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

Bu çalışma hakkındaki tavsiyeleri için Dr. James Phillips, Dr. Amy Wagoner-Johnson, Alexandra Spitzer ve Amir Ostadi'ye teşekkür ederiz. Finansman, Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign Makine Bilimi ve Mühendisliği Bölümü tarafından sağlanan başlangıç hibesinden geldi. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid ve C. Walsh, bu projedeki çalışmaları için üst düzey tasarım kredisi aldı.

1. Değiştirilebilir ve tüketilebilir parçaların ayarlanması ve üretilmesi
<ol><li>B1 ve B2 (1,5 cm x 7 cm x 3 mm numune için 7,5 mm x 7,5 mm) örnek ayaklarının genişliğine uyan tek kullanımlık ABS veya akrilik tırnaklar üretmek için bir lazer kesici veya 3D yazıcı kullanın (Şekil 1B ve Şekil 2D). Her test için iki sekme, her bacak için bir sekme gereklidir.</li>
	<li>Jilet bıçağı klipsi NOT: Gerekli tıraş bı?...

<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>

Burada bildirilen yatay, Y şeklindeki kesme aparatı, bu arıza tekniği için geliştirilmiş kullanım kolaylığı ile birlikte yerinde görüntüleme yetenekleri sağlar. Aparat mikroskoptan hızlı montaj/sökme ve sürekli, önceden hizalanmış bacak açısı ayarı için modüler/taşınabilir bir tasarım içerir. Bu yöntemin uygulanmasını kolaylaştırmak için tüm CAD dosyaları, gerekli malzemeler ve prosedürler dahil edilmiştir. Birçok durumda (bıçak tutucular, numune tutucu, yük hücresi...

Doğrusal olmayan süreklilik mekaniği, yumuşak katılarda arızaya yol açan enerji konsantrasyonunu anlamak için kritik bir mercek sağlamıştır1. Bununla birlikte, bu arızanın doğru bir şekilde tahmin edilmesi, çatlak ucu 2,3'te yeni yüzey oluşumuna katkıda bulunan mikroyapısal özelliklerin açıklamalarını da gerektirir. Bu tür açıklamalara yaklaşmanın bir yöntemi, arıza sırasında çatlak ucunun yerinde görselleştirilmesidir 4,5. Bununla birlikte, tipik uzak alan kırılma testlerinde çatlak körelmesi, potansiyel olarak mikroskobun görüş alanının dışına yayılan yüksek oranda deforme olmuş malzemeyi yayarak in situ verilerin elde edilmesini zorlaştırır6. Y şeklindeki kesim, mikroyapısal görselleştirme için benzersiz bir alternatif sunar, çünkü büyük deformasyon bölgesini bir bıçağın ucunda yoğunlaştırır7. Ayrıca, grubumuzun önceki çalışmaları, bu benzersiz deneysel yaklaşımın, uzak alan yırtılması ve temas aracılı yükleme koşulları arasındaki arıza tepkisindeki farklılıklar hakkında fikir verebileceğini göstermektedir7.
Burada sunulan aparatlarda kullanılan Y şeklindeki kesme yöntemi ilk olarak on yıllar önce doğal kauçuk8 için bir kesme yöntemi olarak tanımlanmıştır. Yöntem, önceden yüklenmiş Y şeklindeki bir test parçasından sabit bir bıçak iterek kesmeden oluşur. "Y" nin kesişme noktasında, dikdörtgen bir parçanın bir kısmının iki eşit "bacağa" bölünmesiyle testten önce oluşturulan çatlak ucu bulunur (Şekil 1B ve Şekil 2D). Bu kesme yönteminin başlıca avantajları, ölçülen kesme enerjisine sürtünme katkılarının azaltılmasını, değişken bıçak geometrisini (yani, çatlak ucu geometrisinin kısıtlanmasını), arıza oranının kontrolünü (numune yer değiştirme hızı aracılığıyla ) ve kesme, C ve yırtılma, T, toplam enerji Gkesimine enerji katkılarının ayrı ayrı ayarlanmasını içerir (yani, arıza enerjisinin kesme eşiğini aşacak şekilde değiştirilmesi)8. İkinci katkılar, kesme enerjisi için basit, kapalı biçimli bir ifadeyle ifade edilir9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> Eqn (1)
numune kalınlığı, t, ortalama bacak gerinimi, ön yük kuvveti, fpre ve bacaklar ile kesme ekseni arasındaki açı, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">θ dahil olmak üzere deneysel olarak seçilen parametreleri kullanır. Kesme kuvveti, fkesimi, Zhang ve ark.9'da ayrıntılı olarak açıklandığı gibi aparatla ölçülür. Özellikle, burada sunulan aparat, bacak açısını, θ'yu ayarlamak ve numunenin ortalanmasını sağlamak için yeni, basit ve doğru bir mekanizma içerir. Her iki özellik de mikroskopa monte edilmiş bir kurulum için kritik öneme sahip olsa da, mekanizma, kullanım kolaylığını artırarak Y şeklindeki kesme testinin gelecekteki dikey uygulamalarına da fayda sağlayabilir.
Yumuşak katılar için uygun arıza kriterlerinin belirlenmesindeki ilerleme, Rivlin ve Thomas10 tarafından tanıtılan numuneden bağımsız kırık geometrilerinin erken başarısından bu yana devam etmektedir. Kritik enerji salınım oranları10, uyumlu bölge yasaları 11 ve çeşitli stres veya uzaktan enerji yaklaşımları12,13,14 kullanılmıştır. Son zamanlarda, Zhang ve Hutchens, yeterince küçük yarıçaplı bıçaklarla Y şeklindeki kesimin, yumuşak kırılma7 için eşik arıza koşulları sağlayabileceğini göstererek, ikinci yaklaşımdan yararlandılar: homojen, yüksek elastik polidimetilsiloksan (PDMS) içinde onlarca ila yüzlerce nanometre arasında değişen bir eşik arıza enerjisi ve bir eşik uzunluğu ölçeği. Bu sonuçlar, bu malzemelerde kesme ve yırtılma arasında bir ilişki geliştirmek için süreklilik modellemesi ve ölçekleme teorisi ile birleştirildi, böylece Y şeklindeki kesimin tüm yumuşak arıza modlarına dair içgörü sağlamak için faydasını gösterdi. Bununla birlikte, dağıtıcı ve kompozit malzemeler de dahil olmak üzere birçok malzeme sınıfının davranışı keşfedilmemiştir. Bunların birçoğunun, görünür ışığın dalga boyunun üzerindeki uzunluk ölçeklerinde mikroyapı tarafından yönetilen etkiler sergileyeceği tahmin edilmektedir. Bu nedenle, bu çalışmada, ilk kez Y şeklindeki kesim sırasında bu etkilerin yakın görsel karakterizasyonuna izin veren bir aparat tasarlanmıştır (örneğin, yumuşak dokular da dahil olmak üzere kompozitlerde veya mikrometreden milimetreye uzunluk ölçeklerinde beklenen dağıtıcı işlemlerde15).

