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

ברצוננו להודות לד"ר ג'יימס פיליפס, ד"ר איימי ווגונר-ג'ונסון, אלכסנדרה שפיצר ואמיר אוסטדי על עצתם בעבודה זו. המימון הגיע ממענק סטארט-אפ שניתן על ידי המחלקה למדעי מכונות והנדסה באוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid ו- C. Walsh קיבלו כולם קרדיט עיצוב בכיר על עבודתם בפרויקט זה.

1. התאמה וייצור של חלקים הניתנים לשינוי ומתכלים
<ol><li>השתמשו בחותך לייזר או במדפסת תלת-ממד כדי לייצר לשוניות ABS או אקריליק חד-פעמיות שמתאימות לרוחב רגלי הדגימה, B1 ו-B2 (7.5 מ"מ x 7.5 מ"מ עבור דגימה של 1.5 ס"מ x 7 ס"מ x 3 מ"מ) (איור 1B ואיור 2D). יש צורך בשתי כרטיסיות ל?...

<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>

מנגנון החיתוך האופקי בצורת Y שדווח כאן מאפשר יכולות הדמיה באתרו יחד עם קלות שימוש משופרת בטכניקת כשל זו. המנגנון כולל עיצוב מודולרי/נייד להרכבה/פירוק מהירים ממיקרוסקופ וכוונון רציף ומראש של זווית הרגל. כל קבצי ה- CAD, החומרים והנהלים הנדרשים נכללו כדי להקל על יישום שיטה זו. במקרים רבים (?...

מכניקת הרצף הלא ליניארי סיפקה עדשה קריטית שדרכה ניתן להבין את ריכוז האנרגיה המוביל לכשל במוצקים רכים1. עם זאת, החיזוי המדויק של כשל זה דורש גם תיאורים של המאפיינים המיקרו-מבניים התורמים ליצירת פני שטח חדשים בקצה הסדק 2,3. שיטה אחת לגשת לתיאורים כאלה היא באמצעות הדמיה באתרו של קצה הסדק במהלך כישלון 4,5. עם זאת, קהות סדקים בבדיקות שבר טיפוסיות בשדה רחוק הופכת את רכישת הנתונים באתרם למאתגרת על ידי פיזור החומר המעוות מאוד, שעשוי להיות מחוץ לשדה הראייה של המיקרוסקופ6. חיתוך בצורת Y מציע חלופה ייחודית להדמיה מיקרו-מבנית מכיוון שהוא מרכז את האזור של עיוות גדול בקצה להב7. יתר על כן, עבודות קודמות של הקבוצה שלנו מראות כי גישה ניסיונית ייחודית זו יכולה לספק תובנה לגבי ההבדלים בתגובת הכשל בין קריעה בשדה רחוק לבין תנאי טעינה בתיווך מגע7.
שיטת החיתוך בצורת Y המשמשת במנגנון המוצג כאן תוארה לראשונה לפני עשרות שנים כשיטת חיתוך לגומי טבעי8. השיטה מורכבת מחיתוך דחיפה של להב קבוע דרך פיסת בדיקה טעונה מראש בצורת Y. בהצטלבות של האות "Y" נמצא קצה הסדק, שנוצר לפני הבדיקה על-ידי פיצול חלק מחתיכה מלבנית לשתי "רגליים" שוות (איור 1B ואיור 2D). היתרונות העיקריים של שיטת חיתוך זו כוללים הפחתת תרומות החיכוך לאנרגיית החיתוך הנמדדת, גיאומטריית הלהב המשתנה (כלומר, אילוץ של גיאומטריית קצה הסדק), בקרת קצב הכשל (באמצעות קצב התזוזה של הדגימה), וכוונון נפרד של החיתוך, C וקריעה, T, תרומות אנרגיה לסך האנרגיה G חתך (כלומר, שינוי אנרגיית הכשל מעבר לסף חיתוך)8. התרומות האחרונות באות לידי ביטוי פשוט וסגור לאנרגיית החיתוך9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> Eqn (1)
המשתמש בפרמטרים שנבחרו בניסוי, כולל עובי דגימה, t, מאמץ רגל ממוצע, , כוח טעינה מראש, fpre, והזווית בין הרגליים לציר החיתוך, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">θ. כוח החיתוך, fcut, נמדד באמצעות המנגנון כמפורט ב- Zhang et al.9. יש לציין כי המנגנון המוצג כאן כולל מנגנון חדש, פשוט ומדויק לכוונון זווית הרגל, θ, ולהבטחת ריכוז הדגימה. בעוד ששתי התכונות קריטיות להתקנה המותקנת במיקרוסקופ, המנגנון עשוי להועיל גם ליישומים אנכיים עתידיים של מבחן החיתוך בצורת Y על ידי הגדלת קלות השימוש.
ההתקדמות בקביעת קריטריוני הכשל המתאימים למוצקים רכים נמשכת מאז ההצלחה המוקדמת של גיאומטריות שבר בלתי תלויות מדגם שהוצגו על ידי ריבלין ותומס10. נעשה שימוש בקצבי שחרור אנרגיה קריטיים10, חוקי אזור מלוכדים 11, וצורות שונות של גישות מתח או אנרגיה מרחוק12,13,14. לאחרונה, ג'אנג והאצ'נס מינפו את הגישה השנייה, והראו כי חיתוך בצורת Y עם להבי רדיוס קטנים מספיק יכול להניב תנאי כשל סףלשבר רך 7: אנרגיית כשל סף וסולם אורך סף לכשל שנע בין עשרות למאות ננומטרים בפולידימתילסילוקסאן הומוגני ואלסטי מאוד (PDMS). תוצאות אלה שולבו עם מידול רצף ותורת קנה מידה כדי לפתח קשר בין חיתוך וקריעה בחומרים אלה, ובכך הדגימו את התועלת של חיתוך בצורת Y למתן תובנות לגבי כל המצבים של כשל רך. עם זאת, התנהגותם של סוגים חומריים רבים, כולל חומרים מפזרים ומרוכבים, עדיין לא נחקרה. צפוי כי רבים מהם יציגו השפעות הנשלטות על ידי מיקרו-מבנים בסקאלות אורך מעל אורך הגל של האור הנראה. לכן, במחקר זה תוכנן לראשונה מנגנון המאפשר אפיון חזותי צמוד של השפעות אלה במהלך חיתוך בצורת Y (למשל, בחומרים מרוכבים, כולל רקמות רכות, או בתהליכי פיזור, הצפויים בסקאלות אורך מיקרומטר עד מילימטר15).

