Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

System do badania zginania w skali milimetrowej do pomiaru właściwości mechanicznych iglic z gąbek morskich

9.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/56571

⸱

11 października 2017

 ,  ,  , 
1School of Engineering, Brown University

W tym artykule

Podsumowanie

Przedstawiamy protokół do przeprowadzania trzypunktowych testów zginania na włóknach w skali submilimetrowej za pomocą specjalnie skonstruowanego urządzenia do testowania mechanicznego. Urządzenie może mierzyć siły w zakresie od 20 μN do 10 N, dzięki czemu może dostosować się do różnych rozmiarów włókien.

Streszczenie

Wiele nośnych struktur biologicznych (LBBS) - takich jak pióra, rycze i kolce - są małe (<1 mm), ale nie mikroskopijne. Pomiar zachowania tych LBBS przy zginaniu jest ważny dla zrozumienia pochodzenia ich niezwykłych funkcji mechanicznych.

Opisujemy protokół przeprowadzania trzypunktowych testów zginania za pomocą specjalnie skonstruowanego mechanicznego urządzenia testującego, które może mierzyć siły w zakresie od 10-5 do 101 N i przemieszczenia w zakresie od 10-7 do 10-2 m. Główną zaletą tego mechanicznego urządzenia testującego jest to, że siłę i przemieszczenie można łatwo dostosować do różnych LBBS. Zasada działania urządzenia jest podobna do działania mikroskopu sił atomowych. Mianowicie, siła jest przykładana do LBBS przez punkt obciążenia, który jest przymocowany do końca wspornika. Przemieszczenie w punkcie obciążenia jest mierzone przez światłowodowy czujnik przemieszczenia i przekształcane w siłę za pomocą zmierzonej sztywności wspornika. Zakres siły urządzenia można regulować za pomocą wsporników o różnych sztywnościach.

Możliwości urządzenia są demonstrowane poprzez przeprowadzanie trzypunktowych testów zginania na elementach szkieletu gąbki morskiej Euplectella aspergillum. Elementy szkieletowe - znane jako kolce - to włókna krzemionkowe o średnicy około 50 μm. Opisujemy procedury kalibracji mechanicznego urządzenia wytrzymałościowego, montażu iglic na trzypunktowym uchwycie do gięcia o rozpiętości ≈1,3 mm oraz wykonania próby zginania. Mierzona jest siła przyłożona do iglicy i jej ugięcie w miejscu przyłożonej siły.

Wprowadzenie

Poprzez badanie architektury biologicznych struktur nośnych (LBBS), takich jak muszle i kości, inżynierowie opracowali nowe materiały kompozytowe, które charakteryzują się jednocześnie wysoką wytrzymałością i odpornością na pękanie 1. Wykazano, że niezwykłe właściwości mechaniczne struktur LBBS oraz ich bioinspirowanych odpowiedników są związane z ich złożoną wewnętrzną architekturą 2. Jednakże zależności między architekturą LBBS a właściwościami mechanicznymi nie są w pełni zrozumiałe. Pomiar odpowiedzi mechanicznej struktury LBBS jest pierwszym krokiem do zrozumienia, w jaki sposób jej architektura poprawia właściwości mechaniczne.

Ważne jest jednak, aby rodzaj testu wykorzystywanego do pomiaru odpowiedzi mechanicznej LBBS była zgodna z jego funkcją mechaniczną. Na przykład, ponieważ pióra muszą znosić obciążenia aerodynamiczne, główną funkcją rachis pióra jest zapewnienie sztywności zginania 3. Dlatego do pomiaru jego odpowiedzi mechanicznej preferowany jest test zginania zamiast jednowymiarowej próby rozciągania. W rzeczywistości wiele LBBS-ów — takich jak rachis piór 3, łodygi traw 4 oraz spikule 5,6,7,8 — ulega przede wszystkim odkształceniom poprzez zginanie. Wynika to z faktu, że struktury te są smukłe — tzn. ich długość jest znacznie większa niż szerokość lub głębokość. Przeprowadzenie testów zginania na tych LBBS-ach jest jednak trudne, ponieważ siły i przemieszczenia, które są one w stanie wytrzymać przed zniszczeniem, mieszczą się odpowiednio w zakresie od 10-2 do 102 N oraz od 10-4 do 10-3 m 3,4,5,7,8. W konsekwencji urządzenie używane do przeprowadzania tych testów mechanicznych powinno posiadać rozdzielczość siły i przemieszczenia wynoszącą odpowiednio ≈10-5 N i ≈10-7 m (tzn. 0,1% maksymalnej mierzalnej siły i przemieszczenia czujnika).

Dostępne komercyjnie, wielkoskalowe systemy badań mechanicznych zazwyczaj nie pozwalają na pomiar sił i przemieszczeń z taką rozdzielczością. Choć urządzenia testowe oparte na mikroskopii sił atomowych 9,10 lub systemach mikroelektromechanicznych 11 posiadają odpowiednią rozdzielczość, maksymalna siła (odpowiednio przemieszczenie), jaką mogą zmierzyć, jest mniejsza niż maksymalna siła (odpowiednio przemieszczenie), jaką może wytrzymać LBBS. W związku z tym, aby przeprowadzić testy zginania tych LBBS, inżynierowie i naukowcy muszą polegać na specjalistycznych, budowanych na zamówienie urządzeniach do badań mechanicznych 5,7,12,13. Główną zaletą tych dedykowanych urządzeń jest możliwość obsługi szerokich zakresów sił i przemieszczeń. Jednakże konstrukcja i zasada działania tych urządzeń nie są dobrze udokumentowane w literaturze.

Opisano protokół przeprowadzania testów zginania trójpodporowego przy użyciu specjalnie skonstruowanego urządzenia do badań mechanicznych, które umożliwia pomiar sił w zakresie od 10-5 do 101 N oraz przemieszczeń w zakresie od 10-7 do 10-2 m. Rysunki techniczne komponentów urządzenia do badań mechanicznych, zawierające wszystkie wymiary, znajdują się w materiałach uzupełniających. Główną zaletą tego urządzenia jest możliwość łatwego dostosowania zakresów siły i przemieszczenia do różnych LBBSs. Zasada działania urządzenia jest podobna do zasady działania mikroskopu sił atomowych 9. W urządzeniu tym próbka jest umieszczana w poprzek szczeliny wyciętej w płycie ze stali nierdzewnej (patrz Rysunek 1A-C). Rozpiętość szczeliny, zmierzona na podstawie mikrografii optycznych, wynosi 1278 ± 3 µm (średnia ± odchylenie standardowe; n = 10). Krawędzie szczeliny podtrzymują próbkę podczas testu zginania (patrz Rysunek 1C oraz D). Stołik z próbką jest przymocowany do trójosiowego stołu translacyjnego i ustawiony pod aluminiowym klinem w taki sposób, aby klin znajdował się w połowie rozpiętości szczeliny (patrz Rysunek 1C). Poprzez przesuwanie stołu w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja wzoru matematycznego, koncepcja fizyczna. (patrz Rysunek 1A oraz C), próbka jest dociskana do klina, co powoduje jej zgięcie.