<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 şeklindeki kesimin son zamanlarda, bir malzemenin eşik uzunluk ölçeğini ve arıza enerjisini ve ayrıca aşırı deformasyon enerjisinin varlığında arıza tepkisini anlamak için umut verici bir yöntem olduğu gösterilmiştir. Bu çalışmalarda kullanılan deneysel aparatlar dikey olarak yönlendirildi ve Y şeklindeki bacaklar arasındaki açıyı ayarlamak için hantal adımlar gerektiriyordu. Dikey yönelim, standart optik mikroskoplarda görselleştirmeyi yasaklar. Bu protokol, mevcut bir ters çevrilmiş mikroskop aşamasına yatay olarak monte edilen, hedefin görüş alanına girmek için üç boyutta (X-Y-Z) ayarlanabilen ve bacaklar arasındaki açının kolayca değiştirilmesini sağlayan Y şeklinde bir kesme aparatı sunar. Son iki özellik bu deneysel teknik için yenidir. Sunulan aparat, kesme kuvvetini 1 mN hassasiyet içinde ölçer. Bu tekniğin referans malzemesi olan polidimetilsiloksan (PDMS) test edilirken, 132.96 J/m2'lik bir kesme enerjisi ölçüldü (32° bacak açısı, 75 g ön yük) ve dikey kurulumla (132.9 J/m2 ± 3.4 J/m2) yapılan önceki ölçümlerin hatasına düştüğü tespit edildi. Bu yaklaşım yumuşak sentetik malzemeler, dokular veya biyo-membranlar için geçerlidir ve başarısızlık sırasındaki davranışları hakkında yeni bilgiler sağlayabilir. Bu çalışmadaki parçaların listesi, CAD dosyaları ve ayrıntılı talimatlar, bu güçlü tekniğin kolay uygulanması için bir yol haritası sağlar.

