Cięcie w kształcie litery Y mierzy skale długości i energie związane z pękaniem w miękkich materiałach. Poprzednie aparaty były przeznaczone do pomiarów stacjonarnych. Protokół ten opisuje wytwarzanie i użytkowanie aparatury, która orientuje konfigurację poziomo i zapewnia precyzyjne możliwości pozycjonowania niezbędne do oglądania in situ, a także kwantyfikacji uszkodzeń za pomocą mikroskopu optycznego.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Wykonywanie testów cięcia w kształcie litery Y montowanych pod mikroskopem
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Y-kształtne cięcie okazało się ostatnio obiecującą metodą, dzięki której można zrozumieć skalę długości progowej i energię zniszczenia materiału, a także jego reakcję na awarię w obecności nadmiaru energii deformacji. Aparatura doświadczalna używana w tych badaniach była zorientowana pionowo i wymagała kłopotliwych kroków w celu dostosowania kąta między nogami w kształcie litery Y. Orientacja pionowa uniemożliwia wizualizację w standardowych mikroskopach optycznych. Protokół ten przedstawia urządzenie tnące w kształcie litery Y, które montuje się poziomo nad istniejącym odwróconym stolikiem mikroskopu, można go regulować w trzech wymiarach (X-Y-Z), aby mieścił się w polu widzenia obiektywu i umożliwia łatwą modyfikację kąta między nogami. Dwie ostatnie cechy są nowe dla tej eksperymentalnej techniki. Prezentowany aparat mierzy siłę skrawania z dokładnością do 1 mN. Podczas badania polidimetylosiloksanu (PDMS), materiału referencyjnego dla tej techniki, zmierzono energię skrawania 132,96 J/m2 (kąt ramienia 32°, napięcie wstępne 75 g) i stwierdzono, że mieści się ona w błędzie poprzednich pomiarów wykonanych w układzie pionowym (132,9 J/m2 ± 3,4 J/m2). Podejście to ma zastosowanie do miękkich materiałów syntetycznych, tkanek lub błon biologicznych i może dostarczyć nowych informacji na temat ich zachowania podczas awarii. Lista części, pliki CAD i szczegółowe instrukcje w tej pracy stanowią mapę drogową dla łatwego wdrożenia tej potężnej techniki.
Wprowadzenie
Nieliniowa mechanika kontinuum dostarczyła kluczowego spojrzenia pozwalającego zrozumieć koncentrację energii, która prowadzi do uszkodzenia ciał miękkich1. Jednak dokładne przewidywanie tego uszkodzenia wymaga również opisów charakterystyki mikrostrukturalnej, która przyczynia się do tworzenia nowej powierzchni w wierzchołku pęknięcia2,3. Jedną z metod opracowania takich opisów jest wizualizacja wierzchołka pęknięcia in situ podczas procesu uszkodzenia4,5. Niemniej jednak, zaokrąglanie wierzchołka pęknięcia w typowych testach pękania w polu dalekim utrudnia pozyskanie danych in situ, ponieważ silnie odkształcony materiał ulega rozproszeniu, potencjalnie poza polem widzenia mikroskopu6. Cięcie w kształcie litery Y stanowi unikalną alternatywę dla wizualizacji mikrostrukturalnej, ponieważ koncentruje obszar dużych odkształceń w wierzchołku ostrza7. Co więcej, wcześniejsze prace naszej grupy wykazują, że to unikalne podejście eksperymentalne może dostarczyć wglądu w różnice w odpowiedzi na uszkodzenie pomiędzy rozrywaniem w polu dalekim a warunkami obciążenia pośredniczonego przez kontakt7.
