Name: 设计方面在单轴加载机开发中的应用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 23 s
Description: 学习单轴加载机的组装与校准方法，了解可重复性设计在生物力学测试中的关键作用。本视频演示如何构建可靠的机械加载平台，帮助研究人员掌握核心设计原则。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

本工作得到美国国立卫生研究院牙科与颅面研究所 [DE022664] 的资助。

注意：最终装置如图2所示。该装置可实现对试样在水平位置下的纯单轴测试。
1. 组成部分
<ol>
	<li>准备两个可编程执行器，每个执行器的行程为 30 mm（1.2 in），当编程为同步拉伸/推压时，可实现 60 mm（2.3 in）的总行程。为适应多种潜在应用，应选择具备合理力输出能力［67 N（15 lb）］、峰值推力［58 N（13 lb）］、速度分辨率［0.9302 µm/s（0.00004 in/s）］以及单向定位精度［25 µm（0.001 in）］的执行器。</li>
	<li>将执行器串联连接，以实现伸展/回缩动作的同步，确保力的均匀施加。</li>
	<li>准备一个 24 V 控制器，用于驱动执行器运动；该系统通过丝杠（即螺杆）的旋转实现精确的线性运动。</li>
	<li>准备两个最大量程为 44.5 N（10 lb）的测力传感器。建议选用低剖面或筒式结构的测力传感器，适用于空间受限的应用场景。</li>
	<li>准备导轨/滑块系统。准备一条导轨和两个滑块，每个滑块用于固定一个执行器。由于普通钢材易生锈，若设备将用于需要水合环境的材料测试，应选用不锈钢材质；其他用途下，普通钢材可接受。 
	注：带导轨/滑块系统的加载平台爆炸图如图3所示，其中导轨/滑块部分以紫色标出。</li>
</ol>
2. 框架构建
注意：出于解释说明的目的，图示中的平台已使用颜色编码。
<ol>
	<li>准备铝制原材料。选择铝材因其成本效益高且易于加工。准备平板和“L”形角材。</li>
	<li>准备用于加工夹具的原材料。选择有机玻璃；它强度高且重量轻。</li>
</ol>
3. 金属底座和侧板（框架）组装
<ol>
	<li>从铝材上切割底板，确保其尺寸约为 64 x 15 x 1.3 cm（25 x 6 x 0.5 英寸）。在铣床上修整边缘，并将底板加工至最终尺寸。</li>
	<li>根据补充文件中提供的规格，在铣床上将底板加工平整。</li>
	<li>进行端面加工，确保平面水平。</li>
	<li>在底板上加工导轨，用于对齐侧板，公差为 0.0126 mm（0.0005 英寸）。</li>
	<li>根据补充文件中提供的规格加工侧板。</li>
	<li>在侧板的底面进行钻孔和攻丝。</li>
	<li>将侧板垂直安装在导轨中。</li>
	<li>从下方将侧板固定到底板上（图 4）。</li>
</ol>
4. 将导轨/滑块组件安装到机架上
<ol>
	<li>通过机加工在每侧侧板的前表面加工出轨道，以便根据图纸链接中提供的规格安装导轨/滑块组件图5).</li>
	<li>通过轨道上的通孔将导轨固定到轨道上 通过 在每块侧板上钻孔并攻丝（以容纳 #10-32 螺丝）。</li>
</ol>
5. 执行器的后部安装固定
<ol>
	<li>根据补充文件中提供的规格，从“L”形角钢上安装机器后部支架附件。</li>
	<li>根据补充文件中提供的规格，加工一根条状部件并将其固定在支架底部，用作键条，并使其在侧板表面加工出的轨道内滑动。将该条状部件用螺钉固定在支架底部。</li>
