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 vill tacka Dr. James Phillips, Dr. Amy Wagoner-Johnson, Alexandra Spitzer och Amir Ostadi för deras råd om detta arbete. Finansieringen kom från startbidraget från Institutionen för maskinvetenskap och teknik vid University of Illinois Urbana-Champaign. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid och C. Walsh fick alla senior designkredit för sitt arbete med detta projekt.

1. Justering och tillverkning av modifierbara delar och förbrukningsdelar
<ol><li>Använd en laserskärare eller 3D-skrivare för att tillverka engångs ABS- eller akrylflikar som passar inom provbenens bredd, B1 och B2 (7,5 mm x 7,5 mm för ett prov på 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) (figur 1B och figur 2D). Två flikar behövs för varje test, en för varje ben.</li>
	<li>Klämma för rakblad OBS: De exakta måtten på den önskade rakbladsklämm...

<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>

Den horisontella, Y-formade skärapparaten som rapporteras här möjliggör avbildningsfunktioner på plats tillsammans med förbättrad användarvänlighet för denna felteknik. Apparaten har en modulär / bärbar design för snabb montering / avmontering från ett mikroskop och kontinuerlig, förinriktad benvinkeljustering. Alla CAD-filer, nödvändiga material och procedurer har inkluderats för att underlätta implementeringen av denna metod. I många fall (bladhållare, provhållare, lastcellsfäste, monter...

Icke-linjär kontinuummekanik har tillhandahållit en kritisk lins genom vilken man kan förstå koncentrationen av energi som leder till misslyckande i mjuka fasta ämnen1. Den exakta förutsägelsen av detta fel kräver emellertid också beskrivningar av de mikrostrukturella egenskaper som bidrar till att nya ytor skapas vid sprickspetsen 2,3. En metod för att närma sig sådana beskrivningar är genom in situ-visualisering av sprickspetsen vid fel 4,5. Emellertid gör sprickavtrubbning i typiska frakturtester på långt håll insamlingen av in situ-data utmanande genom att sprida ut det mycket deformerade materialet, potentiellt utanför mikroskopets synfält6. Y-formad skärning erbjuder ett unikt alternativ för mikrostrukturell visualisering eftersom den koncentrerar området med stor deformation vid spetsen av ett blad7. Dessutom visar tidigare arbete från vår grupp att detta unika experimentella tillvägagångssätt kan ge insikt i skillnaderna i felrespons mellan fjärrfältsrivning och kontaktmedierade belastningsförhållanden7.
Den Y-formade skärmetoden som används i apparaten som presenteras här beskrevs först för årtionden sedan som en skärmetod för naturgummi8. Metoden består av ett fast blad som skjuter genom ett förladdat Y-format provstycke. Vid skärningspunkten mellan "Y" är sprickspetsen, som skapas före testning genom att dela en del av en rektangulär bit i två lika "ben" (figur 1B och figur 2D). De främsta fördelarna med denna skärmetod inkluderar minskningen av friktionsbidrag till den uppmätta skärenergin, den variabla bladgeometrin (dvs. begränsning av sprickspetsgeometrin), kontrollen av felhastigheten (via provförskjutningshastigheten) och den separata inställningen av skärningen, C och rivning, T, energibidrag till den totala energin G-skärning (dvs. ändra felenergin över en skärtröskel)8. De senare bidragen uttrycks i ett enkelt, slutet uttryck för skärenergin9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> EQN (1)
som använder experimentellt utvalda parametrar, inklusive provtjocklek, t, genomsnittlig bentöjning, förspänningskraft, fpre och vinkeln mellan benen och skäraxeln, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">θ. Skärkraften, fcut, mäts med apparaten enligt beskrivningen i Zhang et al.9. I synnerhet innehåller apparaten som presenteras här en ny, enkel och exakt mekanism för att ställa in benvinkeln, θ, och säkerställa att provet är centrerat. Medan båda funktionerna är avgörande för en mikroskopmonterad installation, kan mekanismen också gynna framtida vertikala implementeringar av det Y-formade skärtestet genom att öka användarvänligheten.
Framsteg med att bestämma lämpliga sviktkriterier för mjuka fasta ämnen har pågått sedan den tidiga framgången med provoberoende brottgeometrier som introducerades av Rivlin och Thomas10. Kritiska energifrigöringshastigheter 10, kohesiva zonlagar11 och olika former av stress- eller energi-på-avstånd-tillvägagångssätt12,13,14 har använts. Nyligen utnyttjade Zhang och Hutchens det senare tillvägagångssättet och visade att Y-formad skärning med blad med tillräckligt liten radie kan ge tröskelfelförhållanden för mjukfraktur 7: en tröskelfelenergi och en tröskellängdskala för fel som sträcker sig från tiotals till hundratals nanometer i homogen, högelastisk polydimetylsiloxan (PDMS). Dessa resultat kombinerades med kontinuummodellering och skalningsteori för att utveckla ett samband mellan skärning och rivning i dessa material, vilket visar användbarheten av Y-formad skärning för att ge insikter i alla lägen av mjukt fel. Beteendet hos många materialklasser, inklusive dissipativa och sammansatta material, är dock fortfarande outforskat. Det förväntas att många av dessa kommer att uppvisa mikrostrukturstyrda effekter på längdskalor över våglängden för synligt ljus. Därför designades en apparat i denna studie som möjliggör en nära visuell karakterisering av dessa effekter under Y-formad skärning för första gången (t.ex. i kompositer, inklusive mjuka vävnader, eller av dissipativa processer, som förväntas på mikrometer till millimeterlängdskalor15).

