Name: performing microscope-mounted y-shaped cutting tests
Uploaded: 2023-01-20T12:45:00
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Gostaríamos de agradecer ao Dr. James Phillips, à Dra. Amy Wagoner-Johnson, a Alexandra Spitzer e a Amir Ostadi por seus conselhos sobre este trabalho. O financiamento veio da bolsa de start-up fornecida pelo Departamento de Ciência Mecânica e Engenharia da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid e C. Walsh receberam crédito de design sênior por seu trabalho neste projeto.

1. Ajuste e fabricação de peças modificáveis e consumíveis
<ol><li>Use um cortador a laser ou impressora 3D para fabricar abas descartáveis de ABS ou acrílico que caibam dentro da largura das pernas da amostra, B1 e B2 (7,5 mm x 7,5 mm para uma amostra de 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) (Figura 1B e Figura 2D). Duas abas são necessárias para cada teste, uma para cada perna.</li>
	<li>Clipe da lâmina de barbear NOTA: As dimensões exatas do ...

<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>

O aparato de corte horizontal em forma de Y relatado aqui permite recursos de imagem in situ , juntamente com maior facilidade de uso para essa técnica de falha. O aparelho inclui um design modular/portátil para montagem/desmontagem rápida a partir de um microscópio e ajuste contínuo e pré-alinhado do ângulo das pernas. Todos os arquivos CAD, materiais necessários e procedimentos foram incluídos para facilitar a implementação deste método. Em muitos casos (suportes de lâmina, suporte de amostra, mon...

A mecânica do contínuo não linear forneceu uma lente crítica através da qual entender a concentração de energia que leva à falha em sólidos moles1. No entanto, a predição precisa dessa falha também requer descrições das características microestruturais que contribuem para a criação de novas superfícies na ponta da fissura 2,3. Um método para abordar tais descrições é através da visualização in situ da ponta da fissura durante a falha 4,5. No entanto, o embotamento de rachaduras em testes típicos de fratura de campo distante torna a aquisição de dados in situ desafiadora, espalhando o material altamente deformado, potencialmente fora do campo de visão do microscópio6. O corte em forma de Y oferece uma alternativa única para a visualização microestrutural, pois concentra a região de grande deformação na ponta de uma lâmina7. Além disso, trabalhos anteriores de nosso grupo demonstram que essa abordagem experimental única pode fornecer informações sobre as diferenças na resposta à falha entre o rasgo de campo distante e as condições de carga mediadas por contato7.
O método de corte em forma de Y utilizado no aparelho aqui apresentado foi descrito pela primeira vez décadas atrás como um método de corte para borracha natural8. O método consiste em um corte de lâmina fixa através de uma peça de teste pré-carregada em forma de Y. Na interseção do "Y" está a ponta da rachadura, que é criada antes do teste dividindo uma porção de uma peça retangular em duas "pernas" iguais (Figura 1B e Figura 2D). As principais vantagens deste método de corte incluem a redução das contribuições de atrito para a energia de corte medida, a geometria variável da lâmina (ou seja, a restrição da geometria da ponta da fissura), o controle da taxa de falha (através da taxa de deslocamento da amostra) e o ajuste separado do corte, C e rasgamento, T, contribuições de energia para a energia total Gcortada (ou seja, alterar a energia de falha em excesso de um limiar de corte)8. Estas últimas contribuições são expressas em uma expressão simples e fechada para a energia de corte9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> Eqn (1)
que utiliza parâmetros selecionados experimentalmente, incluindo a espessura da amostra, t, a deformação média da perna, , a força de pré-carga,<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;"> f pre, e o ângulo entre as pernas e o eixo de corte, θ. A força de corte, fcut, é medida com o aparelho, conforme detalhado em Zhang et al.9. Notavelmente, o aparelho apresentado aqui inclui um mecanismo novo, simples e preciso para ajustar o ângulo da perna, θ, e garantir que a amostra esteja centralizada. Embora ambos os recursos sejam críticos para uma configuração montada no microscópio, o mecanismo pode beneficiar futuras implementações verticais do teste de corte em forma de Y, aumentando a facilidade de uso.
O progresso na determinação dos critérios de falha apropriados para sólidos moles está em andamento desde o sucesso inicial das geometrias de fratura independentes de amostras introduzidas por Rivlin e Thomas10. Taxas críticas de liberação de energia10, leis de zona coesiva11 e várias formas de abordagens de estresse ou energia à distância12,13,14 têm sido utilizadas. Recentemente, Zhang e Hutchens alavancaram a última abordagem, demonstrando que o corte em forma de Y com lâminas de raio suficientemente pequenas poderia produzir condições de falha de limiar para fratura suave7: uma energia de falha de limiar e uma escala de comprimento de limiar para falha que varia de dezenas a centenas de nanômetros em polidimetilsiloxano homogêneo e altamente elástico (PDMS). Esses resultados foram combinados com a modelagem contínua e a teoria de escala para desenvolver uma relação entre corte e rasgo nesses materiais, demonstrando assim a utilidade do corte em forma de Y para fornecer insights sobre todos os modos de falha suave. No entanto, o comportamento de muitas classes de materiais, incluindo materiais dissipativos e compósitos, permanece inexplorado. Prevê-se que muitos deles exibirão efeitos governados pela microestrutura em escalas de comprimento acima do comprimento de onda da luz visível. Portanto, foi desenhado neste estudo um aparelho que permite a caracterização visual próxima desses efeitos durante o corte em forma de Y pela primeira vez (por exemplo, em compósitos, incluindo tecidos moles, ou de processos dissipativos, previstos nas escalas de comprimento micrômetro a milímetro15).

