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

Vi vil gjerne takke Dr. James Phillips, Dr. Amy Wagoner-Johnson, Alexandra Spitzer og Amir Ostadi for deres råd om dette arbeidet. Finansiering kom fra oppstartstilskuddet fra Institutt for maskinvitenskap og ingeniørfag ved University of Illinois Urbana-Champaign. M. Guerena, JC Peng, M. Schmid og C. Walsh mottok alle senior design kreditt for sitt arbeid på dette prosjektet.

1. Justering og produksjon av modifiserbare og forbruksdeler
<ol><li>Bruk en laserkutter eller 3D-skriver til å produsere ABS- eller akrylfliker til engangsbruk som passer innenfor bredden på prøvebena, B1 og B2 (7,5 mm x 7,5 mm for en prøve på 1,5 cm x 7 x 3 mm) (figur 1B og figur 2D). To faner er nødvendig for hver test, en for hvert ben.</li>
	<li>Barberbladklips MERK: De nøyaktige dimensjonene til den nødvendige barberbladklemme...

<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>

Det horisontale, Y-formede skjæreapparatet som er rapportert her, muliggjør in situ bildebehandlingsmuligheter sammen med forbedret brukervennlighet for denne feilteknikken. Apparatet inkluderer en modulær / bærbar design for rask montering / demontering fra et mikroskop og kontinuerlig, forhåndsjustert benvinkeljustering. Alle CAD-filer, nødvendige materialer og prosedyrer er inkludert for å lette implementeringen av denne metoden. I mange tilfeller (bladholdere, prøveholder, lastcellemontering, monteri...

Ikke-lineær kontinuummekanikk har gitt en kritisk linse for å forstå konsentrasjonen av energi som fører til svikt i myke faste stoffer1. Den nøyaktige prediksjonen av denne feilen krever imidlertid også beskrivelser av de mikrostrukturelle egenskapene som bidrar til ny overflatedannelse ved sprekkspissen 2,3. En metode for å nærme seg slike beskrivelser er gjennom in situ visualisering av sprekkspissen under svikt 4,5. Crack blunting i typiske fjernfeltsbrudd tester gjør imidlertid innsamling av in situ data utfordrende ved å spre ut det svært deformerte materialet, potensielt utenfor mikroskopets synsfelt6. Y-formet skjæring tilbyr et unikt alternativ for mikrostrukturell visualisering fordi den konsentrerer området med stor deformasjon på spissen av et blad7. Videre viser tidligere arbeid fra vår gruppe at denne unike eksperimentelle tilnærmingen kan gi innsikt i forskjellene i feilrespons mellom fjernfeltriving og kontaktmedierte belastningsforhold7.
Den Y-formede skjæremetoden som brukes i apparatet som presenteres her, ble først beskrevet for flere tiår siden som en skjæremetode for naturgummi8. Metoden består av et fast blad som skyver gjennom et forhåndslastet Y-formet teststykke. Ved krysset mellom "Y" er sprekkspissen, som er opprettet før testing ved å dele en del av et rektangulært stykke i to like "ben" (figur 1B og figur 2D). De primære fordelene med denne skjæremetoden inkluderer reduksjon av friksjonsbidrag til den målte skjæreenergien, den variable bladgeometrien (dvs. begrensning av sprekkspissgeometrien), kontrollen av feilfrekvensen (via prøveforskyvningshastigheten) og separat innstilling av skjæringen, C og rive, T, energibidrag til den totale energien G kutt (dvs. endre feilenergien utover en skjæreterskel)8. De sistnevnte bidragene uttrykkes i et enkelt, lukket uttrykk for skjæreenergien9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> EQN (1)
som bruker eksperimentelt valgte parametere, inkludert prøvetykkelse, t, gjennomsnittlig benbelastning, forspenningskraft, fpre, og vinkelen mellom bena og skjæreaksen, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">θ. Skjærekraften, fcut, måles med apparatet som beskrevet i Zhang et al.9. Spesielt inkluderer apparatet som presenteres her en ny, enkel og nøyaktig mekanisme for å justere benvinkelen, θ, og sikre at prøven er sentrert. Selv om begge funksjonene er kritiske for et mikroskopmontert oppsett, kan mekanismen også være til nytte for fremtidige vertikale implementeringer av den Y-formede skjæretesten ved å øke brukervennligheten.
Fremgang i å bestemme passende feilkriterier for myke faste stoffer har pågått siden den tidlige suksessen med prøveuavhengige bruddgeometrier introdusert av Rivlin og Thomas10. Kritiske energiutslippshastigheter10, kohesive sonelover 11 og ulike former for stress- eller energi-at-a-distance tilnærminger12,13,14 har blitt brukt. Nylig utnyttet Zhang og Hutchens sistnevnte tilnærming, og demonstrerte at Y-formet skjæring med tilstrekkelig små radiusblader kunne gi terskelsviktbetingelser for myk brudd7: en terskelfeilenergi og en terskellengdeskala for svikt som varierer fra titalls til hundrevis av nanometer i homogen, høyelastisk polydimetylsiloksan (PDMS). Disse resultatene ble kombinert med kontinuumsmodellering og skaleringsteori for å utvikle et forhold mellom skjæring og riving i disse materialene, og demonstrerte dermed nytten av Y-formet skjæring for å gi innsikt i alle moduser for myk svikt. Imidlertid forblir oppførselen til mange materielle klasser, inkludert dissipative og komposittmaterialer, uutforsket. Det forventes at mange av disse vil vise mikrostrukturstyrte effekter på lengdeskalaer over bølgelengden til synlig lys. Derfor ble det i denne studien designet et apparat som muliggjør nær visuell karakterisering av disse effektene under Y-formet skjæring for første gang (f.eks. i kompositter, inkludert bløtvev, eller av dissipative prosesser, forventet på mikrometer til millimeter lengdeskalaer15).