<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-formad skärning har nyligen visat sig vara en lovande metod för att förstå tröskellängdskalan och felenergin hos ett material, liksom dess felrespons i närvaro av överskott av deformationsenergi. Den experimentella apparaten som användes i dessa studier var vertikalt orienterad och krävde besvärliga steg för att justera vinkeln mellan de Y-formade benen. Den vertikala orienteringen förbjuder visualisering i vanliga optiska mikroskop. Detta protokoll presenterar en Y-formad skärapparat som monteras horisontellt över ett befintligt inverterat mikroskopsteg, kan justeras i tre dimensioner (X-Y-Z) för att falla inom objektivets synfält och möjliggör enkel modifiering av vinkeln mellan benen. De två senare funktionerna är nya för denna experimentella teknik. Den presenterade apparaten mäter skärkraften inom 1 mN noggrannhet. Vid testning av polydimetylsiloxan (PDMS), referensmaterialet för denna teknik, uppmättes en skärenergi på 132,96 J/m2 (32° benvinkel, 75 g förspänning) och befanns ligga inom felet i tidigare mätningar gjorda med en vertikal uppställning (132,9 J/m 2 ± 3,4 J/m2). Tillvägagångssättet gäller mjuka syntetiska material, vävnader eller biomembran och kan ge nya insikter om deras beteende under fel. Listan över delar, CAD-filer och detaljerade instruktioner i detta arbete ger en färdplan för enkel implementering av denna kraftfulla teknik.

De parametrar som användes under steg 4 och steg 6 och de data som samlades in under steg 6 och steg 9 ger tillsammans provets skärenergi. Enligt Eqn. 1 kräver bestämningen av skärenergin följande parametrar: provtjocklek, t, förspänningskraft, fpre och vinkeln mellan benen och skäraxeln, θ. Följande data krävs också: skärkraften, f-skärningen och den genomsnittliga benbelastningen, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="m...

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

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y-formad skärning mäter frakturrelevanta längdskalor och energier i mjuka material. Tidigare apparater konstruerades för bänkmätningar. Detta protokoll beskriver tillverkningen och användningen av en apparat som orienterar installationen horisontellt och ger de fina positioneringsmöjligheter som är nödvändiga för in situ-visning , plus felkvantifiering, via ett optiskt mikroskop.