Klin określamy mianem grotu punktu obciążenia (LPT), a element urządzenia zawierający klin jako punkt obciążenia (LP). LP jest przymocowany do końca wspornika, którego przemieszczenie jest mierzone przez światłowodowy czujnik przemieszczeń (FODS). FODS emituje światło podczerwone, które odbija się od lustra znajdującego się na górnej powierzchni LP (patrz Rysunek 1B) i jest odbierane przez światłowód w FODS. Jako lustro LP wykorzystuje się polerowany fragment płytki krzemowej o boku ≈5 mm, który jest przytwierdzony do LP za pomocą żywicy epoksydowej. FODS mierzy przemieszczenia poprzez porównywanie intensywności światła emitowanego i odbitego. Sztywność i przemieszczenie wspornika służą do obliczenia siły, Schemat równowagi statycznej; równania ΣFx=0, ΣFy=0; analiza układu sił; bilans sił., działającej na klin w wyniku jego oddziaływania z próbką. Przemieszczenie wspornika jest również wykorzystywane do obliczenia przemieszczenia przekroju poprzecznego próbki pod klinem, Równania równowagi statycznej, ΣFx=0, przedstawione na schemacie z wektorami sił i momentami.. Czujniki siły oparte na wspornikach były stosowane w wielu badaniach mechanicznych w mikro- i makroskali 10,11,12,13,14. Przedstawiona tutaj konkretna konstrukcja została zaadaptowana z urządzenia do badań mechanicznych stosowanego w eksperymentach dotyczących kontaktu adhezyjnego 14. Podobna konstrukcja została wykorzystana również w dostępnym komercyjnie mikrotrybometrze 15,16.

Schemat układu mikroskopii sił atomowych przedstawiający wspornik, spikulę oraz stół do pomiaru siły.
Rysunek 1: Przegląd specjalnie skonstruowanego urządzenia do badań mechanicznych. (A) Rendering urządzenia wykonany w programie wspomaganego projektowania komputerowego. Elementy stołu są wyróżnione na zielono. Podzespół czujnika siły (wspornik, punkt obciążenia (LP)) jest wyróżniony na czerwono. (B) Powiększony widok (A). Lustro LP jest zaznaczone na niebiesko na górnej powierzchni LP pod FODS i jest opisane jako LPM. (C) Układ współrzędnych używany do opisu ruchu stołu translacyjnego. Poprzez wypoziomowanie stołu w kroku 1.9 protokołu, kierunek Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja formuły matematycznej, koncepcja fizyczna. zostaje dopasowany do wektora normalnego do powierzchni lustra LP. (D) Schemat konfiguracji zginania trójpunktowego pokazujący odkształcenie spikuli oraz zmierzone przemieszczenia Formuła równowagi statycznej, \( w^{st} \), symbol dla analizy układu ciężarów, równania fizyczne. oraz Formuła równowagi statycznej w^lt, wyświetlająca symbole w wykresie badania naukowego.. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Możliwości urządzenia zostały zademonstrowane poprzez przeprowadzenie testów zginania trójpodporowego na elementach szkieletowych gąbki morskiej Euplectella aspergillum6,7. Szkielet tej gąbki stanowi zespół włókien, zwanych spikulami (patrz Rysunek 2A). Spikule mają grubość ≈50 µm i składają się głównie z krzemionki 6. Spikule oparte na biosilice występują u gąbek należących do klas Demospongiae, Homoscleromorpha i Hexactinellida. Gąbki, takie jak E. aspergillum, które należą do klasy Hexactinellida, są znane również jako „gąbki szklane”. Chociaż spikule gąbek szklanych składają się głównie z krzemionki, wykazano, że krzemionka ta często zawiera macierz organiczną składającą się z kolagenu 17,18 lub chityny 19,20,21. Macierz organiczna ta odgrywa istotną rolę w biomineralizacji krzemionki 18,20. Ponadto w niektórych spikulach macierz organiczna służy również jako matryca dla biomineralizacji wapnia 22. Oprócz rozmieszczenia wewnątrz krzemionki, macierz organiczna może również tworzyć wyraźne warstwy, które dzielą krzemionkę spikuli na koncentryczne, cylindryczne lamelki 6,23. Wykazano, że ta koncentryczna, lamelarna architektura może wpływać na zachowanie spikul podczas deformacji 6,7,8,24,25,26. W konsekwencji właściwości mechaniczne spikul są determinowane przez kombinację ich składu chemicznego (t.j. struktury chemicznej kompozytu krzemionkowo-białkowego) oraz ich architektury 27. Zarówno struktura chemiczna, jak i architektura spikul gąbek szklanych są nadal przedmiotem badań 24,28,29.

Większość spikuli u E. aspergillum jest ze sobą scementowana, tworząc sztywną klatkę szkieletową. Jednak u podstawy szkieletu znajduje się pęczek bardzo długich (≈10 cm) spikuli, znanych jako spikule kotwiczące (patrz Rysunek 2A). Opisujemy protokół przeprowadzania testów zginania trójpunktowego na małych fragmentach spikul kotwiczących.

W kroku 1 protokołu opisano procedurę montażu i wyrównania komponentów niestandardowego urządzenia do badań mechanicznych. Kroki 2 i 4 protokołu zawierają instrukcje dotyczące generowania danych kalibracyjnych wykorzystywanych do obliczania sił i przemieszczeń w teście zginania. Kroki podjęte w celu przygotowania fragmentu spikuli i jego zamocowania w uchwycie testowym opisano w kroku 3. Procedura przeprowadzania testu zginania fragmentu spikuli opisana jest w kroku 5. Na koniec, w sekcji Reprezentatywne wyniki, dane kalibracyjne uzyskane w krokach 2 i 4 są wykorzystywane wraz z danymi z testu zginania uzyskanymi w kroku 5 do obliczenia Schemat równowagi statycznej; równania ΣFx=0, ΣFy=0; analiza ciała swobodnego; bilans sił. oraz Równania równowagi statycznej, ΣFx=0, przedstawione na schemacie z wektorami sił i momentami..