Metoda cięcia w kształcie litery Y, zastosowana w prezentowanym tutaj urządzeniu, została po raz pierwszy opisana przed dziesiątkami lat jako metoda cięcia kauczuku naturalnego8Metoda ta polega na przecinaniu za pomocą stałego ostrza wstępnie obciążonego próbki w kształcie litery Y. W punkcie przecięcia litery Y znajduje się wierzchołek pęknięcia, który powstaje przed rozpoczęciem badania poprzez rozdzielenie części prostokątnego elementu na dwie równe „odnogi” (Rycina 1B i Rysunek 2D). Głównymi zaletami tej metody cięcia są: redukcja wpływu tarcia na pomiar energię cięcia, zmienna geometria ostrza (tzn. ograniczenie geometrii wierzchołka pęknięcia) oraz kontrola szybkości pękania (poprzez prędkość przemieszczania próbki), a także oddzielne strojenie cięcia, Cor łzawienie, T, wkłady energetyczne do energii całkowitej Gciąć (tj. zmiana energii pękania powyżej progu cięcia)8Te ostatnie wkłady są wyrażone w formie prostego wzoru zamkniętego na energię cięcia9
Równ. (1)
który wykorzystuje eksperymentalnie dobrane parametry, w tym grubość próbki, t, średnie odkształcenie ramienia, 
, siłę wstępnego obciążenia, fpre, oraz kąt między ramionami a osią cięcia, θ. Siła cięcia, fcut, jest mierzona za pomocą aparatury zgodnie ze szczegółami opisanymi przez Zhang i wsp.9. Co istotne, zaprezentowana tutaj aparatura zawiera nowy, prosty i precyzyjny mechanizm regulacji kąta ramion, θ, oraz zapewnienia centrowania próbki. Chociaż obie te funkcje są kluczowe dla układu montowanego na mikroskopie, mechanizm ten może przynieść korzyści również w przyszłych pionowych implementacjach testu cięcia w kształcie litery Y poprzez zwiększenie łatwości obsługi.
Postępy w określaniu odpowiednich kryteriów pękania dla ciał stałych o niskim module sprężystości trwają od czasu wczesnych sukcesów związanych z niezależnymi od próbki geometriami pękania wprowadzonymi przez Rivlina i Thomasa10. Stosowano krytyczne szybkości uwalniania energii10, prawa strefy kohezyjnej11 oraz różne formy podejść opartych na naprężeniach lub energii w odległości12,13,14. Niedawno Zhang i Hutchens wykorzystali to ostatnie podejście, wykazując, że nacinanie w kształcie litery Y przy użyciu ostrzy o wystarczająco małym promieniu może pozwolić na wyznaczenie progowych warunków pękania dla miękkich materiałów7: progowej energii pękania oraz progowej skali długości pękania, która w jednorodnym, wysokoelastycznym polidimetylosiloksanie (PDMS) mieści się w zakresie od dziesiątek do setek nanometrów. Wyniki te, w połączeniu z modelowaniem kontinuum i teorią skalowania, pozwoliły opracować zależność między nacinaniem a rozrywaniem w tych materiałach, wykazując tym samym użyteczność nacinania w kształcie litery Y w celu uzyskania wglądu we wszystkie tryby pękania miękkich ciał stałych. Jednak zachowanie wielu klas materiałów, w tym materiałów dyssypatywnych i kompozytowych, pozostaje niezbadane. Przewiduje się, że wiele z nich będzie wykazywać efekty sterowane przez mikrostrukturę w skalach długości powyżej długości fali światła widzialnego. W związku z tym w niniejszym badaniu zaprojektowano aparat, który po raz pierwszy umożliwia dokładną wizualną charakterystykę tych efektów podczas nacinania w kształcie litery Y (np. w kompozytach, w tym w tkankach miękkich, lub w procesach dyssypatywnych, których oczekuje się w skalach długości od mikrometrów do milimetrów15).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Regulacja i produkcja części modyfikowalnych i eksploatacyjnych
- Użyj wycinarki laserowej lub drukarki 3D, aby wyprodukować jednorazowe zakładki ABS lub akrylowe, które mieszczą się w szerokości nóg próbki, B1 i B2 (7,5 mm x 7,5 mm dla próbki 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) (Rysunek 1B i Rysunek 2D). Do każdego testu potrzebne są dwie zakładki, po jednej na każdą nogę.
- Klips do żyletki
UWAGA: Dokładne wymiary wymaganego klipsa do żyletki zależą od głębokości użytej żyletki.- Zmodyfikuj projekt CAD (patrz Tabela materiałów) file Klip ostrza. SLDPRT (Supplemental Coding File 1) poprzez zmianę szerokości podstawy klipsa tak, aby odległość od końcówki wybranej żyletki do tyłu klipsa wynosiła 30,35 mm (Rysunek 1D). Ta regulacja utrzymuje końcówkę ostrza bezpośrednio pod punktem obrotu (Rysunek 1E) mechanizmu regulacji kąta (Rysunek 1A i Rysunek 2A) używane do regulacji kąta między nogami.
UWAGA: Urządzenie może pomieścić ostrza o głębokości 8-20 mm. - Korzystając z precyzyjnych ustawień, wydrukuj w 3D klips do żyletki (Rysunek 1D). Z powodu błędów drukowania 3D jaskółczy ogon klipsa do żyletki może nie pasować tak, jak jest wydrukowany. Aby to naprawić, użyj papieru ściernego lub drobnego pilnika, aby usunąć materiał z tyłu klipsa do żyletki, aż będzie można go ręcznie włożyć i wyjąć z gniazda w uchwycie klipsa do ostrza, ale nadal będzie ciasny podczas cięcia.