<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

O corte em forma de Y demonstrou recentemente ser um método promissor para entender a escala de comprimento limiar e a energia de falha de um material, bem como sua resposta à falha na presença de excesso de energia de deformação. O aparato experimental utilizado nesses estudos foi orientado verticalmente e exigiu passos pesados para ajustar o ângulo entre as pernas em forma de Y. A orientação vertical proíbe a visualização em microscópios ópticos padrão. Este protocolo apresenta um aparelho de corte em forma de Y que se monta horizontalmente sobre um estágio de microscópio invertido existente, pode ser ajustado em três dimensões (X-Y-Z) para se enquadrar no campo de visão do objetivo e permite fácil modificação do ângulo entre as pernas. As duas últimas características são novas para esta técnica experimental. O aparelho apresentado mede a força de corte com precisão de 1 mN. Ao testar o polidimetilsiloxano (PDMS), o material de referência para esta técnica, foi medida uma energia de corte de 132,96 J/m 2 (ângulo de perna de 32°, pré-carga de 75 g) e verificou-se que estava dentro do erro de medições anteriores feitas com uma configuração vertical (132,9 J/m 2 ± 3,4 J/m2). A abordagem se aplica a materiais sintéticos moles, tecidos ou biomembranas e pode fornecer novos insights sobre seu comportamento durante a falha. A lista de peças, arquivos CAD e instruções detalhadas neste trabalho fornecem um roteiro para a fácil implementação dessa poderosa técnica.

Os parâmetros utilizados durante os passos 4 e 6 e os dados recolhidos durante os passos 6 e 9 combinam-se para produzir a energia de corte da amostra. De acordo com a Eqn. 1, a determinação da energia de corte requer os seguintes parâmetros: espessura da amostra, t, força de pré-carga, f pré e o ângulo entre as pernas e o eixo de corte, θ. Os seguintes dados também são necessários: a força de corte, o corte f e a tensão média da perna, <img alt="Equation 2"...

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Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

O corte em forma de Y mede escalas de comprimento relevantes para fratura e energias em materiais macios. Aparelhos anteriores foram projetados para medições de bancada. Este protocolo descreve a fabricação e o uso de um aparelho que orienta a configuração horizontalmente e fornece as capacidades de posicionamento fino necessárias para a visualização in situ , além da quantificação de falhas, através de um microscópio óptico.

Realização de testes de corte em forma de Y montados no microscópio

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 ...