<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-formet skjæring har nylig vist seg å være en lovende metode for å forstå terskellengdeskalaen og sviktenergien til et materiale, samt dets feilrespons i nærvær av overflødig deformasjonsenergi. Det eksperimentelle apparatet som ble brukt i disse studiene var vertikalt orientert og krevde tungvinte trinn for å justere vinkelen mellom de Y-formede bena. Den vertikale orienteringen forbyr visualisering i standard optiske mikroskoper. Denne protokollen presenterer et Y-formet skjæreapparat som monteres horisontalt over et eksisterende invertert mikroskoptrinn, kan justeres i tre dimensjoner (X-Y-Z) for å falle innenfor objektivets synsfelt, og tillater enkel modifisering av vinkelen mellom bena. De to sistnevnte funksjonene er nye for denne eksperimentelle teknikken. Det presenterte apparatet måler skjærekraften innen 1 mN nøyaktighet. Ved testing av polydimetylsiloksan (PDMS), referansematerialet for denne teknikken, ble en skjæreenergi på 132,96 J / m 2 målt (32 ° benvinkel, 75 g forspenning) og funnet å falle innenfor feilen i tidligere målinger tatt med vertikalt oppsett (132,9 J / m 2 ± 3,4 J / m2). Tilnærmingen gjelder myke syntetiske materialer, vev eller biomembraner og kan gi ny innsikt i deres oppførsel under svikt. Listen over deler, CAD-filer og detaljerte instruksjoner i dette arbeidet gir et veikart for enkel implementering av denne kraftige teknikken.

Parametrene som ble brukt i trinn 4 og trinn 6 og dataene som ble samlet inn i trinn 6 og trinn 9, kombineres for å gi skjæreenergien til prøven. I henhold til Eqn. 1 krever bestemmelsen av skjæreenergien følgende parametere: prøvetykkelse, t, forspenningskraft, fpre, og vinkelen mellom bena og skjæreaksen, θ. Følgende data kreves også: skjærekraften, f-kuttet og den gjennomsnittlige benstammen, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg"...

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

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y-formet skjæring måler bruddrelevante lengdeskalaer og energier i myke materialer. Tidligere apparater ble designet for stasjonære målinger. Denne protokollen beskriver fabrikasjon og bruk av et apparat som orienterer oppsettet horisontalt og gir de fine posisjoneringsmulighetene som er nødvendige for in situ-visning , pluss feilkvantifisering, via et optisk mikroskop.