<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

חיתוך בצורת Y הוכח לאחרונה כשיטה מבטיחה שבאמצעותה ניתן להבין את סולם אורך הסף ואנרגיית הכשל של חומר, כמו גם את תגובת הכשל שלו בנוכחות אנרגיית עיוות עודפת. מנגנון הניסוי ששימש במחקרים אלה היה בכיוון אנכי ודרש צעדים מסורבלים כדי להתאים את הזווית בין הרגליים בצורת Y. הכיוון האנכי אוסר על ויזואליזציה במיקרוסקופים אופטיים סטנדרטיים. פרוטוקול זה מציג מנגנון חיתוך בצורת Y המורכב אופקית מעל שלב קיים במיקרוסקופ הפוך, ניתן לכוונן אותו בשלושה ממדים (X-Y-Z) כך שיתאים לשדה הראייה של המטרה, ומאפשר שינוי קל של הזווית בין הרגליים. שתי התכונות האחרונות חדשות עבור טכניקה ניסיונית זו. המנגנון המוצג מודד את כוח החיתוך בדיוק של 1 mN. בעת בדיקת פולידימתילסילוקסאן (PDMS), חומר הייחוס לטכניקה זו, נמדדה אנרגיית חיתוך של 132.96 J/m 2 (זווית רגל של 32°, טעינה מראש של 75 גרם) ונמצא כי היא נופלת בטעות של מדידות קודמות שנלקחו עם מערך אנכי (132.9 J/m 2 ± 3.4 J/m2). הגישה חלה על חומרים סינתטיים רכים, רקמות או ביו-ממברנות ועשויה לספק תובנות חדשות לגבי התנהגותם במהלך כישלון. רשימת החלקים, קבצי CAD וההוראות המפורטות בעבודה זו מספקים מפת דרכים ליישום קל של טכניקה רבת עוצמה זו.

הפרמטרים המשמשים במהלך שלב 4 ושלב 6 והנתונים שנאספו במהלך שלב 6 ושלב 9 משתלבים כדי להניב את אנרגיית החיתוך של הדגימה. על פי Eqn. 1, קביעת אנרגיית החיתוך דורשת את הפרמטרים הבאים: עובי הדגימה, t, כוח העמסה מראש, fpre, והזווית בין הרגליים לציר החיתוך, θ. נדרשים גם הנתונים הבאים: כוח החיתו...