O corte em forma de Y mede a energia de falha e uma escala crítica de ligação de criação de superfície em sólidos moles. Incorporar essa técnica em um microscópio facilita desvendar os mecanismos microestruturais que governam essas quantidades. Em contraste com a grande rachadura plantada típica do carregamento da roda dianteira, este protocolo usa a localização de estiramento induzida por placa para reduzir o campo de visão necessário para visualizar o processo de falha interior.A abordagem pode fornecer informações sobre a falha de materiais sintéticos moles e tecidos moles biológicos. Para começar, substitua o suporte de lâmina montado no estágio original por um suporte de amostra personalizado e prenda o conjunto ao microscópio. Defina o ângulo do copo afrouxando o parafuso de aperto manual de ajuste angular e, em seguida, movendo o deslizamento linear.Defina o ângulo depois de medi-lo com um transferidor e aperte o parafuso do polegar de ajuste do ângulo. O ângulo entre a perna e a do plano médio da amostra pode ser ajustado de 8 a 45 graus. Configure as duas polias verticais atrás do aparelho.Prepare uma amostra retangular fina de polidimetilsiloxano, ou PDMS, cortando-a de uma folha maior ou usando um molde das dimensões corretas. As dimensões podem variar, mas recomenda-se iniciar uma largura de 1 1/2 centímetros ou menos para uma amostra com uma espessura de três milímetros ou menos. Use uma lâmina de barbear para cortar a amostra três centímetros longitudinalmente ao longo da linha central para criar a amostra em forma de Y.Esse link pode variar, mas as pernas devem ser longas o suficiente para acomodar as abas, mas curtas o suficiente para deixar uma amostra não cortada para medição. Usando um marcador ou tinta, coloque duas marcas centradas e separadas por aproximadamente um centímetro em cada uma das pernas finas e no corpo da amostra para medir o alongamento aplicado em cada uma das três pernas da amostra sob carga. Use cola de cianoacrilato semelhante a um adesivo para anexar uma aba impressa em 3D ou cortada a laser no final de cada perna.Meça e corte dois comprimentos de linha de pesca fina. Aproximadamente 30 centímetros de linha são necessários para o encaminhamento interno através do mecanismo para o conjunto externo de polias. Anexe placas de pesagem de cinco gramas ao final das linhas que passam pelas polias externas e amarre a outra extremidade à aba de cada perna.Aperte a base da amostra usando o parafuso de aperto manual do suporte da amostra e encaminhe a linha para cada perna através de cada lado do sistema de polia. Tire uma foto da amostra do topo enquanto a amostra estiver sob peso insignificante, segurando uma câmera contra a parte inferior do mecanismo de ajuste de ângulo. Verifique se a câmera está paralela ao plano de amostra para minimizar os efeitos fora de ângulo.Adicione o peso de pré-carga desejado de 75 gramas a ambas as extremidades da linha de pesca perto das polias externas. Aumente essa quantidade para 150 gramas ou diminua para 50 gramas para alterar a contribuição de rasgo, se desejado para essa combinação de material e geometria da amostra. Alinhar a linha de pesca da polia mais baixa com o plano Z das pernas da amostra utilizando a componente Z da fase de micro regulação de três vias.Tire uma segunda foto da amostra depois que o peso for adicionado. Posicione aproximadamente a ponta da lâmina prevista perto do campo de visão do objetivo. Coloque a lâmina de barbear em seu clipe de lâmina correspondente e prenda a lâmina no lugar com um parafuso definido.Deslize esta lâmina de barbear cortada para o suporte do clipe da lâmina anexado à célula de carga. Selecione a objetiva do microscópio de 2,5x ou até 20x, se imagens mais próximas forem desejadas, e use a configuração de luz transmitida, aumentando a luz atrás da amostra, se necessário. Com a lâmina no lugar, foque o microscópio na superfície mais próxima da lâmina usando o sistema de ajuste vertical, se necessário, para levar a ponta à distância de trabalho apropriada para o objetivo.Alinhe cuidadosamente a lâmina de barbear dentro do campo de visão do microscópio usando apenas as direções X e Y do estágio de microajuste de três vias. Concentre o microscópio na amostra e alinhe a ponta da rachadura com a lâmina de barbear traduzindo o estágio X/Y do microscópio. Isso garante que o plano médio da amostra se alinhe com o plano médio do mecanismo de ajuste de ângulo.Abra o código usado para a aquisição de dados da célula de carga e comece a gravar os dados da célula de carga clicando no botão Iniciar Gravação. Traduza a amostra em direção à lâmina de barbear por um centímetro ou mais a uma velocidade constante usando o controle de estágio do microscópio. Reúna imagens simultaneamente usando a interface de imagem do microscópio.Quando o estágio X/Y do microscópio parar, clique no botão Parar gravação para interromper a gravação dos dados e salve automaticamente um arquivo de texto da resposta de carga e tempo. A curva força-tempo para polidimetilsiloxano usando uma lâmina ultra afiada é mostrada aqui. As regiões de carga elástica, início do corte, corte em estado estacionário e descarga da curva são rotulados no gráfico.Esses dados ilustram uma força inicial alta, como normalmente é necessário para o início do corte, seguida por uma força constante, indicando corte em estado estacionário. A força de corte é o valor máximo da força dentro deste regime de estado estacionário. Os círculos vermelhos mostrados aqui correspondem a imagens específicas obtidas pelo microscópio.Um círculo amarelo foi adicionado para facilitar a observação do movimento do padrão de manchas, e esses números indicam carimbos de data/hora e segundos da imagem. A força de corte de estado estacionário medida combinada com os parâmetros de teste experimental de de ângulo de perna, espessura da amostra T, pré-carga f de pré e raio da lâmina produzem a energia de corte de estado estacionário de acordo com a equação mostrada. Aqui, replicamos com sucesso a energia de corte relatada anteriormente na literatura para essas condições.Ao incorporar o corte em forma de Y em um microscópio, permitimos a quantificação de contribuições microestruturais para a falha de tecidos moles e moles por meio de sondas fluorescentes, autofluorescência e técnicas de força de campo completo.

Research

JoVE Journal

Engineering

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Engenharia

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