Przygotowanie spikul gąbki morskiej; konfiguracja mikroskopowa; rozmieszczenie preparatu na szkiełku; analiza strukturalna.
Rysunek 2: Procedura sekcjonowania i inspekcji spikul E. aspergillum. (A) Szkielet E. aspergillum. U podstawy szkieletu widoczny jest pęczek wolnostojących spikul kotwicowatych. Pasek skali wynosi ~25 mm. (B) Pojedyncza spikula kotwicowata unieruchomiona na szkiełku mikroskopowym za pomocą pędzla z czerwonego kuna nr #00000 i sekcjonowana za pomocą żyletki. Pasek skali wynosi ~12 mm. (C) Przekrój spikuli E. aspergillum umieszczony w poprzek rowka na stole preparatowym. Krawędzie rowka i krawędź grzbietu rowka są wyróżnione odpowiednio kolorem turkusowym i pomarańczowym. Spikulę dociska się do grzbietu rowka, aby zapewnić, że jej oś jest prostopadła do krawędzi rowka. (D) Mikrografia spikuli, która przeszła procedurę inspekcji opisaną w kroku 3.4 protokołu, w którym wyjaśniono, jak określić, czy przekrój spikuli jest uszkodzony i powinien zostać odrzucony. (E) Mikrografia spikuli zawierającej wiele pęknięć i brakujące duże fragmenty warstw krzemionki, która nie przeszłaby procedury inspekcji opisanej w kroku 3.4 protokołu. Paski skali = 250 µm (C), 100 µm (D) oraz 100 µm (E). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Montaż i wyrównanie

  1. Wybierz belkę wspornikową o sztywności odpowiedniej dla planowanego eksperymentu. Przymocuj LP do belki wspornikowej za pomocą śrub z łbem cylindrycznym z gniazdem imbusowym #4-40 (SHCS) (patrz Rysunek 3A). Należy uważać, aby nie odkształcić plastycznie ramion belki wspornikowej podczas mocowania LP.

Układ równowagi statycznej; system belek, schematy oznaczone A-D; testy rozkładu obciążenia i naprężenia.
Rysunek 3: Procedura montażu wspornikowego czujnika siły i pomiaru jego sztywności. (A) Punkt obciążenia (LP) jest przymocowany do wspornika (C), z końcówką punktu obciążenia (LPT) skierowaną do góry. (B) Podzespół wspornika i LP jest przymocowany do płyty wspornikowej, oznaczonej jako CP. Zagłębienie płyty wspornikowej jest widoczne pod ramionami wspornika. (C) Płyta wspornikowa jest przymocowana do dolnej części ramy w taki sposób, aby strona płyty pokazana na (B) była skierowana w stronę Równowaga statyczna, wektor siły w kierunku -Z, schemat fizyczny, mechanika wektorowa, analiza równowagi. Mikrometr FODS jest oznaczony jako FM. (D) Hak drutowy i odważniki kalibracyjne użyte w kroku 2 protokołu są pokazane w formie zawieszonej w otworze LPT. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

  1. Nanieś kilka kropli 2-propanolu na beztkankową bawełnianą patyczek i przetrzyj powierzchnię lustra LP. Sprawdź, czy lustro nie jest porysowane; w przypadku uszkodzenia należy je wymienić.
  2. Luźno przymocuj wspornik do płyty wspornika za pomocą śrub #6-32 SHCS po stronie płyty zawierającej wgłębienie, tak aby LPT był skierowany z dala od płyty (patrz Rysunek 3B). Wsuń 1/8" piny centrujące przez wspornik i płytę, dokręć śruby, a następnie wyjmij piny centrujące.
  3. Cofnij FODS tak daleko, jak to możliwe, obracając mikrometrem FODS przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (patrz Rysunek 3C). Luźno przymocuj płytę wspornika do ramy za pomocą śrub #6-32 SHCS, tak aby LPT był skierowany w kierunku Równania równowagi statycznej, ΣF=0, diagram wektorowy. (patrz Rysunek 1A). Wsuń 1/8" piny centrujące przez ramę i płytę wspornika, dokręć śruby, a następnie wyjmij piny centrujące (patrz Rysunek 3C).
  4. Włącz zasilacz i za pomocą pokrętła regulacyjnego ustaw napięcie na 12,00 V w trybie stałego napięcia. Następnie włącz wyjście napięcia i potwierdź, że pobór prądu wyświetlany na ekranie LCD zasilacza wynosi około 60-70 mA. Odczekaj co najmniej jedną godzinę, aż pobór prądu osiągnie stan ustalony, aby zmniejszyć niepewność pomiaru napięcia.
  5. Otwórz i uruchom program Basic_Data (patrz pliki Supplementary Code). Obracaj mikrometrem FODS (patrz Rysunek 3C i Rysunek 4A) zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aby przesunąć FODS w stronę lustra LP, aż napięcie wyjściowe wyświetlane na wykresie interfejsu użytkownika osiągnie wartość maksymalną.
    1. Wyreguluj wzmocnienie FODS, obracając śruby regulacyjne z boku obudowy FODS, tak aby napięcie wyjściowe wynosiło 5,0 V. Obróć mikrometr FODS przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, aby cofnąć FODS.
  6. Włącz oświetlacz mikroskopu i za pomocą dwóch manualnych stołów translacyjnych ustaw pozycję oraz ostrość mikroskopu tak, aby LPT znajdował się w centrum pola widzenia. Zatrzymaj program Basic_Data, klikając przycisk „Stop”.
  7. Otwórz oprogramowanie interfejsu użytkownika sterownika silnika. Użyj suwaka potencjometru w sterowniku silnika osi Wzór równowagi statycznej ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na diagramie równań fizycznych., aby przesunąć stół do maksymalnego dopuszczalnego zakresu ruchu w kierunku Równowaga statyczna, wektor siły w kierunku -Z, diagram fizyczny, mechanika wektorowa, analiza równowagi i ustaw pozycję domyślną, klikając przycisk „Home” w interfejsie użytkownika.
    1. Użyj suwaka potencjometru w sterowniku silnika osi Wzór równowagi statycznej ΣFx=0 diagram; wektory sił ciała swobodnego; edukacyjny koncept fizyczny., aby przesunąć stół do maksymalnego dopuszczalnego zakresu ruchu w kierunku Koncepcja równowagi statycznej, równanie ΣFx=0, ilustrujące równowagę na diagramie mechanicznym. i ustaw pozycję domyślną. Zamknij oprogramowanie interfejsu użytkownika.
  8. Osadź stół na podstawie stołu (patrz Rysunek 4A) tak, aby końcówki głowic mikrometrycznych na płycie poziomującej opierały się w wgłębieniach podstawy stołu. Umieść poziomicę na stole izolacyjnym i wyreguluj ciśnienie w każdej z nóg stołu, obracając pokrętła ramion zaworów, aż powierzchnia będzie pozioma.
    1. Przenieś poziomicę na górę płyty poziomującej stołu i wyreguluj mikrometry tak, aby ona również była pozioma. Zanotuj pozycje mikrometrów i zdejmij stół z podstawy. Uwaga: w tym miejscu można przerwać protokół.