- Zmodyfikuj projekt CAD (patrz Tabela materiałów) file Klip ostrza. SLDPRT (Supplemental Coding File 1) poprzez zmianę szerokości podstawy klipsa tak, aby odległość od końcówki wybranej żyletki do tyłu klipsa wynosiła 30,35 mm (Rysunek 1D). Ta regulacja utrzymuje końcówkę ostrza bezpośrednio pod punktem obrotu (Rysunek 1E) mechanizmu regulacji kąta (Rysunek 1A i Rysunek 2A) używane do regulacji kąta między nogami.
- Zmodyfikuj wymiary uchwytu na próbkę (Rysunek 1C) za pomocą pliku projektowego CAD Uchwyt próbki. SLDPRT (Supplemental Coding File 2) pasujący do otworu konkretnego stolika mikroskopu (Rysunek 2B). Aby zapewnić, że urządzenie może wykorzystywać pełny zakres ruchu, ważne jest, aby wewnętrzna wnęka uchwytu pozostała jak największa.
- Uchwyt ogniwa obciążnikowego
UWAGA: Czujniki wagowe do gięcia są dostępne w wielu geometriach. Miejsce, w którym zamontujesz czujnik obciążenia (prowadnica wewnętrzna, Rysunek 1E) będzie wymagało regulacji w zależności od wybranego ogniwa obciążnikowego.- Dostosuj następujące wymiary na wewnętrznym suwaku (Rysunek 1E), aby pomieścić określone ogniwo obciążnikowe: 1) położenie otworów montażowych (obecnie dwa otwory M3 z odległością od środka do środka 6 mm); 2) odległość między belką ogniwa obciążnikowego a wewnętrzną płaszczyzną ślizgu, w zależności od maksymalnego ugięcia belki ogniwa obciążnikowego (obecnie na poziomie 3 mm); oraz 3) wysokość i szerokość w celu dostosowania geometrii czujnika wagowego (obecnie odpowiednio 35 mm i 12,1 mm).
UWAGA: Zakres długości ogniwa obciążnikowego, który może być używany bez ingerencji w system regulacji pionowej ( Rysunek 1E i Rysunek 2A) wynosi 10-63 mm. Jeśli rozmiar ogniwa obciążnikowego wykracza poza ten zakres, alternatywą jest usunięcie systemu regulacji wysokości lub przeprojektowanie/wydłużenie ramion koła pasowego (Rysunek 1A).
- Dostosuj następujące wymiary na wewnętrznym suwaku (Rysunek 1E), aby pomieścić określone ogniwo obciążnikowe: 1) położenie otworów montażowych (obecnie dwa otwory M3 z odległością od środka do środka 6 mm); 2) odległość między belką ogniwa obciążnikowego a wewnętrzną płaszczyzną ślizgu, w zależności od maksymalnego ugięcia belki ogniwa obciążnikowego (obecnie na poziomie 3 mm); oraz 3) wysokość i szerokość w celu dostosowania geometrii czujnika wagowego (obecnie odpowiednio 35 mm i 12,1 mm).
- Przeprojektuj, korzystając z odpowiednich plików CAD, platformę montażową i ramiona ramy (Rysunek 1A), aby pasowały do konkretnego używanego stolika mikroskopu/mikroskopu. W szczególności ramiona ramy (ramię ramy. SLDPRT, Supplemental Coding File 3) może wymagać modyfikacji w celu ułatwienia dołączania. Wysokość ramion koła pasowego (Rysunek 1A) (ramię koła pasowego. SLDPRT, Supplemental Coding File 4 i koło pasowe arm_Mirror.SLDPRT, Supplemental Coding File 5) mogą również wymagać modyfikacji w zależności od wysokości płaszczyzny otworów montażowych mikroskopu i górnej płaszczyzny stolika XY mikroskopu.
2. Montaż mechaniczny
- Gdy wszystkie elementy mikroskopu, ogniwa obciążeniowego, żyletki i próbki zostaną odpowiednio zmodyfikowane, wyprodukuj wszystkie komponenty i zbuduj aparaturę (Rysunek 2A). Komponenty obejmują części drukowane w 3D, wycinane laserowo i dostępne w sprzedaży. Szczegółowa lista części znajduje się w Tabeli Materiałów. Komputerowe rysunki montażowe wszystkich części i zespołu aparatury są dostępne w Uzupełniających Plikach Kodowania 1-17.
