des images plus proches sont souhaitées, et utilisez le réglage de la lumière transmise, en augmentant la lumière derrière l’échantillon si nécessaire. Une fois la lame en place, focalisez le microscope sur la surface la plus proche de la lame à l’aide du système de réglage vertical si nécessaire pour amener la pointe à la distance de travail appropriée pour l’objectif.Alignez soigneusement la lame de rasoir dans le champ de vision du microscope en utilisant uniquement les directions X et Y de l’étape de microréglage à trois voies. Focalisez le microscope sur l’échantillon et alignez la pointe de la fissure avec la lame de rasoir en traduisant l’étape X/Y du microscope. Cela garantit que le fond de panier médian de l’échantillon s’aligne sur le fond de panier médian du mécanisme de réglage de l’angle.Ouvrez le code utilisé pour l’acquisition des données du capteur de charge et commencez à enregistrer les données du capteur de charge en cliquant sur le bouton Démarrer l’enregistrement. Traduisez l’échantillon vers la lame de rasoir sur un centimètre ou plus à vitesse constante à l’aide du contrôle de l’étage du microscope. Rassemblez simultanément des images à l’aide de l’interface d’imagerie du microscope.Lorsque l’étage X/Y du microscope s’arrête, cliquez sur le bouton Arrêter l’enregistrement pour arrêter l’enregistrement des données et enregistrer automatiquement un fichier texte de la réponse de charge et de temps. La courbe force-temps pour le polydiméthylsiloxane à l’aide d’une lame ultra tranchante est illustrée ici. Les régions de charge élastique, d’initiation de coupe, de coupe à l’état d’équilibre et de déchargement de la courbe sont étiquetées dans le graphique.Ces données illustrent une force initiale élevée, comme c’est généralement le cas pour l’initiation de la coupe, suivie d’une force constante, indiquant une coupe à l’état d’équilibre. La force de coupe est la valeur maximale de la force dans ce régime d’état stationnaire. Les cercles rouges montrés ici correspondent à des images spécifiques obtenues par le microscope.Un cercle jaune a été ajouté pour faciliter l’observation du mouvement du motif de mouchetures, et ces chiffres indiquent les horodatages et les secondes de l’image. La force de coupe mesurée à l’état d’équilibre combinée aux paramètres d’essai expérimentaux de l’angle thêta de jambe, de l’épaisseur de l’échantillon T, de la précharge f de la pré et du rayon de la lame donne l’énergie de coupe à l’état d’équilibre selon l’équation montrée. Ici, nous reproduisons avec succès l’énergie de coupe précédemment rapportée dans la littérature pour ces conditions.En incorporant la découpe en forme de Y dans un microscope, nous permettons de quantifier les contributions microstructurales à la défaillance des tissus mous-solides et mous via des sondes fluorescentes, l’autofluorescence et des techniques de résistance en champ complet.

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