	<li>在后部支架底部钻一个通孔，以便为执行器留出间隙。</li>
	<li>将后部支架安装到执行器本体上 通过 商用执行器中的孔型图案。 
	注意：设计后置安装座的原因之一是避免反复使用执行器自带的M2小螺丝将执行器直接固定到支架上。安装座可消除因反复拆装导致执行器内部螺纹磨损的风险。</li>
	<li>将支架底座插入，以将后部执行器支架固定到框架上 通过 两颗螺钉</li>
	<li>在侧板前侧面的轨道两侧钻孔并攻丝（以适配#10-32螺钉），以便在需要适应不同尺寸样本时安装可调节的固定装置。</li>
</ol>
6. 执行器的前部安装固定 通过 连接器
注：前部安装座是一个“L”形部件，用于将驱动器前端连接至滑块。驱动器在物理上不与安装座接触，而是通过连接方式固定 通过 一系列从执行器尖端延伸出的连接件。
<ol>
	<li>根据补充文件中提供的规格，使用“L”形角钢加工机器前端安装部件。</li>
	<li>在前端安装座的底部钻孔，以容纳锥形连接器。</li>
	<li>在前端安装座的侧面加工一条轨道，用于安装平板。</li>
	<li>在平板上加工轨道，以容纳夹具。</li>
	<li>根据图纸链接中提供的规格，加工一个铝制圆柱形连接器。该适配器用于连接力传感器与作动器。</li>
	<li>在连接器的作动器端钻孔并攻丝以安装#2公制螺钉，在力传感器端钻孔并攻丝以安装#6公制螺钉，以支持力传感器与作动器的轴向安装和对齐。</li>
	<li>重复此过程，加工两个相同的连接器，每个力传感器各使用一个。</li>
	<li>根据图纸链接中提供的规格，加工一个铝制锥形圆柱连接器。该适配器用于连接力传感器、夹具和滑架。</li>
	<li>在连接器一端钻孔并攻丝，以匹配力传感器的螺纹接口。</li>
	<li>将圆柱体插入前端作动器安装座的孔中，并使用紧定螺钉固定圆柱端部。</li>
	<li>为右侧和左侧作动器复制相同的系统。 
	注：如图6所示，组装完成后，作动器的基座牢固地连接在侧板上。作动器前端连接滑架，当作动器伸缩时，滑架随之被推拉。此结构为夹具安装和试样加载提供了基础框架。</li>
</ol>
7. 装置
<ol>
	<li>根据补充文件中的规格加工夹具（图7）。</li>
	<li>在夹具支架上加工一个居中的垂直槽，以适应高度调节。</li>
	<li>将执行器前部安装座通过三个钻孔并攻丝的孔（可容纳 #10-32 螺钉）垂直对准并固定在矩形板的中心位置。</li>
	<li>根据需要升高或降低支架，例如当使用盐水浴进行水合测试时，并用螺钉固定。</li>
</ol>
8. 操作步骤：
<ol>
	<li>下载执行器软件以远程控制设备16。</li>
	<li>使用6针mini-din公对母PS/2延长电缆将计算机与24 V控制器连接；每个执行器控制器有两个6针mini-din连接器电缆接口。</li>
	<li>使用USB转6针mini-din转换器将执行器连接至标准计算机；该转换器包含一个母型6针mini-din连接端和一个USB连接端口。</li>
	<li>将执行器串联连接，以便仅需一根计算机电缆即可运行；或者，可使用HDMI适配器替代USB适配器。</li>
	<li>将执行器连接至24 V电源。</li>
	<li>连接并通电后，选择设备并自定义执行器性能。</li>
	<li>或者，可通过每个执行器上的旋钮手动控制执行器，这在设置过程中非常有用。 
	注意：该软件适用于任何标准操作系统。通过该软件，可使执行器以不同速度移动至设定距离，或在设定距离处同步，或相互同步以协调运动。</li>
</ol>