Adım 4 ve adım 6 sırasında kullanılan parametreler ve adım 6 ve adım 9 sırasında toplanan veriler, numunenin kesme enerjisini elde etmek için birleşir. Ek. 1'e göre, kesme enerjisinin belirlenmesi aşağıdaki parametreleri gerektirir: numune kalınlığı, t, ön yük kuvveti, fön ve bacaklar ile kesme ekseni arasındaki açı, θ. Aşağıdaki veriler de gereklidir: kesme kuvveti, fkesimi ve ortalama bacak gerginliği, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_u...

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

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y şeklindeki kesim, yumuşak malzemelerdeki kırılmaya bağlı uzunluk ölçeklerini ve enerjileri ölçer. Önceki aparatlar tezgah üstü ölçümler için tasarlanmıştır. Bu protokol, kurulumu yatay olarak yönlendiren bir aparatın imalatını ve kullanımını açıklar ve optik mikroskop aracılığıyla yerinde görüntüleme için gerekli ince konumlandırma yeteneklerini ve ayrıca arıza ölçümünü sağlar.

Mikroskopa Monte Y Şekilli Kesme Testlerinin Yapılması

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 şeklindeki kesim, arıza enerjisini ve yumuşak katılarda kritik bir yüzey oluşturma bağlantı ölçeğini ölçer. Bu tekniği bir mikroskopa dahil etmek, bu miktarları yöneten mikroyapısal mekanizmaların çözülmesini kolaylaştırır. Ön tekerlek yüklemesine özgü büyük ekili çatlağın aksine, bu protokol, iç arıza sürecini görüntülemek için gereken görüş alanını azaltmak için plaka kaynaklı gerilme lokalizasyonunu kullanır.Yaklaşım, yumuşak sentetik materyallerin ve biyolojik yumuşak dokuların başarısızlığı hakkında fikir verebilir. Başlamak için, orijinal aşamaya monte edilmiş slayt tutucuyu özel bir numune tutucu ile değiştirin ve montajı mikroskopa takın. Açı ayarı parmak vidasını gevşeterek ve ardından doğrusal slaytı hareket ettirerek kabın açısını ayarlayın.Bir açıölçerle ölçtükten sonra açıyı ayarlayın ve açı ayarı başparmak vidasını sıkın. Bacak ve numune orta düzlem tetası arasındaki açı 8 ila 45 derece arasında ayarlanabilir. Aparatın arkasındaki iki dikey kasnağı kurun.İnce dikdörtgen bir polidimetilsiloksan veya PDMS numunesini, daha büyük bir tabakadan keserek veya doğru boyutlarda bir kalıp kullanarak hazırlayın. Boyutlar değişebilir, ancak üç milimetre veya daha az kalınlığa sahip bir numune için 1 1/2 santimetre veya daha az genişlikte bir başlangıç yapılması önerilir. Y şeklindeki numuneyi oluşturmak üzere numuneyi merkez çizgisi boyunca üç santimetre uzunlamasına kesmek için bir tıraş bıçağı kullanın.Bu bağlantı değişebilir, ancak bacaklar tırnakları barındıracak kadar uzun, ancak ölçüm için kesilmemiş bir numune bırakacak kadar kısa olmalıdır. Bir işaretleyici veya mürekkep kullanarak, yük altındaki üç numune bacağının her birinde uygulanan gerilmeyi ölçmek için ince bacakların her birine ve numunenin gövdesine ortalanmış ve yaklaşık bir santimetre ayrılmış iki işaret yerleştirin. Her bacağın ucuna 3D baskılı veya lazer kesimli bir sekme takmak için yapışkan benzeri siyanoakrilat yapıştırıcı kullanın.İki uzunlukta ince oltayı ölçün ve kesin. Mekanizma boyunca dış kasnak setine iç yönlendirme için yaklaşık 30 santimetre hat gereklidir. Dış kasnaklardan geçen çizgilerin sonuna beş gramlık tartım plakaları takın ve diğer ucunu her bir bacaktaki tırnağa bağlayın.Numune tutucu parmak vidasını kullanarak numunenin tabanını kelepçeleyin ve her bir bacak için çizgiyi kasnak sisteminin her iki tarafına yönlendirin. Açı ayarlama mekanizmasının alt tarafına karşı bir kamera tutarak numune ihmal edilebilir ağırlık altındayken numunenin üstten fotoğrafını çekin. Açı dışı efektleri en aza indirmek için kameranın örnek düzleme paralel olduğundan emin olun.Dış kasnakların yakınındaki oltanın her iki ucuna 75 gramlık istenen