- Aby zamontować ogniwo obciążnikowe, najpierw przymocuj uchwyt zacisku ostrza do ogniwa obciążnikowego ( Rysunek 1E). Przymocuj ten zespół do wewnętrznego suwaka systemu regulacji pionowej (Rysunek 1E i Rysunek 2A). Przymocuj połączony system mocowania zacisku ostrza, ogniwa obciążnikowego i wewnętrznego suwaka systemu regulacji pionowej do zewnętrznego suwaka systemu regulacji pionowej ( Rysunek 1E), który jest zamontowany na dole mechanizmu regulacji kąta ( Rysunek 1A i Rysunek 2A).
UWAGA: Mikroczujniki wagowe są delikatne. Należy zachować ostrożność podczas obchodzenia się z ogniwem obciążnikowym, aby zminimalizować wszelkie siły przyłożone do niego poza testem, zwłaszcza siły działające w kierunku pomiaru obciążenia.
3. Montaż elektryczny
- Skonfiguruj ogniwo obciążnikowe i system akwizycji danych. Zbuduj obwód wzmacniający zgodnie ze schematem (Rysunek 1F, Schemat obwodu wzmacniającego. SchDoc [Uzupełniający plik kodowania 18] i płytka PCB obwodu wzmacniającego. PcbDoc [Uzupełniający plik kodowania 19]). Podłącz sygnał wyjściowy bezpośrednio do systemu akwizycji danych o zakresie wejściowym 0-5 V. Połącz elementy obwodu zgodnie z Rysunek 1G.
- Skalibruj ogniwo obciążnikowe, umieszczając ciężar o znanej wielkości na belce odchylającej i zapisując napięcie wyjściowe w kodzie kalibracyjnym (calibrate_ni_daq.mlapp, Supplemental Coding File 20). Powtórz ten proces co najmniej 5 razy dla różnych mas o znanej ilości.
- Oblicz stałą kalibracji czujnika wagowego, dopasowując do linii dane dotyczące znanej masy w funkcji napięcia. Wprowadź tę wartość kalibracji do kodu zbierania danych (collect_data.mlapp, Supplemental Coding File 21).
UWAGA: Podejście do pozyskiwania danych będzie zależało od wybranego typu ogniwa obciążnikowego. W tym badaniu zastosowano czujnik wagowy ugięcia o maksymalnej nośności znamionowej 0,5 N, maksymalnej powtarzalności 0,05% znamionowej mocy wyjściowej (RO) i histerezie 0,03% RO. Sygnał wyjściowy ~10 mV jest wzmacniany, aby umożliwić zastosowanie komercyjnego systemu akwizycji danych (DAQ) (zakres wejściowy od -5 do 5 V, rozdzielczość 16-bitowa). W rezultacie, podczas zbierania danych z częstotliwością 20 Hz uzyskano rozdzielczość siły mniejszą niż 1 mN po zastosowaniu filtra toczącego mediany.
4. Montaż aparatury
- Po skonstruowaniu aparatury i skonfigurowaniu ogniwa obciążnikowego i systemu akwizycji danych, należy wymienić oryginalny, montowany na stoliku uchwyt na szkiełko na niestandardowy uchwyt na próbkę.
- Przymocuj zespół do mikroskopu. Użyj otworów montażowych na górnej powierzchni mikroskopu, jeśli są dostępne.
- Ustaw kąt cięcia, poluzowując skrzydełkową regulacji kąta, a następnie przesuwając suwak liniowy (Rysunek 1A). Ustaw kąt po zmierzeniu go kątomierzem (Rysunek 2A) i dokręć skrzydełkową regulacji kąta. Kąt między nogą a płaszczyzną środkową próbki, θ, można regulować w zakresie od 8° do 45° (Rysunek 1B).
- Ustaw dwa pionowe koła pasowe za aparatem.
5. Przygotowanie próbki
- Wymiary próbki: Przygotuj cienką prostokątną próbkę (np. 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) PDMS (patrz Tabela materiałów), wycinając ją z większego arkusza lub używając formy o odpowiednich wymiarach. Wymiary mogą się różnić, ale na początek zaleca się szerokość 1,5 cm lub mniejszą dla próbki o grubości 3 mm lub mniejszej.