<ol><li>ASTM E4-16. Standard practices for force verification of testing machines. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2016).</li>
<li>ASTM E2309/E2309M-16. Standard practices for verification of displacement measuring systems and devices used in materials testing machines. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2016).</li>
<li>ASTM E2428-15a. Standard practice for calibration and verification of torque transducers. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2015).</li>
<li>ASTM E2624-17. Standard practice for torque calibration of testing machines. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2017).</li>
<li>ASTM C39 – Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2018).</li>
<li>ASTM A370-17a. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2017).</li>
<li>ASTM D4761-13. Standard test methods for mechanical properties of lumber and wood-base structural material. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2013).</li>
<li>Green, M. L., et al. <a target="_blank" href="https://digitalcommons.usu.edu/foodmicrostructure/vol5/iss1/19/">Mechanical properties of cheese, cheese analogues and protein gels in relation to composition and microstructure.</a> Food Structure. 5 (1), 169-192 (1986).</li>
<li>ASTM D76/D76M-11. Standard specification for tensile testing machines for textiles. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2011).</li>
<li>Papini, M., Zdero, R., Schemitsch, E. H., Zalzal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+biomechanics+of+human+femurs+in+axial+and+torsional+loading%3A+comparison+of+finite+element+analysis%2C+human+cadaveric+femurs%2C+and+synthetic+femurs%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">The biomechanics of human femurs in axial and torsional loading: comparison of finite element analysis, human cadaveric femurs, and synthetic femurs.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 129 (1), 12-19 (2007).</li>
<li>Poulet, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intermittent+applied+mechanical+loading+induces+subchondral+bone+thickening+that+may+be+intensified+locally+by+contiguous+articular+cartilage+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 23 (6), 940-948 (2015).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoblasts+subjected+to+mechanical+strain+inhibit+osteoclastic+differentiation+and+bone+resorption+in+a+co-culture+system%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Osteoblasts subjected to mechanical strain inhibit osteoclastic differentiation and bone resorption in a co-culture system.</a> Annals of Biomedical Engineering. 41 (10), 2056-2066 (2013).</li>
<li>Huang, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+use+of+a+novel+bioreactor+for+regeneration+of+biaxially+stretched+tissue-engineered+vessels%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering.+Part+C%2C+Methods%22%5BJournal%5D)">Design and use of a novel bioreactor for regeneration of biaxially stretched tissue-engineered vessels.</a> Tissue Engineering. Part C, Methods. 21 (8), 841-851 (2015).</li>
<li>Keyes, J. T., Haskett, D. G., Utzinger, U., Azhar, M., Van de Geest, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptation+of+a+planar+microbiaxial+optomechanical+device+for+the+tubular+biaxial+microstructural+and+macroscopic+characterization+of+small+vascular+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Adaptation of a planar microbiaxial optomechanical device for the tubular biaxial microstructural and macroscopic characterization of small vascular tissues.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 133 (7), 075001(2011).</li>
<li>Brown, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Techniques+for+mechanical+stimulation+of+cells+in+vitro%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Techniques for mechanical stimulation of cells in vitro: A review.</a> Journal of Biomechanics. 33 (1), 3-14 (2000).</li>
<li>Zaber Technologies. Zaber Console software download. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.zaber.com/zaber-software">https://www.zaber.com/zaber-software</a> (2018).</li>
<li>King, J. D., York, S. L., Saunders, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+characterization+of+a+pure+uniaxial+microloading+system+for+biologic+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and characterization of a pure uniaxial microloading system for biologic testing.</a> Medical Engineering and Physics. 38 (4), 411-416 (2016).</li>
<li>Saunders, M. M., Donahue, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+cost-effective+loading+machine+for+biomechanical+evaluation+of+mouse+transgenic+models%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Development of a cost-effective loading machine for biomechanical evaluation of mouse transgenic models.</a> Medical Engineering and Physics. 26 (7), 595-603 (2004).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本研究的目标是设计并制造一种经济高效且可靠的单轴加载装置，用于组织和纤维等小尺寸试样的测试。所构建的装置不仅满足了既定要求，而且在设计上具有足够的灵活性，可根据用户需求的增长定制新的附件。例如，该装置可支持在单轴或固定端配置下对干燥和湿润试样进行测试。
在设计和制造任何加载装置时，关键步骤包括考虑材料、商业组件（维护性）以及系统的性能和灵活性。所有机械加工均在标准铣床上完成。铝材和有机玻璃为框架和夹具提供了必要的刚性。商业组件包括执行器和导轨/滑块系统。拉伸和压缩测试均使用相同的执行器。这些执行器在力学测试平台中表现良好，因为当其处于开启状态但未使用时，电机的电源会被切断，从而防止丝杠产生扭矩并避免执行器过热。此外，导轨/滑块系统提供了良好的对准性并便于维护。该系统采用两个滚珠轴承螺杆滑块，沿宽度为15 mm（0.6 in）的轨道运行。每侧板使用一个滑块，用于将执行器连接至导轨。整套装置具有7800 N（1750 lb）的动态载荷能力，可适应多种类型的试样。滑块内部设有油腔，以维持润滑。夹具用于在测试过程中将试样固定在平台上。除了固定试样外，夹具还与执行器相连，使执行器的伸缩运动能...