Utføre mikroskopmonterte Y-formede skjæretester

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-formet skjæring måler sviktenergi og en kritisk koblingsvekt for overflatedannelse i myke faste stoffer. Å innlemme denne teknikken i et mikroskop gjør det lettere å unraveling de mikrostrukturelle mekanismene som styrer disse mengdene. I motsetning til den store plantede sprekken som er typisk for forhjulsbelastning, bruker denne protokollen plateindusert strekklokalisering for å redusere synsfeltet som trengs for å avbilde den indre feilprosessen.Tilnærmingen kan gi innsikt i svikt i bløtsyntetiske materialer og biologisk bløtvev. For å begynne, bytt ut den originale trinnmonterte glideholderen med en tilpasset prøveholder og fest enheten til mikroskopet. Sett vinkelen på koppen ved å løsne vinkelen, justere tommelskruen og deretter flytte det lineære lysbildet.Sett vinkelen etter å ha målt den med en gradskive og stram vinkelen, juster tommelskruen. Vinkelen mellom benet og prøven midtplanet theta kan justeres fra 8 til 45 grader. Sett opp de to vertikale remskivene bak apparatet.Forbered en tynn rektangulær prøve av polydimetylsiloksan, eller PDMS, ved enten å kutte den fra et større ark eller bruke en form med de riktige dimensjonene. Dimensjonene kan variere, men en bredde på 1 1/2 centimeter eller mindre for en prøve med en tykkelse på tre millimeter eller mindre anbefales å starte. Bruk et barberblad til å kutte prøven tre centimeter på langs midtlinjen for å lage den Y-formede prøven.Denne koblingen kan variere, men beina skal være lange nok til å imøtekomme fanene, men likevel korte nok til å legge igjen en uklippet prøve for måling. Bruk en markør eller blekk til å plassere to merker sentrert og atskilt med omtrent en centimeter på hvert av de tynne bena og prøvekroppen for å måle den påførte strekningen i hvert av de tre prøvebenene under belastning. Bruk selvklebende cyanoakrylat lim for å feste en 3D-trykt eller laserskåret fane til enden av hvert ben.Mål og skjær to lengder med tynt fiskesnøre. Omtrent 30 centimeter linje er nødvendig for intern ruting gjennom mekanismen til det eksterne settet av remskiver. Fest fem grams veieplater til enden av linjene som går gjennom de ytre remskivene og bind den andre enden til tappen på hvert ben.Klem bunnen av prøven ved hjelp av prøveholderens tommelskrue og før linjen for hvert ben gjennom hver side av remskivesystemet. Ta et bilde av prøven fra toppen mens prøven er under ubetydelig vekt ved å holde et kamera mot undersiden av vinkeljusteringsmekanismen. Forsikre deg om at kameraet er parallelt med prøveplanet for å minimere off-vinkeleffekter.Legg til ønsket forspenningsvekt på 75 gram i begge ender av fiskelinjen nær de utvendige remskivene. Øk denne mengden til 150 gram eller reduser den til 50 gram for å endre rivebidraget om ønskelig for denne kombinasjonen av material- og prøvegeometri. Juster fiskelinjen fra den laveste remskiven med Z-planet på prøvebeina ved hjelp av Z-komponenten i det treveis mikrojusteringstrinnet.Ta et nytt bilde av prøven etter at vekten er lagt til. Omtrent plasser den forventede bladspissen nær målets synsfelt. Plasser barberbladet i den tilsvarende bladklemmen og fest bladet på plass med en settskrue.Skyv dette klippede barberbladet inn i bladklipsfestet som er festet til lastcellen. Velg 2,5x mikroskopobjektivet eller så høyt som 20x, hvis nærmere bilder er ønskelig, og bruk innstillingen for overført lys, og forsterk lyset bak prøven om nødvendig. Når kappskiven er på plass, fokuserer du mikroskopet på nærmeste overflate av bladet ved hjelp av det vertikale justeringssystemet om nødvendig for å bringe spissen til riktig arbeidsavstand for objektivet.Juster barberbladet forsiktig innenfor mikroskopets synsfelt ved å bruke bare X- og Y-retningene i treveis mikrojusteringstrinnet. Fokuser mikroskopet på prøven og juster sprekkspissen med barberbladet ved å oversette mikroskopet X / Y-trinnet. Dette sikrer at prøvens midtplan justeres med midtplanet for vinkeljusteringsmekanismen.Åpne koden som brukes til innsamling av lastcelledata, og begynn å registrere lastcelledataene ved å klikke på Start opptak-knappen. Oversett prøven mot barberbladet for en centimeter eller mer ved konstant hastighet ved hjelp av mikroskoptrinnskontroll. Samle samtidig bilder ved hjelp av mikroskopets bildegrensesnitt.Når mikroskopet X / Y-trinnet stopper, klikker du på Stopp opptak-knappen for å stoppe registreringen av dataene og automatisk lagre en tekstfil av last- og tidsresponsen. Kraft-tid-kurven for polydimetylsiloksan ved bruk av et ultraskarpt blad er vist her. De elastiske belastnings-, kuttinitierings-, steady-state-skjærings- og losseområdene i kurven er merket i grafen.Disse dataene illustrerer en høy startkraft, som vanligvis kreves for kuttinitiering, etterfulgt av en konstant kraft, noe som indikerer steady-state skjæring. Skjærekraften er den maksimale verdien av styrken innenfor dette steady-state-regimet. De røde sirklene vist her tilsvarer spesifikke bilder oppnådd av mikroskopet.En gul sirkel er lagt til for å lette observasjonen av flekkmønsterbevegelsen, og disse tallene indikerer bildets tidsstempler og sekunder. Den målte steady-state skjærekraften kombinert med de eksperimentelle testparametrene for benvinkel theta, prøvetykkelse T, forspenning f av pre og bladradius gir steady-state skjæreenergien i henhold til ligningen vist. Her replikerer vi vellykket skjæreenergien som tidligere er rapportert i litteraturen for disse forholdene.Ved å inkorporere Y-formet skjæring i et mikroskop, muliggjør vi kvantifisering av mikrostrukturelle bidrag til bløtfast og bløtvevssvikt via fluorescerende prober, autofluorescens og fullfeltsstyrketeknikker.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Transporterende tester for Enveisen Stoffer: Målinger av Capillary Parametere for å evaluere kapillartrykkdata i flytende kompositt støpeprosesser

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

Skjæring prosedyrer, strekk testing, og aldring av fleksibel enveis kompositt laminat

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

Nøyaktig bestemmelse av likevekt Surface spenning verdier med areal forstyrrelsene tester

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

Utføre in situ lukket celle gassreaksjoner i transmisjonselektronmikroskopet

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