Układ eksperymentalny ilustrujący detekcję światłowodową i profilowanie rowka; komponenty opisane dla przejrzystości.
Rysunek 4: Urządzenie do testów mechanicznych zmontowane zgodnie z krokami 1.9 i 3.7 protokołu. (A) Stolik z próbką (SS) jest przymocowany do stolika translacyjnego (TS) i poziomowany za pomocą mikrometrów na płytce poziomującej stolika (SLP), która spoczywa na płycie podstawowej stolika (SBP). Płyta podstawowa stolika jest przymocowana do płyty optycznej stołu izolacyjnego. Belka wspornikowa (C), płyta wspornikowa (CP) oraz światłowodowy czujnik przemieszczeń (FODS) tworzą system pomiaru siły. (B) Punkt przyłożenia obciążenia (LP) jest przymocowany do belki wspornikowej, a grot punktu obciążenia (LPT) jest ustawiony nad spikulą na stoliku z próbką. Podczas testu zginania przemieszczenie LP jest mierzone za pomocą FODS. Początkowa odległość między FODS a lustrem LP jest regulowana za pomocą mikrometru FODS (FM) pokazanego na (A). (C) Mikrografia spikuli leżącej w poprzek rowka w stoliku z próbką, umieszczonej pod LPT. Pasek skali = 250 µm (C). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

2. Pomiar sztywności wspornika

  1. Uruchom program Basic_Data i obracaj mikrometrem FODS zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż napięcie wyjściowe wyniesie około 4 V. Zatrzymaj program, klikając przycisk „Stop”.
  2. Zważ haczyk z drutu oraz ciężarki kalibracyjne za pomocą wagi analitycznej.
  3. Otwórz program Cantilever_Calibration (patrz Supplementary Code files) i w polu tekstowym interfejsu użytkownika wprowadź żądaną nazwę pliku wyjściowego dla kalibracji siły.
  4. Uruchom program Cantilever_Calibration i kliknij „OK”, gdy pojawi się prośba o wprowadzenie masy pierwszego ciężarka kalibracyjnego. Poczekaj, aż napięcie wyjściowe wyświetlane na wykresie w interfejsie użytkownika przestanie oscylować, a następnie kliknij zielony przycisk „Voltage Stabilized”, aby dokonać pomiaru napięcia.
  5. Za pomocą pęsety zawieś haczyk z drutu na otworze w LPT w taki sposób, aby haczyk był skierowany w stronę przeciwną do obiektywu mikroskopu (patrz Figure 3D). Użyj pęsety, aby wytłumić drgania wspornika spowodowane dodaniem haczyka.
    1. Wprowadź masę haczyka w gramach w oknie dialogowym i kliknij „OK”. Podobnie jak w poprzednim kroku, poczekaj, aż napięcie wyjściowe przestanie oscylować, zanim klikniesz przycisk „Voltage Stabilized”.
  6. Za pomocą pęsety zawieś pierwszy ciężarek na haczyku z drutu i powtórz proces pomiaru napięcia opisany w poprzednim kroku. Powtarzaj ten krok, aż zostaną zawieszone wszystkie ciężarki kalibracyjne lub napięcie wyjściowe spadnie poniżej 1,8 V. W tym momencie kliknij „Cancel” w oknie dialogowym, aby wyjść z programu Cantilever_Calibration.
  7. Obróć mikrometr FODS przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, aby wycofać FODS. Ostrożnie zdejmij haczyk i ciężarki z LPT.
    UWAGA: Plik wyjściowy kalibracji siły jest listą rozdzieloną tabulatorami, zawierającą siłę przyłożoną przez masy kalibracyjne, średnią ze 100 odczytów napięcia wyjściowego FODS oraz odchylenie standardowe tych odczytów. Sekcja Representative Results opisuje sposób przetwarzania tego pliku danych w celu pomiaru sztywności wspornika.

3. Przygotowanie preparatu

  1. Podczas pracy ze szkieletami gąbek E. aspergillum należy używać rękawiczek nitrylowych, a szkielety przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach, gdy nie są używane.
    OSTREŻENIE: Ponieważ spikule składają się głównie z krzemionki, odłamki pękniętych spikul są ostre i mogą wbić się w skórę, powodując podrażnienie.
  2. Za pomocą pęsety chwyć jedną spikulę kotwiczącą za jej koniec dystalny i pociągnij, aby usunąć ją ze szkieletu (patrz Rysunek 2A). Umieść spikulę na czystym szkiełku mikroskopowym.
  3. Przytrzymaj spikulę przyciśniętą do szkiełka w pobliżu środka jej długości za pomocą pędzla z czerwonego sobola nr 00000. Odetnij odcinek spikuli o długości ≈4 mm, dociskając ostrze żyletki do spikuli po obu stronach pędzla, prostopadle do powierzchni szkiełka (patrz Rysunek 2B). Usuń duże dystalne i proksymalne fragmenty spikuli, zachowując odcinek o długości ≈4 mm.
  4. Obejrzyj 4-milimetrowy odcinek spikuli pod mikroskopem w świetle spolaryzowanym przy powiększeniu 10x (patrz Rysunek 2C-E). Jeśli w odcinku spikuli brakuje dużych obszarów warstw krzemionki, odrzuć go i wróć do kroku 3.2 (patrz Rysunek 2E). Z obejrzanymi odcinkami spikul należy obchodzić się wyłącznie za pomocą pędzla z czerwonego sobola nr 00000, aby uniknąć spowodowania nowych uszkodzeń w ich warstwach krzemionki.
  5. Usuń pędzlem lub sprężonym powietrzem wszelkie fragmenty spikul lub inne cząstki z powierzchni stolika z próbką. Następnie nanieś kilka kropli 2-propanolu na bezpyłowy wacik bawełniany i przetrzyj stolik. Unikaj kontaktu z obszarami stolika pokrytymi farbą antyrefleksyjną. Uwaga: Farba ta służy do zmniejszenia liczby odbić lustrzanych na obrazach wykonanych podczas testu zginania.
  6. Przenieś odcinek spikuli na stolik z próbką. Ustaw odcinek spikuli nad rowkiem z pożądanym rozpięciem do testu zginania i delikatnie dociśnij go w kierunku Równanie równowagi statycznej, ΣFy=+y=0. Diagram, analiza sił, edukacyjny koncept fizyczny. przeciwko krawędzi rowka. Upewnij się, że spikula jest prostopadła do krawędzi rowka (patrz Rysunek 2C).
  7. Osadź stolik na płycie podstawy tak, aby końcówki wrzecion mikrometrów spoczywały w zagłębieniach płyty podstawy. W razie potrzeby dostosuj mikrometry na płycie poziomującej stolik do wartości odnotowanych w kroku 1.9 protokołu.