力学测试具有一个引人入胜的历史，可追溯到20世纪初斯坦利·洛克韦尔（Stanley Rockwell）开发的硬度测试设备。随着技术的发展，已有标准的、成文的操作规范来指导从测试设备性能验证到具体试验实施的各个环节1,2,3,4。如今，力学测试的应用范围涵盖从混凝土、钢材和木材等建筑材料，到食品和纺织品等多种产品5,6,7,8,9。鉴于生物医学工程领域，尤其是生物力学，广泛采用力学测试技术，加载设备在生物力学实验室中已十分常见。
加载装置在生物力学研究中具有广泛的尺度应用。例如，大型加载装置可用于开展全身冲击研究或测定人类股骨的力学特性，而小型加载装置则可用于测试小鼠骨骼或刺激细胞10,11,12,13,14。在测试实验室中可发现两类加载装置： commercially 购买的装置和用户自行构建的装置。自行研发的加载装置通常因其可个性化和定制化而更受青睐15。
在测试过程中，将试样固定在机器上，以便施加位移，从而产生可测量的力。如果以载荷作为驱动反馈，则该测试为载荷控制型；如果以位移作为驱动反馈，则该测试为位移控制型。加载机器通常由一个框架构成，该框架将活动部件连接至固定支座。因此，测试过程通常是一端移动试样，而另一端保持固定。
图1 展示了一台简单加载装置的示意图，用以说明其基本组成部件。所有加载装置的核心部分均为底座或机架。尽管绝大多数商用品牌采用固定式底座，但本图所示为可实现平面（XY方向）移动的平台。该装置的运动部件为上臂，其上安装有载荷传感器，并由步进电机驱动。安装在机架上的夹具用于固定试样，并决定所执行试验的类型。图中所示为三点弯曲夹具。上夹具（单点接触）安装在运动臂上；下夹具（双点接触）则安装在固定底座上。测试过程中，电机驱动上夹具向下运动，使中心接触点与试样接触。当接触点与试样接触后，载荷传感器将记录试样所受阻力或作用力的增加情况。
有时，为了实现现有实验设备无法完成的运动，需要自行设计和制造机器。本文详细描述了这样一个装置：一种加载平台，可实现试样的纯单轴加载，或在试样两端施加大小相等、方向相反的运动。该装置采用商用的力传感器和执行器（驱动器），并通过机械加工的框架来固定这些商用部件以及用于试样测试的加载夹具。理解试验机结构的基本原理，有助于自行设计设备。我们提供了自行设计的图纸文件作为起点，以帮助研究人员开发自己的设备。视频将重点展示该装置的组装过程，以及如何应用机械设计原理来确保对中性和测试的可靠性。

