Ein Millimeter Skala Biege-Prüfsystem zur Messung der mechanischen Eigenschaften von marinen Schwamm Knochensplitter

Michael A. Monn; Jarod Ferreira; Jianzhe Yang; Haneesh Kesari

doi:10.3791/56571

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Methodenartikel

Ein Millimeter Skala Biege-Prüfsystem zur Messung der mechanischen Eigenschaften von marinen Schwamm Knochensplitter

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DOI:

10.3791/56571

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11. Oktober 2017

Michael A. Monn¹ , Jarod Ferreira¹ , Jianzhe Yang¹ , Haneesh Kesari¹

¹School of Engineering, Brown University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll für die Durchführung von drei-Punkt-Biegeversuche auf Sub-Millimeter Skala Fasern mit einer speziell angefertigten mechanische Prüfeinrichtung. Das Gerät kann Kräfte von 20 µN bis zu 10 N bis hin zu messen und kann daher eine Vielzahl von Faser Größen unterbringen.

Zusammenfassung

Viele Laden mit biologischen Strukturen (LBBSs) — wie Feder Rachises und Knochensplitter — sind klein (< 1 mm) aber nicht mikroskopisch. Messung der Biegefestigkeit Verhaltens dieser LBBSs ist wichtig für das Verständnis der Ursprünge ihrer bemerkenswerten mechanischen Funktionen.

Wir beschreiben ein Protokoll für die Durchführung von drei-Punkt-Biegeversuche mit einer Custom-Built mechanische Prüfeinrichtung, die messen können Kräfte von 10^-5 bis 10¹ N und Verschiebungen von 10^-7 bis 10^-2 m. Der Hauptvorteil dieser mechanischen Prüfgerät ist, dass die Gewalt und Vertreibung Kapazitäten für unterschiedliche LBBSs leicht angepasst werden können. Das Gerät Funktionsprinzip ist ähnlich wie ein Rasterkraftmikroskop. Kraft ist nämlich auf die LBBS durch einen Lastpunkt angewendet, bis zum Ende des Freischwinger angefügt ist. Die Last Punkt Vertreibung ist ein Faser-optischen Wegsensor gemessen und umgewandelt in eine Kraft mit der gemessenen Cantilever-Steifigkeit. Das Gerät Kraftbereich einstellbar mit Kragarmen der verschiedenen Steifigkeiten.

Die Gerätefunktionen werden demonstriert, indem die drei-Punkt-Biegeversuche auf das Skelett Elemente des marinen Schwammes Euplectella Aspergillus. Die skelettartigen Elementen – bekannt als Knochensplitter — sind Kieselsäure-Fasern, die ca. 50 µm im Durchmesser sind. Wir beschreiben die Verfahren für die Kalibrierung der mechanischen Messgerät, Montage der Knochensplitter auf eine Dreipunkt-Biege Vorrichtung mit einer ≈1.3 mm Spannweite, und testen Sie ausführen, eine Biegung. Die Krafteinwirkung auf das Spicule und die Durchbiegung am Standort der angewandten Kraft gemessen werden.

Einleitung

Durch das Studium der Architekturen von Tragkonstruktionen biologische (LBBSs), wie Shell und Knochen, haben Ingenieure neue composite-Materialien entwickelt, die stark und zäh ¹sind. Es hat sich gezeigt, dass die bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften von LBBSs und ihre Kollegen bioinspirierte mit ihrer komplizierten internen Architekturen ²zusammenhängen. Die Beziehungen zwischen LBBS Architekturen und mechanischen Eigenschaften sind jedoch nicht vollständig geklärt. Ein LBBS mechanische Reaktion gemessen, ist der erste Schritt zum Verständnis, wie die Architektur seiner mechanischen Eigenschaften verbessert.

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