4. Plik interpolacji napięcie-przemieszczenie

  1. Otwórz program Bending_Test (patrz pliki Supplementary Code). W polach tekstowych interfejsu użytkownika ustaw „step size” (wielkość kroku) na 2 µm, „maximum displacement” (maksymalne przemieszczenie) na 0.5 mm, „low voltage stop” (stop przy niskim napięciu) na 1.5 V oraz „high voltage stop” (stop przy wysokim napięciu) na 4.6 V.
    1. Za pomocą pól tekstowych w interfejsie użytkownika wybierz odpowiednie katalogi obrazów i danych oraz nazwę pliku wyjściowego. Ustaw przełącznik „save images” (zapisuj obrazy) w interfejsie użytkownika w pozycji dolnej i kliknij zielony prostokątny przycisk poniżej napisu „Voltage Difference”, aż zostanie podświetlony.
  2. Uruchom program Bending_Test i poczekaj na zainicjowanie interfejsów sterownika silnika i kamery.
  3. Włącz iluminator i dostosuj jasność tak, aby LPT był widoczny. Obracaj mikrometr FODS zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż napięcie wyjściowe wyświetlane na wykresie w interfejsie użytkownika wyniesie ~1.7 V.
    1. Użyj suwaka potencjometru sterownika silnika osi Wzór na równowagę statyczną ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równań fizycznych., aby przesunąć stół w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; matematyczny zapis formuły, koncepcja fizyczna., aż znajdzie się on około 1 cm poniżej LPT, a następnie ustaw pozycję zerową (home) osi Wzór na równowagę statyczną ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równań fizycznych., klikając przycisk „Home”.
  4. Użyj suwaków potencjometrów sterowników silników osi Schemat wzoru na równowagę statyczną ΣFx=0; wektory sił ciała swobodnego; edukacyjna koncepcja fizyczna. i Równowaga statyczna, ΣFy=0, schemat analizy momentów, pokazujący wektory sił i ramiona dźwigni., aby ustawić LPT nad środkiem cienkiego stalowego paska znajdującego się na stole z próbką w kierunku Równanie równowagi statycznej, ΣFx=0, z wyróżnionym symbolem wektora siły, formuła edukacyjna. względem rowka. Użyj suwaka potencjometru sterownika silnika osi Wzór na równowagę statyczną ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równań fizycznych., aby przesunąć stół w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; matematyczny zapis formuły, koncepcja fizyczna., aż stół znajdzie się w polu widzenia mikroskopu.
  5. Użyj suwaka potencjometru sterownika silnika osi Wzór na równowagę statyczną ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równań fizycznych., aby przesuwać stół w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; matematyczny zapis formuły, koncepcja fizyczna., obserwując wykres napięcia wyjściowego w interfejsie użytkownika. Wyznacz przybliżoną pozycję, w której LPT styka się z powierzchnią stołu, szukając zmiany napięcia przy dalszym przemieszczaniu stołu. Cofnij stół o około 10 µm.
  6. Kliknij przycisk z napisem „Begin Test”. Gdy pojawi się prośba, wprowadź wartości odpowiednio 0.003 V dla „touch sensitivity” (czułość dotyku) oraz 0.001 mm dla „touch off step size” (wielkość kroku cofnięcia po dotknięciu). Poczekaj na zakończenie testu.
    UWAGA: Od tego momentu nie usuwaj stołu z płyty bazowej aż do zakończenia testu zginania, aby zapewnić dokładne pomiary przemieszczenia. Plik wyjściowy interpolacji napięcie-przemieszczenie to lista rozdzielona tabulatorami zawierająca średnią z 100 odczytów napięcia wyjściowego FODS oraz odchylenie standardowe tych odczytów wraz z pozycją stołu na osi Wzór na równowagę statyczną ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równań fizycznych. dla każdego przyrostu przemieszczenia stołu. Sekcja Representative Results opisuje, w jaki sposób plik danych ten jest wykorzystywany do przeliczenia zmierzonych napięć wyjściowych FODS na przemieszczenia LP.