<table><tbody><tr><td>电源，24 V 直流输出 2.5 A，输入 100-240 V 交流电，适用于北美插头&amp;nbsp;</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>PS05-24V25</td><td></td></tr><tr><td>6 针 mini din 公对母 PS/2 延长线缆</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>T-DC06</td><td></td></tr><tr><td>两相步进电机控制器</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>A-MCA</td><td></td></tr><tr><td>直线执行器，NEMA 11 规格，行程 30 mm，最大持续推力 58 N</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>NA11B30</td><td></td></tr><tr><td>耐腐蚀免维护球轴承滑座和导轨</td><td>McMaster-Carr</td><td>9184T31</td><td></td></tr><tr><td>6061-T6 铝材</td><td>McMaster-Carr</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>有机玻璃材料</td><td>McMaster-Carr</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>筒式负荷传感器，4.5 N</td><td>Honeywell Sensotec</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>USB 转 6 针 mini-din 接口线</td><td>Universal&amp;nbsp;</td><td>NA</td><td></td></tr></tbody></table>

单轴加载机器开发中的设计要素应用

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

在精确的力学测试方面，测试设备种类繁多。商业化的测试平台虽然具有优异的准确性，但价格往往过高，通常在10万至20万美元之间，可能超出预算。而在另一端则是独立的手动装置，这类设备通常缺乏重复性和准确性（例如，手动摇杆装置）。然而，如果仅需单次使用，设计和加工过于复杂的设备则属于过度设计。尽管如此，在某些情况下，仍需在实验室内部自行设计和制造设备，以实现现有设备无法完成的特定运动。本文详细描述了这样一种装置：一种可实现纯单轴加载的加载平台。标准的加载设备通常是双轴的，即沿轴向进行线性加载，同时绕轴进行旋转加载。在使用这些设备进行测试时，载荷施加于试样一端，而另一端保持固定。这类系统无法实现纯轴向测试，即无法在试样两端同时施加大小相等、方向相反的拉伸/压缩载荷。本文所开发的平台能够实现试样两端的等值反向加载。尽管该装置也可用于压缩测试，但本文重点介绍其在纯拉伸加载中的应用。该设备集成了商用的力传感器和执行器（驱动装置），与实验室自制设备类似，还需加工一个机架，用于安装商用部件以及测试所需的夹具。

为验证该系统的使用，进行了执行器速度和性能测试17这些测试包括测量执行器的速度和位移，并与输入值进行比较。为验证样品移动距离的准确性，沿轴向选取254 - 2540 µm （0.01 - 0.10 英寸）被选定。将设备运行至这些距离，并与使用量块和塞尺组合测量的实际距离进行比较。所选距离代表了细胞实验中常用的 1% - 10% 应变率。距离测试的结果显示 &lt; 输入值偏差为4%。
为测试执行器速度，选择了跨越执行器能力范围的若干随机任意速度。速度值范围为 1 - 28,000 µm/s （0.00004 - 1.1 英寸/秒）。随后通过设定距离并记录执行器运动时间，将该速度与设备计算速度进行比较。在速度测试中，执行器完成一次完整的伸展和收缩循环。根据该测试，执行器速度与输入值的偏差在10%以内。所有测试结果均具有 r2 值 &gt; 0.999。为验证执行器未过...

本文介绍了一种纯单轴加载装置的构建方案。通过采用关键的设计要素，确保获得准确且可重复的测试结果。

在精确的力学测试方面，测试设备种类繁多。尽管商用平台具有出色的准确性，但它们可能……

本视频中的信息旨在解释开发机械加载平台过程中一些更为重要的方面。这些信息面向可能希望自行开发平台但对其中某些基本原理尚不熟悉的科研人员。本视频旨在展示构建可靠测试平台所涉及的两个关键特征：可重复的组装与拆卸，以及精确的对准。演示该平台组装过程的是Robby Thoerner先生。Robby Thoerner最近毕业于阿克伦大学，获得生物医学工程系生物力学方向的本科学位。目标是完成测试装置的组装。这是一个已组装设备的示例，该设备包含两个执行器、两个载荷传感器以及用于支撑它们的框架。收集用于构建该设备的零部件。使用两个可编程执行器，每个执行器的行程为30毫米，协同工作时行程为60毫米。将执行器串联连接，以同步它们的伸展和回缩。接下来，准备两个适用于狭小空间的负荷传感器。为支撑执行器，为每个执行器准备一个滑座以及一根导轨。使用铝材坯料制作底座。切割一块合适尺寸的铝材，并使用铣床按照规格要求加工成平板。根据规格加工两个侧板。两者应相互对称，且每个侧板都应设有凹槽和钻孔，以安装导轨。对侧板的底面进行钻孔和攻丝。将侧板安装在底座的轨道上。确保导轨的安装点彼此靠近。从底板下方将侧板固定到底板上。接着，使用导轨上的通孔以及每块侧板上的钻孔，将导轨固定到轨道上。完成后，导轨将连接两个侧板，滑块可沿导轨滑动。接下来进行驱动器安装座的加工。使用L形材料加工后部安装座的连接件，并使用一根杆状部件连接到安装座底部。这将在轨道上创建一个用于对齐的基准点。将杆拧入安装座的底部。此时，取用实验所选的执行器。使用执行器上的孔位图案将后部安装座固定到执行器本体上。侧板上的一系列孔允许调节安装座的位置。将安装座的底部插入框架中，以安装后部执行器。使用两个螺钉将其固定。重复上述步骤，在每块侧板上安装一个执行器。准备用于支撑执行器前端的零件。其中一部分为L形部件，带有一个用于锥形接头的孔。其侧面设有导轨，用于安装一块板。该导轨所用的板上也带有导轨，可用于安装固定装置并确保对齐。加工一个铝制圆柱形部件，用于连接力传感器和执行器。加工一个铝制锥形圆柱部件，用于将力传感器连接至夹具和滑车。将圆柱部件插入前部执行器安装孔中，并使用紧定螺钉固定圆柱端部。现在，开始安装前部支架的固定装置。进行垂直方向调整时，需在固定装置支架上加工一个中央垂直槽。将执行器前部支架安装到矩形侧板上，使其中心的垂直对齐孔与之对应。这是其中一侧前部安装的完整组装示例。请重复上述步骤，安装设备左侧和右侧的驱动装置。以下为对打结的25.4毫米2-0缝合线进行负载测试直至断裂所获得的代表性数据集。灰色虚线表示使用本实验方案所述装置、以0.61毫米/秒的加载速率获得的结果。黑色实线表示使用固定端装置、以双倍加载速率（即1.22毫米/秒）获得的结果。在所有测试中，断裂均发生在结节处，测量结果显示两种装置之间无统计学差异。在设计加载装置时，始终需