Utföra mikroskopmonterade Y-formade skärtester

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-formad skärning mäter felenergi och en kritisk ytskapande länkskala i mjuka fasta ämnen. Att införliva denna teknik i ett mikroskop underlättar upplösningen av de mikrostrukturella mekanismerna som styr dessa kvantiteter. Till skillnad från den stora planterade sprickan som är typisk för framhjulsbelastning använder detta protokoll plattinducerad sträcklokalisering för att minska synfältet som behövs för att avbilda den inre felprocessen.Tillvägagångssättet kan ge insikt i misslyckandet av mjuka syntetiska material och biologiska mjukvävnader. För att börja, byt ut den ursprungliga scenmonterade glidhållaren med en anpassad provhållare och fäst enheten i mikroskopet. Ställ in koppens vinkel genom att lossa vinkeljusteringsskruven och sedan flytta den linjära bilden.Ställ in vinkeln efter mätning med en gradskiva och dra åt vinkeljusteringstumskruven. Vinkeln mellan benet och provets mittplan theta kan justeras från 8 till 45 grader. Ställ in de två vertikala remskivorna bakom apparaten.Förbered ett tunt rektangulärt prov av polydimetylsiloxan eller PDMS genom att antingen klippa det från ett större ark eller använda en form med rätt dimensioner. Måtten kan variera, men en bredd på 1 1/2 centimeter eller mindre för ett prov med en tjocklek av tre millimeter eller mindre rekommenderas att börja. Använd ett rakblad för att skära provet tre centimeter på längden längs mittlinjen för att skapa det Y-formade provet.Denna länk kan variera men benen ska vara tillräckligt långa för att rymma flikarna, men ändå tillräckligt korta för att lämna ett oklippt prov för mätning. Använd en markör eller bläck och placera två märken centrerade och åtskilda med ungefär en centimeter på vart och ett av de tunna benen och provets kropp för att mäta den applicerade sträckan i vart och ett av de tre provbenen under belastning. Använd limliknande cyanoakrylatlim för att fästa en 3D-tryckt eller laserskuren flik i slutet av varje ben.Mät och skär två längder tunn fiskelinje. Cirka 30 centimeter linje behövs för intern dirigering genom mekanismen till den externa uppsättningen remskivor. Fäst fem gram vägplattor i slutet av linjerna som passerar genom de yttre remskivorna och binda den andra änden till fliken på varje ben.Kläm fast provets bas med hjälp av provhållarens tumskruv och led linan för varje ben genom varje sida av remskivan. Ta en bild av provet uppifrån medan provet är under försumbar vikt genom att hålla en kamera mot undersidan av vinkeljusteringsmekanismen. Se till att kameran är parallell med provplanet för att minimera avvinkeleffekter.Lägg till önskad förspänningsvikt på 75 gram i båda ändarna av fiskelinjen nära de yttre remskivorna. Öka denna mängd till 150 gram eller minska den till 50 gram för att ändra rivningsbidraget om så önskas för denna kombination av material och provgeometri. Rikta in fiskelinan från den lägsta remskivan mot Z-planet på provbenen med hjälp av Z-komponenten i trevägs mikrojusteringssteget.Ta en andra bild av provet efter att vikten har lagts till. Placera den förväntade bladspetsen ungefär nära målets synfält. Placera rakbladet i motsvarande knivklämma och säkra bladet på plats med en skruv.Skjut in det klippta rakbladet i knivklämfästet som är fäst vid lastcellen. Välj 2,5x mikroskopmålet eller så högt som 20x, om närmare bilder önskas, och använd den överförda ljusinställningen, förstärk ljuset bakom provet om det behövs. Med bladet på plats, fokusera mikroskopet på närmaste yta av bladet med hjälp av det vertikala justeringssystemet om det behövs för att föra spetsen till lämpligt arbetsavstånd för målet.Rikta försiktigt in rakbladet inom mikroskopets synfält med endast X- och Y-riktningarna för trevägsmikrojusteringssteget. Fokusera mikroskopet på provet och rikta in sprickspetsen mot rakbladet genom att översätta mikroskopets X / Y-steg. Detta säkerställer att provets mittplan ligger i linje med vinkeljusteringsmekanismens mittplan.Öppna koden som används för insamling av lastcellsdata och börja spela in lastcelldata genom att klicka på Starta inspelning knapp. Översätt provet mot rakbladet i en centimeter eller mer med konstant hastighet med hjälp av mikroskopstegkontroll. Samla samtidigt bilder med mikroskopets bildgränssnitt.När mikroskopet X / Y-steget stannar klickar du på Stoppa inspelning för att stoppa inspelningen av data och automatiskt spara en textfil med laddnings- och tidssvaret. Kraft-tidskurvan för polydimetylsiloxan med ett ultraskarpt blad visas här. Kurvans elastiska belastnings-, skärinitierings-, steady-state-skärnings- och lossningsregioner är märkta i diagrammet.Dessa data illustrerar en hög initial kraft, vilket vanligtvis krävs för skärinitiering, följt av en konstant kraft, vilket indikerar skärning i stabilt tillstånd. Skärkraften är det maximala värdet av kraften inom denna stationära regim. De röda cirklarna som visas här motsvarar specifika bilder som erhållits av mikroskopet.En gul cirkel har lagts till för att underlätta observationen av fläckmönstrets rörelse, och dessa siffror anger bildtidsstämplar och sekunder. Den uppmätta stationära skärkraften i kombination med de experimentella testparametrarna för benvinkel theta, provtjocklek T, förspänning f för för- och bladradie ger den stationära skärenergin enligt den ekvation som visas. Här replikerar vi framgångsrikt den skärenergi som tidigare rapporterats i litteraturen för dessa förhållanden.Genom att införliva Y-formad skärning i ett mikroskop möjliggör vi kvantifiering av mikrostrukturella bidrag till mjuk-fast och mjukvävnadsfel via fluorescerande sonder, autofluorescens och fullfältsstyrka.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Wicking Test för Enkelriktade Tyger: Mätning av Kapillär parametrar att utvärdera kapillärtrycket i Liquid Composite formningsprocesser

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

Skär procedurer, Dragprovning och åldrande av flexibla enkelriktade komposit 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

Noggrann bestämning av jämvikts ytans spänningsvärden med områdes störnings test

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

Utföra in Situ slutna-cell gasar reaktioner i överföringselektronmikroskopet

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