5. Test zginania

  1. Otwórz i uruchom program Basic_Data i obracaj mikrometrem FODS przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, aż napięcie wyjściowe wyświetlane na wykresie interfejsu użytkownika wyniesie około 3 V. Użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi Schemat wzoru równowagi statycznej ΣFx=0; wektory sił ciała swobodnego; edukacyjny koncept z fizyki., aby ustawić LPT pomiędzy krawędziami rowka nad spikulą (patrz Rysunek 4C).
    1. Użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi Wzór równowagi statycznej ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równania fizycznego., aby przesunąć stolik w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja wzoru matematycznego, koncept z fizyki., aż LPT znajdzie się poniżej górnej powierzchni grzbietu rowka (patrz Rysunek 5A). Następnie użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi Równowaga statyczna, ΣFy=0, schemat analizy momentów, pokazujący wektory sił i ramiona dźwigni., aby ustawić ostrość na przedniej powierzchni grzbietu rowka tak, aby cała szerokość LP znajdowała się między krawędziami grzbietu rowka. Zatrzymaj program Basic_Data, klikając przycisk „Stop”.
  2. Otwórz i uruchom program Center_LoadPoint (patrz plik Supplementary Code). Użyj sterownika silnika osi Schemat wzoru równowagi statycznej ΣFx=0; wektory sił ciała swobodnego; edukacyjny koncept z fizyki., aby przesunąć stolik, aż LPT znajdzie się niemal w kontakcie z prawą krawędzią rowka. Kliknij przycisk „Find Edge”.
  3. Po wyświetleniu prośby użyj sterownika silnika osi Schemat wzoru równowagi statycznej ΣFx=0; wektory sił ciała swobodnego; edukacyjny koncept z fizyki., aby przesunąć stolik, aż LPT znajdzie się niemal w kontakcie z lewą krawędzią rowka. Kliknij przycisk „Find Edge”. Poczekaj, aż program ustawi LPT w połowie rozpiętości rowka (patrz Rysunek 5B).
    UWAGA: Od tego momentu ważne jest, aby nie regulować sterownika silnika osi Schemat wzoru równowagi statycznej ΣFx=0; wektory sił ciała swobodnego; edukacyjny koncept z fizyki., ponieważ spowoduje to rozcentrowanie LPT.
  4. Otwórz program Bending_Test. Ustaw wielkość kroku na 2 µm, maksymalne przemieszczenie na 0.5 mm, dolną granicę napięcia zatrzymania na 1.5 V oraz górną granicę napięcia zatrzymania na 4.5 V, korzystając z pól tekstowych w interfejsie użytkownika.
    1. Wybierz żądane katalogi obrazów i danych oraz nazwę pliku wyjściowego za pomocą pól tekstowych w interfejsie użytkownika. Ustaw przełącznik „save images” w interfejsie użytkownika w pozycji górnej i kliknij zielony prostokątny przycisk pod słowami „Voltage Difference”, aby nie był podświetlony.
  5. Uruchom program Bending_Test i poczekaj na zainicjowanie sterownika silnika oraz interfejsów kamery.
  6. Przesuń stolik w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja wzoru matematycznego, koncept z fizyki., używając suwaka potencjometru na sterowniku silnika, aż spikula znajdzie się w polu widzenia mikroskopu. Użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi Równowaga statyczna, ΣFy=0, schemat analizy momentów, pokazujący wektory sił i ramiona dźwigni., aby przesunąć stolik, aż spikula znajdzie się pod LPT.
    1. Wyreguluj pokrętła ostrości mikroskopu tak, aby spikula była ostrym obrazem w interfejsie użytkownika (patrz Rysunek 4C). Obracaj mikrometrem FODS przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, aż napięcie wyjściowe wyniesie około 1.8 V.
  7. Użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi z, aby przesunąć stolik w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja wzoru matematycznego, koncept z fizyki., obserwując wykres napięcia wyjściowego w interfejsie użytkownika. Wyznacz przybliżoną pozycję, w której LPT styka się ze spikulą, szukając zmiany napięcia przy dalszym ruchu stolika. Cofnij stolik o około 50 µm.
  8. Kliknij „Begin Test” i poczekaj, aż test zginania zostanie zakończony, a stolik powróci do pozycji domyślnej osi Wzór równowagi statycznej ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równania fizycznego..
    UWAGA: Stolik będzie poruszać się w przyrostach 2 µm (zgodnie z instrukcją w kroku 5.4 protokołu) w kierunku Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja wzoru matematycznego, koncept z fizyki., zginając spikulę (patrz Rysunek 5C) do momentu spełnienia jednego z kilku warunków zatrzymania. Warunkami zatrzymania są: a) osiągnięcie maksymalnego przemieszczenia stolika wynoszącego 0.5 mm; b) złamanie spikuli i wykrycie przez program dużego spadku napięcia wyjściowego FODS; lub c) osiągnięcie górnego limitu napięcia 4.5 V. W przypadku warunku zatrzymania (a) użytkownik zostanie zapytany, czy chce zakończyć test, czy zignorować poprzednią wartość. Po wybraniu opcji „Override” użytkownik będzie mógł zwiększyć limit przemieszczenia stolika lub odwrócić kierunek kroku przemieszczenia stolika, aby kontynuować zbieranie danych podczas odciążania spikuli. Kierunek przyrostu przemieszczenia stolika można również zmienić w dowolnym momencie testu, klikając przycisk „Reverse Loading”. Plik wyjściowy testu zginania ma taką samą strukturę jak plik wyjściowy interpolacji napięcie-przemieszczenie wygenerowany w kroku 4.6 protokołu. Jest to lista rozdzielana tabulatorami, zawierająca średnią z 100 odczytów napięcia wyjściowego FODS i odchylenie standardowe tych odczytów wraz z pozycją stolika na osi Wzór równowagi statycznej ΣFx=0, ΣFy=0, Στ=0 na schemacie równania fizycznego. przy każdym przyroście przemieszczenia stolika. Sekcja Representative Results opisuje, w jaki sposób ten plik danych jest wykorzystywany wraz z plikiem interpolacji napięcie-przemieszczenie do obliczenia przemieszczeń wspornika i przemieszczeń stolika podczas testu zginania. Następnie sztywność wspornika jest wykorzystywana do obliczenia siły przyłożonej przez LPT do spikuli.
  9. Po zakończeniu testu obracaj mikrometrem FODS przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, aż FODS znajdzie się w odległości co najmniej 5 mm od lustra LPT. Następnie ostrożnie zdejmij stolik z płyty podstawy stolika.

Schemat równowagi statycznej z iglicą, grzbietem rowka; analiza odkształceń sprężystych.
Rysunek 5: Procedura wyrównania LPT z połową rozpiętości rowka i przeprowadzenie testu zginania. (A) LPT znajduje się poniżej górnej powierzchni grzbietu rowka pod koniec kroku 5.1 protokołu, ale nie jest jeszcze ustawiony w połowie rozpiętości. (B) Położenie LPT po zakończeniu procedury centrowania opisanej w krokach 5.2 i 5.3 protokołu. (C) Mikrografia iglicy wykonana podczas testu zginania. Przesunięcie przekroju poprzecznego iglicy pod LPT, Równanie równowagi symbol W^0 dla analizy statycznej w fizyce., jest zaznaczone schematycznie. Paski skali = 250 µm (A-C). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Podstawowymi wynikami każdego testu mechanicznego są wartość siły przyłożonej do próbki oraz przemieszczenie w miejscu przyłożenia tej siły. W przypadku testu zginania trójpunktowego celem jest uzyskanie wartości siły przyłożonej przez LPT, Równowaga statyczna, ΣFx=0, ΣFy=0, diagram sił, edukacyjny koncept fizyczny, analiza wektorowa, oraz przemieszczenia przekroju poprzecznego...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Kilka etapów protokołu jest szczególnie istotnych dla zapewnienia dokładnego pomiaru sił i przemieszczeń. Podczas gdy niektóre z tych krytycznych kroków są uniwersalne dla wszystkich testów zginania trójpunktowego, inne są charakterystyczne dla tego konkretnego urządzenia do badań mechanicznych.