application-of-design-aspects-in-uniaxial-loading-machine-development

Research

科研

JoVE Journal

Engineering

工程

设计方面在单轴加载机开发中的应用

我们设计了一种新型机械负荷生物反应器，可在将软骨生物复合材料移植到关节软骨缺损部位之前，对其施加单轴或双轴机械应变。...

用于组织工程的双轴机械加载生物反应器设计

本方案提出了一种新型双轴测试系统，该系统应用于电阻加热单轴拉伸试验机，用于测定板材金属在热冲压条件下的成形极限图（FLD）。...

一种用于确定热冲压条件下成形极限的新型双向拉伸试验装置

本方案包括对房室瓣叶进行力控制、位移控制和应力松弛双向力学测试的表征。通过本方案获得的结果可用于构建本构模型，以在有限元模拟框架下仿真功能性瓣膜的力学行为。...

房室心瓣的双轴力学表征

开发了一种专门用于电控变量泵（EVDP）初步设计的仿真模型，并通过实验对其进行了部分验证。该模型可用于评估控制性能、寿命、可靠性等，涵盖了EVDP初步设计任务中的主要性能要求。...

一种用于电控变量泵初步设计的建模与仿真方法

本方案中介绍了两种使小鼠腰椎单轴压缩测试更易实现的方法。首先，描述了将三点弯曲试验机改装为压缩试验机的方法。其次，采用了一种使用骨水泥制备加载面的包埋方法，并将其适用于小鼠腰椎。...

小鼠腰椎椎体加载面嵌入式单轴压缩测试

本视频介绍了数字条纹投影技术的基本原理，该技术可对动态变化的表面进行密集的三维测量。 同时演示了基于这些技术的高速二值散焦系统的设计与操作。...

基于数字条纹投影技术的高分辨率、高速、三维视频成像

水平和垂直的电动力学液桥是研究高强度电场与极性介电液体相互作用的简单而强大的工具。本文介绍了三种液体（例如，水、DMSO...

极性电介质液体电液动力桥的制备

本文介绍了用于测量农业喷嘴在航空和地面施用农药过程中产生的喷雾液滴尺寸的实验方案。这些方法旨在使用激光衍射系统时，无论在实验室内部还是不同实验室之间，均能获得一致且可重复的液滴尺寸数据。...

使用激光衍射法测量农用喷嘴的喷雾液滴尺寸

本文介绍了一种在空气中捕获并稳定囚禁选定介电微粒的实验方案。...

空气中介电微粒的光镊捕获装载

本方案描述了水桥的设计与制备，以及将其激活为水纤维的过程。该实验表明，水纤维的毛细共振可调制其光学透射特性。...

设计与制备由水构成的光纤

学习单轴加载机的组装与校准方法，了解可重复性设计在生物力学测试中的关键作用。本视频演示如何构建可靠的机械加载平台，帮助研究人员掌握核心设计原则。

单轴加载机器开发中的设计要素应用

探索更多视频