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

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

חיתוך בצורת Y מודד קשקשי אורך רלוונטיים לשבר ואנרגיות בחומרים רכים. מנגנונים קודמים תוכננו למדידות ספסל. פרוטוקול זה מתאר את הייצור והשימוש במנגנון המכוון את ההתקנה אופקית ומספק את יכולות המיקום העדינות הדרושות לצפייה באתר , בתוספת כימות כשלים, באמצעות מיקרוסקופ אופטי.

ביצוע בדיקות חיתוך בצורת Y המותקנות במיקרוסקופ

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 ...

חיתוך בצורת Y מודד אנרגיית כשל וסולם קישור קריטי ליצירת משטח במוצקים רכים. שילוב טכניקה זו במיקרוסקופ מאפשר לפענח את המנגנונים המיקרו-מבניים השולטים בכמויות אלה. בניגוד לסדק הנטוע הגדול האופייני להעמסת גלגל קדמי, פרוטוקול זה משתמש בלוקליזציה של מתיחה הנגרמת על ידי לוחות כדי להפחית את שדה הראייה הדרוש כדי לצלם את תהליך הכשל הפנימי.הגישה עשויה לספק תובנה לגבי כישלון של חומרים סינתטיים רכים ורקמות רכות ביולוגיות. כדי להתחיל, החלף את מחזיק השקופיות המקורי המותקן על הבמה במחזיק דגימה מותאם אישית וחבר את המכלול למיקרוסקופ. הגדר את זווית הכוס על ידי שחרור הזווית, כוונון בורג האגודל ולאחר מכן הזזת השקופית הליניארית.הגדר את הזווית לאחר מדידתה עם מד והידק את בורג האגודל של התאמת הזווית. ניתן לכוונן את הזווית בין הרגל לבין תטא המישור האמצעי לדוגמה מ-8 עד 45 מעלות. הגדר את שתי הגלגלות האנכיות מאחורי המנגנון.הכינו דגימה מלבנית דקה של פולידימתילסילוקסן, או PDMS, על ידי חיתוכה מגיליון גדול יותר או באמצעות תבנית במידות הנכונות. הממדים עשויים להשתנות, אך מומלץ להתחיל ברוחב של 1 וחצי ס"מ או פחות עבור מדגם בעובי של שלושה מילימטרים או פחות. השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך את הדגימה שלושה סנטימטרים לאורך קו האמצע כדי ליצור את הדגימה בצורת Y.קישור זה עשוי להשתנות אך הרגליים צריכות להיות ארוכות מספיק כדי להכיל את הכרטיסיות, אך קצרות מספיק כדי להשאיר דגימה לא חתוכה למדידה. בעזרת סמן או דיו, הניחו שני סימנים ממורכזים ומופרדים בסנטימטר אחד בערך על כל אחת מהרגליים הדקות ועל גוף הדגימה כדי למדוד את המתיחה המיושמת בכל אחת משלוש רגלי הדגימה שנמצאות תחת עומס. השתמשו בדבק ציאנואקרילט דמוי דבק כדי לחבר לשונית מודפסת בתלת-ממד או חתוכה בלייזר לקצה כל רגל.למדוד ולחתוך שני אורכים של חוט דיג דק. יש צורך בכ-30 סנטימטרים של קו לניתוב פנימי דרך המנגנון למערכת הגלגלות החיצונית. מחברים לוחיות שקילה של חמישה גרם לקצה הקווים העוברים דרך הגלגלות החיצוניות וקושרים את הקצה השני ללשונית בכל רגל.הדקו את בסיס הדגימה באמצעות בורג האגודל של מחזיק הדגימה ונתבו את הקו לכל רגל דרך כל צד של מערכת הגלגלת. צלם תמונה של הדגימה מלמעלה כאשר הדגימה נמצאת תחת משקל זניח על ידי החזקת מצלמה כנגד החלק התחתון של מנגנון התאמת הזווית. ודא שהמצלמה מקבילה למישור הדגימה כדי למזער אפקטים מחוץ לזווית.מוסיפים את משקל ההעמסה הרצוי של 75 גרם לשני קצוות קו הדיג ליד הגלגלות החיצוניות. הגדילו כמות זו ל-150 גרם או הפחיתו אותה ל-50 גרם כדי לשנות את תרומת הקריעה במידת הצורך לשילוב זה של חומר וגיאומטריית דגימה. יישרו את קו הדיג מהגלגלת הנמוכה ביותר עם מישור Z של רגלי הדגימה באמצעות רכיב Z של שלב התאמת המיקרו התלת-כיווני.