W kroku 1.2 protokołu lustro LP jest czyszczone i sprawdzane pod kątem zarysowań, a w kroku 1.6 protokołu ustawiane jest wzmocnienie FODS. Ważne jest, aby wzmocnienie ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez National Science Foundation [Program Mechaniki Materiałów i Konstrukcji, numer grantu 1562656]; oraz Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników [Haythornthwaite Young Investigator Award].

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Stół izolacyjny TMC 36" x 48" z płytką stykową CleanTop 4"TMC63-563Stół izolacyjny
Różny regulator śrubowyThorlabsDAS110Do płyty poziomującej stolika
1" Głowica mikrometryczna podróżna z podziałką 0,001"Thorlabs150-801MEDo płyty poziomującej stolik
Kątownik kątowy do stolików translacyjnych serii PT, 1/4"- 20 otworów montażowychThorlabsPT102Do montażu mikroskopu
1" Stolik translacyjny na jaskółczy ogon, 1/4"-20 kranówThorlabsDT25Do montażu mikroskopu
1" Stolik translacyjny ze śrubą regulacyjną 1/4"-170, gwintowniki 1/4"-20 Gwintownikimontażu mikroskopu
Długość 12", szyna optyczna na jaskółczy ogonEdmund Optics54-401Do Uchwyt mikroskopowy
2.5" Szerokość, jaskółczy ogon CarrierEdmund Optics54-404Do montażu mikroskopu
0.5" Szerokość, jaskółczy ogonCarrier Edmund Optics54-403Do montażu mikroskopu
InfiniTube Montaż C-Clamp z ¼-20Edmund Optics57-788Element mikroskopu
Standard (bez mocowania In-Line), InfiniTubeEdmund Optics56-125Komponent mikroskopu
Standardowa przystawka liniowa (zoptymalizowana przy 2X-10X), InfiniTubeEdmund Optics56-126Element mikroskopu
Adapter obiektywu Mitutoyo/Achrovid (M26 do M27)Edmund Optics53-787Element mikroskopu
5X Infinity Achrovid ObiektywEdmund Optics55-790Element
mikroskopu0,316" ID, adapter światłowodowy SX-6Edmund Optics38-944Komponent mikroskopu
i frac14; " x 36", elastyczny światłowód światłowodowyEdmund Optics42-347Element mikroskopu
115V, Oświetlacz światłowodowy MI-150 z filtrem IR i uchwytemEdmund Optics55-718Element mikroskopu
Allied Vision Manta G-223 2/3" Kolorowa kamera CMOSEdmund Optics88-452Zasilacz do elementu mikroskopu
Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ PikeEdmund Optics68-586Komponent mikroskopu
1/4 "Przesuwny jednoosiowy stolik translacyjnyThorlabsMS1SMikrometr FODS
Analogowy czujnik przemieszczenia światłowodu zależny od odbicia ZasilaczPhiltecD20FODS
30V, 3A DCZasilacz AgilentU8001Ado DAQ i FODS
14-bitowy, 48 kS / s Tani wielofunkcyjny DAQNational InstrumentyUSB-6009DAQ dla FODS
Trzyosiowy zmotoryzowany stolik translacyjnyThorlabsThorlabs T25 XYZ-E/MEtap translacji
T-Cube DC Servo Motor ControllerThorlabsTDC001Sterownik silnika do stage
T-Cube Power SupplyThorlabsTPS001Zasilacz do sterownika silnika
National Instruments LabVIEW (2013 SP1)National InstrumentsUżywane do uruchamiania oprogramowania
National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016)National InstrumentsUżywane do uruchamiania oprogramowania
Nikon Eclipse Ci-POL Main BodyMVIMDA96000Mikroskop światła spolaryzowanego
Nikon Pi Rurka pośrednia z suwakiem analizatoraMVIMDB45305Mikroskop
światła spolaryzowanegoNikon Dia-PolarizerMVIMDN11920Mikroskop światła spolaryzowanego
Przewód zasilający - 7'6"MVI79035Mikroskop światła spolaryzowanego
Nikon P-AMH Stopień mechanicznyMVIMDC45000Mikroskop światła spolaryzowanego
Nikon Lwd Achromat kondensorMVIMBL16100Mikroskop światła spolaryzowanego
Nikon LV-NBD5BD-CH Ręczny nosek Quint ESDMVIMBP60125Mikroskop światła spolaryzowanego
Nikon C-TF Tubus trójokularowy FMVIMBB93100Mikroskop światła spolaryzowanego
Nikon CFI 10X Okular FN 22mm NCMVIMAK10110Mikroskop światła spolaryzowanego
Nikon TU Plan Flour BD 10x ObiektywMVIMUE42100Mikroskop światła spolaryzowanego
Gąbka Venus Flower BasketBrandNie dotyczyszkieletu gąbki
3,5X Lupa z pałąkiemMcMaster Carr1490T5Służy do cięcia kolców
i Oslash; Wafel krzemowy 1" typu P / < 100>Ted Pella16011Używany do lustra punktu obciążenia
Wacik bawełniany o niskiej kłaczkach ze zwężającą się końcówkąMcMaster Carr71035T31Używany do czyszczenia lustra LP
Nóż precyzyjny z gumową rękojeściąMcMaster Carr35575A68Używany do cięcia spikul
Szkiełka mikroskopowe, matowy koniec, 75 x 25 x 1mmTed Pella260409Służy do cięcia iglic
Szczotki sobolowe, #00000, 0.08mm szer. x 4.0mm dłTed Pella11806Służy do przenoszenia spikul
Pęseta PELCO Pro o wysokiej precyzji, bardzo cienkie końcówki, doskonałe wykończenieTed Pella5367-5NMSłuży do przenoszenia kolców
Dwuosiowy mikrometr liniowyEdmund Optics58-608Służy do kalibracji mikroskopów
FLEX-A-TOP FT-38 CASESD Pojemniki plastikoweFT-38-CASSłuży do przechowywania spikul
Plastikowa fiolka Bullseye PoziomicaMcMaster Carr2147A11Służy do poziomowania stolika
Waga analitycznaMettler ToledoMS105DUSłuży do wzorcowania masy
Do Denis .