ön yük ağırlığını ekleyin. Bu malzeme ve numune geometrisi kombinasyonu için istenirse yırtılma katkısını değiştirmek için bu miktarı 150 grama yükseltin veya 50 grama düşürün. Üç yönlü mikro ayarlama aşamasının Z bileşenini kullanarak oltayı en alçak kasnaktan numune ayaklarının Z düzlemiyle hizalayın.Ağırlık eklendikten sonra numunenin ikinci bir fotoğrafını çekin. Beklenen bıçak ucunu yaklaşık olarak hedefin görüş alanına yakın bir yere yerleştirin. Jilet bıçağını karşılık gelen bıçak klipsine yerleştirin ve bıçağı ayarlanmış bir vida ile yerine sabitleyin.Bu kırpılmış tıraş bıçağını yük hücresine bağlı bıçak klipsi yuvasına kaydırın. Daha yakın görüntüler isteniyorsa, 2,5x mikroskop hedefini veya 20x'e kadar yüksek bir hedefi seçin ve iletilen ışık ayarını kullanarak gerekirse numunenin arkasındaki ışığı artırın. Bıçak yerindeyken, ucu hedefe uygun çalışma mesafesine getirmek için gerekirse dikey ayarlama sistemini kullanarak mikroskobu bıçağın en yakın yüzeyine odaklayın.Üç yönlü mikro ayarlama aşamasının yalnızca X ve Y yönlerini kullanarak tıraş bıçağını mikroskobun görüş alanı içinde dikkatlice hizalayın. Mikroskopu numuneye odaklayın ve mikroskop X / Y aşamasını çevirerek çatlak ucunu tıraş bıçağı ile hizalayın. Bu, numunenin orta düzleminin açı ayarlama mekanizmasının orta düzlemiyle hizalanmasını sağlar.Yük hücresi veri alımı için kullanılan kodu açın ve Kaydı Başlat düğmesini tıklatarak yük hücresi verilerini kaydetmeye başlayın. Mikroskop aşaması kontrolünü kullanarak numuneyi sabit hızda bir santimetre veya daha fazla tıraş bıçağına doğru çevirin. Mikroskopun görüntüleme arayüzünü kullanarak aynı anda görüntü toplayın.Mikroskop X/Y aşaması durduğunda, Kaydı Durdur Verileri kaydetmeyi durdurmak ve yükleme ve zaman yanıtının bir metin dosyasını otomatik olarak kaydetmek için düğmesine basın. Ultra keskin bir bıçak kullanan polidimetilsiloksan için kuvvet-zaman eğrisi burada gösterilmiştir. Eğrinin elastik yükleme, kesme başlatma, kararlı durum kesme ve boşaltma bölgeleri grafikte etiketlenir.Bu veriler, tipik olarak kesim başlatma için gerekli olan yüksek bir başlangıç kuvvetini, ardından kararlı durum kesimini gösteren sabit bir kuvveti göstermektedir. Kesme kuvveti, bu kararlı devlet rejimi içindeki kuvvetin maksimum değeridir. Burada gösterilen kırmızı daireler, mikroskop tarafından elde edilen belirli görüntülere karşılık gelir.Benek deseni hareketinin gözlemlenmesini kolaylaştırmak için sarı bir daire eklenmiştir ve bu sayılar görüntü zaman damgalarını ve saniyelerini gösterir. Ölçülen kararlı durum kesme kuvveti, bacak açısı tetası, numune kalınlığı T, ön yük f ve bıçak yarıçapının deneysel test parametreleri ile birleştirildiğinde, gösterilen denkleme göre kararlı durum kesme enerjisini verir. Burada, bu koşullar için literatürde daha önce bildirilen kesme enerjisini başarıyla çoğaltıyoruz.Y şeklindeki kesimi mikroskopa dahil ederek, floresan problar, otofloresan ve tam alan mukavemet teknikleri aracılığıyla yumuşak-katı ve yumuşak doku yetmezliğine mikroyapısal katkıların miktarını sağlıyoruz.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Tek yönlü Kumaşlar Testleri esneklik: Kılcal Parametrelerinin Ölçümleri Sıvı Kompozit Kalıp Süreçlerinde Kılcal Basınç değerlendirin

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

Esnek tek yönlü kompozit laminatlar kesme prosedürleri, çekme testi ve yaşlanma

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

Alan Pertürbasyon Testleri ile Denge Yüzey Gerilim Değerlerinin Doğru Belirlenmesi

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

İletim Elektron Mikroskobunda In Situ Kapalı Hücreli Gaz Reaksiyonlarının Gerçekleştirilmesi

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