Realización de pruebas de corte en forma de Y montadas en microscopio

Resumen

El corte en forma de Y mide escalas de longitud y energías relevantes para la fractura en materiales blandos. Los aparatos anteriores fueron diseñados para mediciones de sobremesa. Este protocolo describe la fabricación y el uso de un aparato que orienta la configuración horizontalmente y proporciona las capacidades de posicionamiento fino necesarias para la visualización in situ , además de la cuantificación de fallas, a través de un microscopio óptico.

Resumen

El corte en forma de Y ha demostrado recientemente ser un método prometedor para comprender la escala de longitud umbral y la energía de falla de un material, así como su respuesta a la falla en presencia de exceso de energía de deformación. El aparato experimental utilizado en estos estudios estaba orientado verticalmente y requería pasos engorrosos para ajustar el ángulo entre las patas en forma de Y. La orientación vertical prohíbe la visualización en microscopios ópticos estándar. Este protocolo presenta un aparato de corte en forma de Y que se monta horizontalmente sobre una etapa de microscopio invertido existente, se puede ajustar en tres dimensiones (X-Y-Z) para caer dentro del campo de visión del objetivo y permite una fácil modificación del ángulo entre las piernas. Las dos últimas características son nuevas para esta técnica experimental. El aparato presentado mide la fuerza de corte con una precisión de 1 mN. Al probar el polidimetilsiloxano (PDMS), el material de referencia para esta técnica, se midió una energía de corte de 132.96 J / m 2 (ángulo de pierna de 32 °, precarga de 75 g) y se encontró que caía dentro del error de mediciones anteriores tomadas con una configuración vertical (132.9 J / m 2 ± 3.4 J / m²). El enfoque se aplica a materiales sintéticos blandos, tejidos o biomembranas y puede proporcionar nuevos conocimientos sobre su comportamiento durante la falla. La lista de piezas, archivos CAD e instrucciones detalladas en este trabajo proporcionan una hoja de ruta para la fácil implementación de esta poderosa técnica.

Introducción

La mecánica continua no lineal ha proporcionado una lente crítica a través de la cual comprender la concentración de energía que conduce a la falla en sólidos blandos¹. Sin embargo, la predicción precisa de esta falla también requiere descripciones de las características microestructurales que contribuyen a la creación de nuevas superficies en la punta de grieta ^2,3. Un método para abordar tales descripciones es a través de la visualización in situ de la punta de la grieta durante la falla ^4,5. Sin embargo, el embotamie....

Protocolo

1. Ajuste y fabricación de piezas modificables y consumibles

1. Utilice un cortador láser o una impresora 3D para fabricar pestañas desechables de ABS o acrílico que se ajusten al ancho de las patas de la muestra, B1 y B2 (7,5 mm x 7,5 mm para una muestra de 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) (Figura 1B y Figura 2D). Se necesitan dos pestañas para cada prueba, una para cada pierna.
2. Clip de hoja de afeitar
   NOTA: Las dimensiones exactas del clip de hoja de afeitar requerido dependen de la profundidad de la hoja de afeitar utilizada.
   1. Modifique el diseño CAD (consulte Tabla ....

Resultados

Los parámetros utilizados durante los pasos 4 y 6 y los datos recopilados durante los pasos 6 y 9 se combinan para producir la energía de corte de la muestra. Según la Ec. 1, la determinación de la energía de corte requiere los siguientes parámetros: espesor de la muestra, t, fuerza de precarga, f_pre, y el ángulo entre las patas y el eje de corte, θ. También se requieren los siguientes datos: la fuerza de corte, f _corte y la tensión media de la pierna,