Bibliografia

  1. Wegst, U. G., Bai, H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. Bioinspired structural materials. Nat. Mater. 14 (1), 23-36 (2015).
  2. Meyers, M. A., McKittrick, J., Chen, P. Y. Structural biological materials: critical mechanics-materials connections. Science. 339 (6121), 773-779 (2013).
  3. Bodde, S. G., Meyers, M. A., McKittrick, J. Correlation of the mechanical and structural properties of cortical rachis keratin of rectrices of the Toco Toucan (Ramphastos toco). J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 4 (5), 723-732 (2011).
  4. Gibson, L. J. The hierarchical structure and mechanics of plant materials. J. R. Soc. Interface. , (2012).
  5. Monn, M. A., Kesari, H. A new structure-property connection in the skeletal elements of the marine sponge Tethya aurantia that guards against buckling instability. Sci. Rep. 7, (2017).
  6. Monn, M. A., Weaver, J. C., Zhang, T., Aizenberg, J., Kesari, H. New functional insights into the internal architecture of the laminated anchor spicules of Euplectella aspergillum. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (16), 4976-4981 (2015).
  7. Monn, M. A., Kesari, H. Enhanced bending failure strain in biological glass fibers due to internal lamellar architecture. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. , In Press (2017).
  8. Levi, C., Barton, J. L., Guillemet, C., Bras, E., Lehuede, P. A remarkably strong natural glassy rod: the anchoring spicule of the Monorhaphis sponge. J. Mater. Sci. Letters. 8 (3), 337-339 (1989).
  9. Kesari, H., Doll, J. C., Pruitt, B. L., Cai, W., Lew, A. J. Role of surface roughness in hysteresis during adhesive elastic contact. Philos. Mag. Lett. 90 (12), 891-902 (2010).
  10. Croisier, F., et al. Mechanical testing of electrospun PCL fibers. Acta Biomater. 8 (1), 218-224 (2012).
  11. Haque, M. A., Saif, M. T. A review of MEMS-based microscale and nanoscale tensile and bending testing. Exp. Mech. 43 (3), 248-255 (2003).
  12. Gudlavalleti, S. Mechanical testing of solid materials at the micro-scale. , Doctoral dissertation, Massachusetts Institute of Technology (2002).
  13. Tohmyoh, H., Ishihara, M., Akanda, M. S., Yamaki, S., Watanabe, T., Iwabuchi, T. Accurate determination of the structural elasticity of human hair by a small-scale bending test. J. Biomech. 44 (16), 2833-2837 (2011).
  14. Waters, J. F. Contact mechanics of biologically-inspired interface geometries. , Doctoral dissertation, Brown University (2009).
  15. Dai, Z., Gorb, S. N., Schwarz, U. Roughness-dependent friction force of the tarsal claw system in the beetle Pachnoda marginata (Coleoptera, Scarabaeidae). J. Exp. Biol. 205 (16), 2479-2488 (2002).
  16. Tramacere, F., Kovalev, A., Kleinteich, T., Gorb, S. N., Mazzolai, B. Structure and mechanical properties of Octopus vulgaris suckers. J. R. Soc. Interface. 11 (91), (2014).
  17. Ehrlich, H., et al. Nanostructural organization of naturally occurring composites: Part I. Silica-Collagen-based biocomposites. J. Nanomater. 53, (2008).
  18. Ehrlich, H., et al. Mineralization of the meter-long biosilica structures of glass sponges is templated on hydroxylated collagen. Nat. Chem. 2, 1084-1088 (2010).
  19. Ehrlich, H., et al. First evidence of the presence of chitin in skeletons of marine sponges. Part II. Glass sponges (Hexactinellida: Porifera). J. Exp. Zoo. 308 (4), 473-483 (2007).
  20. Ehrlich, H. Chitin and collagen as universal and alternative templates in biomineralization. Int. Geol Rev. 52, 661-699 (2010).
  21. Ehrlich, H., et al. Supercontinuum generation in naturally occurring glass sponge spicules. Adv. Opt. Mater. 4 (10), 1608-1613 (2016).
  22. Ehrlich, H., et al. Calcite reinforced silica-silica joints in the biocomposite skeleton of deep-sea glass sponges. Adv. Funct. Mater. 21, 3473-3481 (2011).
  23. Werner, P., Blumtritt, H., Zlotnikov, I., Graff, A., Dauphin, Y., Fratzl, P. Electron microscope analyses of the bio-silica basal spicule from the Monorhaphis chuni sponge. J. Struct. Biol. 191 (2), 165-174 (2015).
  24. Kolednik, O., Predan, J., Fischer, F. D., Fratzl, P. Bioinspired Design Criteria for Damage-Resistant Materials with Periodically Varying Microstructure. Adv. Funct. Mater. 21 (19), 3634-3641 (2011).
  25. Weaver, J. C., et al. Unifying design strategies in demosponge and hexactinellid skeletal systems. J. Adhes. 86 (1), 72-95 (2010).
  26. Walter, S. L., Flinn, B. D., Mayer, G. Mechanisms of toughening of a natural rigid composite. Mater. Sci. Eng. C. 27 (3), 570-574 (2007).
  27. Ehrlich, H. Silica biomineralization in Sponges. Encyclopedia of Geobiology. , Springer Verlag. 796-808 (2011).
  28. Zlotnikov, I., Werner, P., Fratzl, P., Zolotoyabko, E. Eshelby Twist as a possible source of lattice rotation in a perfectly ordered protein/silica structure grown by a simple organism. Small. 11 (42), 5636-5641 (2015).
  29. Zlotnikov, I., et al. A perfectly periodic three-dimensional protein/silica mesoporous structure produced by an organism. Adv. Mater. 26 (11), 1682-1687 (2014).
  30. Gere, J. M., Timoshenko, S. P. Chapter 5: Stresses in Beams. Mechanics of materials. , 205-217 (1997).
  31. Baratta, F. I., Matthews, W. T., Quinn, G. D. Errors associated with flexure testing of brittle materials. , Army Lab Command Watertown MA Material Technology Lab. No. MTL-TR-87-35 (1987).
  32. Quinn, G. D., Sparenberg, B. T., Koshy, P., Ives, L. K., Jahanmir, S., Arola, D. D. Flexural strength of ceramic and glass rods. J. Test. Eval. 37 (3), 1-23 (2009).
  33. Tattersall, H. G., Tappin, G. The work of fracture and its measurement in metals, ceramics and other materials. J. Mater. Sci. 1 (3), 296-301 (1966).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Zginanie tr jpunktowestruktury biologiczneprzemieszczenie si ysztywno wspornikaczujnik wiat owodowygrot punktu obci eniastopnia pr bki
System do badania zginania w skali milimetrowej do pomiaru właściwości mechanicznych iglic z gąbek morskich
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.