צלם תמונה שנייה של הדגימה לאחר הוספת המשקל. מקם בקירוב את קצה הלהב הצפוי קרוב לשדה הראייה של המטרה. הכנס את סכין הגילוח לתפס הלהב המתאים לו וחבר את הלהב למקומו באמצעות בורג מוגדר.החלק סכין גילוח חתוך זה לתוך תושבת תפס הלהב המחוברת לתא הטעינה. בחר את מטרת המיקרוסקופ 2.5x או עד 20x, אם רוצים תמונות קרובות יותר, והשתמש בהגדרת האור המשודר, הגדלת האור מאחורי הדגימה במידת הצורך. כאשר הלהב במקומו, מקדו את המיקרוסקופ על פני השטח הקרובים ביותר של הלהב באמצעות מערכת הכוונון האנכית במידת הצורך כדי להביא את הקצה למרחק העבודה המתאים למטרה.יישרו בזהירות את סכין הגילוח בתוך שדה הראייה של המיקרוסקופ באמצעות כיווני X ו-Y בלבד של שלב המיקרו-התאמה התלת-כיוונית. מקדו את המיקרוסקופ על הדגימה ויישרו את קצה הסדק עם סכין הגילוח על ידי תרגום שלב X/Y במיקרוסקופ. פעולה זו מבטיחה שמישור האמצע של הדגימה יתיישר עם מישור האמצע של מנגנון התאמת הזווית.פתח את הקוד המשמש לטעינת נתוני תא והתחל להקליט את טעינת נתוני התא על-ידי לחיצה על התחל להקליט לחצן. תרגם את הדגימה לכיוון סכין הגילוח לסנטימטר אחד או יותר במהירות קבועה באמצעות בקרת שלב במיקרוסקופ. אספו תמונות בו זמנית באמצעות ממשק ההדמיה של המיקרוסקופ.כאשר שלב המיקרוסקופ X/Y נעצר, לחץ על הלחצן הפסק הקלטה כדי להפסיק להקליט את הנתונים ולשמור אוטומטית קובץ טקסט של תגובת הטעינה והזמן. עקומת זמן הכוח עבור polydimethylsiloxane באמצעות להב חד במיוחד מוצגת כאן. אזורי ההעמסה האלסטית, ייזום החיתוך, חיתוך המצב היציב והפריקה של העקומה מסומנים בגרף.נתונים אלה ממחישים כוח התחלתי גבוה, כפי שנדרש בדרך כלל להתחלת חיתוך, ואחריו כוח קבוע, המציין חיתוך במצב יציב. הכוח החותך הוא הערך המרבי של הכוח בתוך משטר יציב זה. העיגולים האדומים המוצגים כאן תואמים לתמונות ספציפיות המתקבלות במיקרוסקופ.עיגול צהוב נוסף כדי להקל על התבוננות בתנועת תבנית הכתמים, ומספרים אלה מציינים חותמות זמן ושניות בתמונה. כוח החיתוך הנמדד במצב יציב בשילוב עם פרמטרי הבדיקה הניסיוניים של תטא זווית הרגל, עובי הדגימה T, עומס מוקדם f של pre ורדיוס הלהב מניבים את אנרגיית חיתוך המצב היציב בהתאם למשוואה המוצגת. כאן, אנו משכפלים בהצלחה את אנרגיית החיתוך שדווחה בעבר בספרות עבור תנאים אלה.על ידי שילוב חיתוך בצורת Y במיקרוסקופ, אנו מאפשרים לכמת תרומות מיקרו-מבניות לכשל מוצק רך ורקמות רכות באמצעות בדיקות פלואורסצנטיות, אוטופלואורסצנטיות וטכניקות חוזק שדה מלא.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

פתילה ומבחני בדים חד-כיווניים: מדידות של פרמטרים נימי להערכת לחץ נימים בתהליכי דפוס Composite הנוזל

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

הליכי גזירה, בדיקות מתיחה, ו ההזדקנות של ציפויים חד כיווני חד-כיווני מרוכבים

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

קביעת מדויקת של ערכי מתח שיווי משקל עם מבחני שטח

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

ביצוע באתרו תגובות גז תא סגור במיקרוסקופ אלקטרונים ההולכה

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