Discusión

El aparato de corte horizontal en forma de Y que se informa aquí permite capacidades de imágenes in situ junto con una mayor facilidad de uso para esta técnica de falla. El aparato incluye un diseño modular/portátil para un montaje / desmontaje rápido desde un microscopio y un ajuste continuo y prealineado del ángulo de la pierna. Todos los archivos CAD, materiales requeridos y procedimientos se han incluido para facilitar la implementación de este método. En muchos casos (soportes de cuchillas, portamuestras, m.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Comprar Piezas
1" OD Polea	McMaster Carr	3434T75	Polea para Cable de Acero (Más Grande)
100 g Micro Load Cell	RobotShop	RB-Phi-203
1K Resistencia	Digi-Key	CMF1.00KFGCT-ND	1 kOhms ± 1% 1 W Resistencia de orificio pasante Recubrimiento axial ignífugo, resistente a la humedad, seguridad Película metálica
1M Resistencia	Digi-Key	RNF14FAD1M00	1 MOhms ± 1% 0.25 W, 1/4 W Resistencia de orificio pasante Recubrimiento axial ignífugo, película metálica de seguridad
Polea de 3/8" de diámetro exterior	Polea McMaster Carr	3434T31	para cable de acero
" Transportador transparente con marcas de fácil lectura	S& S Worldwide	LR3023
Placa de pruebas	ECEB	N/A
IC OPAMP ZERO-DRIFT 2 CIRC 8DIP	Digi-Key	LTC1051CN8#PBF-ND
Tuerca M2 x 0,4 mm	McMaster Carr	90592A075	Tuerca hexagonal de acero
M2 x 0,4 mm x 25 mm	McMaster Carr	91292A032	18-8 Tornillo de cabeza hueca de acero inoxidable
M2 x 0,4 mm x 8 mm	McMaster Carr	91292A832	18-8 Tornillo de cabeza hueca de acero inoxidable
M3 x 0,5 mm x 15 mm	McMaster Carr	91290A572	Tornillo de cabeza hueca de acero aleado de óxido
M3 x 0,5 mm x 16 mm	McMaster Carr	91294A134	Tornillo de cabeza plana de accionamiento hexagonal de acero aleado de óxido negro
M3 x 0,5 mm, 4 mm de altura	McMaster Carr	90576A102	Tuerca de seguridad de inserto de nailon de acero de resistencia media
M4 x 0,7 mm	McMaster Carr	90592A090	Tuerca hexagonal de acero
M4 x 0,7 mm x 15 mm	McMaster Carr	91290A306	Tornillo de cabeza hueca de acero aleado de óxido negro
M4 x 0,7 mm x 16 mm	McMaster Carr	91294A194	Tornillo de cabeza plana de cabeza plana de acero con aleación de óxido
M4 x 0,7 mm x 18 mm	McMaster Carr	91290A164	Tornillo de cabeza hueca de acero aleado de óxido negro
M4 x 0,7 mm x 20 mm	McMaster Carr	91290A168	Tornillo de cabeza hueca de aleación de acero
M4 x 0,7 mm x 20 mm	McMaster Carr	92581A270	Tornillo de mariposa moleteado elevado
M4 x 0,7 mm x 30 mm	McMaster Carr	91290A172	Tornillo de cabeza hueca de acero aleado de óxido
M4 x 0,7 mm x 50 mm	McMaster Carr	91290A193	Tornillo de cabeza hueca de aleación de acero
M4 x 0,7 mm, 5 mm de alto	McMaster Carr	94645A101	Contratuerca de acero de alta resistencia con inserto de nailon
M5 x 0,8 mm Tuerca	McMaster Carr	90592A095	Tuerca hexagonal de acero
M5 x 0,8 mm x 16 mm	McMaster Carr	91310A123	Tornillo de cabeza hexagonal de acero de clase 10.9 de alta resistencia
M5 x 0,8 mm x 35 mm	McMaster Carr	91290A195	Tornillo
de cabeza hueca de acero aleado de óxido negroM5 x 0,8 mm, 13 mm Diámetro de la cabeza	McMaster Carr	96445A360	Tuerca de mariposa de cabeza moleteada con brida
M5 x 0,8 mm, 5 mm de alto	McMaster Carr	90576A104	Tuerca de seguridad de inserción de nailon de acero de resistencia media
Solidworks	Software CAD	Dassault Systèmes
Kit de cableado	ECEB	N/A
Eje XYZ Etapa lineal de precisión manual 60 mm x 60 mm Recorte Rodamiento Plataforma de ajuste Mesa deslizante	OpticsFocus	N/A
Make Parts
Angle system- brazo	Impresión 3D solidworks		: arms_arm_single. SLDPRT CANTIDAD: 2 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Sistema de ajuste de ángulo- brazos estacionarios	Impresión 3D Solidworks		: arms_stationary. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Sistema de ajuste de ángulo- enlace	Impresión 3D solidworks		: arms_arm_link. SLDPRT CANTIDAD: 2 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Sistema de ajuste de ángulo- deslizador	Impresión 3D Solidworks		: arms_slider. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Sistema de ajuste de ángulo- espaciador	Impresión 3D Solidworks		: arms_front_spacer. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura de capa
Clip- Clip de cuchilla	Impresión		Solidworks: Clip de cuchilla. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Altura de capa fina/0,1 mm
Clip- Montaje de clip de cuchilla	Impresión 3D Solidworks		: Montaje de clip de cuchilla. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Fino/0,1 mm de altura
de capa Brazo del marco	Impresión 3D Solidworks		: brazo del marco. SLDPRT CANTIDAD: 2 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Plataforma de montaje	Solid Works acrílico		: plataforma de montaje. SLDPRT CANTIDAD: 1
Brazo de polea (izquierda)	Impresión		solidworks: polea arm_Mirror.SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Brazo de polea (derecha)	Impresión 3D solidworks		: brazo de polea. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm
de altura de capa Portamuestras y pestaña- Abrazadera	Impresión		Solidworks: Clamp.SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Portamuestras y pestaña- Portamuestras	Impresión 3D Solidworks		: Portamuestras. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Portamuestras y pestaña- Pestaña	Impresión		Solidworks: Tab.SLDPRT CANTIDAD: 2 por test Configuración: Altura de capa fina/0,1 mm, sin borde
Sistema de ajuste vertical- Corredera interior	Impresión 3D Solidworks		: Corredera interior. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura
de capa Sistema de ajuste vertical- Corredera exterior	Impresión 3D Solidworks		: Corredera exterior. SLDPRT CANTIDAD: 1 Ajuste: Rápido/0,2 mm de altura de capa

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