- Cięcie nóg: Za pomocą żyletki przetnij próbkę 3 cm wzdłuż linii środkowej, aby utworzyć próbkę w kształcie litery Y (Rysunek 1B). Ta długość może się różnić, ale nogi powinny być wystarczająco długie, aby pomieścić wypustki, a jednocześnie wystarczająco krótkie, aby pozostawić nieoszlifowaną próbkę do pomiaru.
- Oznaczanie pomiaru odkształcenia: Za pomocą markera lub tuszu umieść dwa znaki, wyśrodkowane i oddalone od siebie o około 1 cm, na każdej z cienkich nóg (Rysunek 2D) i korpusie próbki (w sumie sześć), aby umożliwić pomiar zastosowanego rozciągnięcia w każdej z trzech nóg próbki pod obciążeniem.
- Mocowanie zakładek: Użyj kleju cyjanoakrylowego, aby przymocować wydrukowaną w 3D lub wyciętą laserowo zakładkę (krok 1.1) na końcu każdej nogi (Rysunek 1B i Rysunek 2D).
- Przygotuj żyłkę napinającą: Zmierz i odetnij dwie długości cienkiej żyłki. Do wewnętrznego prowadzenia przez mechanizm potrzebne jest około 30 cm linki; W razie potrzeby dodaj więcej, aby poprowadzić linkę do zewnętrznego zestawu kół pasowych (krok 4.4). Przymocuj płytki wagowe o wadze 5 g do końca przewodów przechodzących przez zewnętrzne koła pasowe i przywiąż drugi koniec do wypustki na każdej nodze.
6. Przykładowy montaż
UWAGA: Zachowaj ostrożność podczas tego kroku, aby upewnić się, że próbka nie dotyka obiektywu mikroskopu, aby uniknąć jego uszkodzenia. Pomocne może być wyregulowanie stolika obiektywu i mikroskopu, aby uzyskać jak najwięcej miejsca na montaż próbki.
- Clamp podstawę próbki za pomocą skrzydełkowej uchwytu próbki (Rysunek 1C).
- Poprowadź linię dla każdej nogi przez każdą stronę systemu kół pasowych (Rysunek 1A i Rysunek 2A). Zrób zdjęcie próbki od góry, gdy próbka jest pod znikomą wagą, trzymając kamerę przy spodniej części mechanizmu regulacji kąta. Upewnij się, że kamera jest ustawiona równolegle do płaszczyzny próbki, aby zminimalizować efekty perspektywy.
- Dodaj żądany ciężar napięcia wstępnego 75 g na oba końce żyłki w pobliżu zewnętrznych kół pasowych. Zwiększ tę ilość do 150 g lub zmniejsz ją do 50 g, aby w razie potrzeby zmienić wkład rozdarcia dla tego przykładowego materiału i geometrii. Zrób drugie zdjęcie próbki po dodaniu masy, ponownie upewniając się, że kamera jest równoległa do płaszczyzny próbki.
UWAGA: Podane tutaj przykładowe wagi odnoszą się konkretnie do próbki PDMS użytej w tym badaniu. - Wyrównaj żyłkę z najniższego koła pasowego z płaszczyzną Z nóg próbki za pomocą komponentu Z trójdrożnego stopnia mikroregulacji (Rysunek 1A). W przybliżeniu ustaw przewidywaną końcówkę ostrza blisko pola widzenia celu (Rysunek 2B).
7. Montaż ostrza
- Umieść żyletkę w odpowiednim zacisku ostrza (krok 1.2) i zabezpiecz ostrze na miejscu za pomocą ustalającej. Mocno osadź ostrze w zacisku ostrza (Rysunek 1D i Rysunek 2C), aby upewnić się, że jest kwadratowe. Wsuń tę przyciętą żyletkę do mocowania zacisku ostrza przymocowanego do ogniwa obciążnikowego (Rysunek 1E).
UWAGA: Ostrze należy zawsze umieszczać po zamontowaniu próbki. Jeśli ostrze znajduje się na miejscu przed próbką, stanowi zagrożenie dla bezpieczeństwa użytkownika.
8. Wyrównanie aparatury
- Wybierz obiektyw mikroskopowy 2,5x lub nawet 20x, jeśli pożądane są bliższe obrazy.
- Użyj ustawienia światła przechodzącego, w razie potrzeby zwiększając światło za próbką.
- Trzymając ostrze na miejscu, ustaw ostrość mikroskopu na jego spodzie, w razie potrzeby korzystając z systemu regulacji w pionie ostrza, aby ustawić końcówkę na odpowiednią odległość roboczą dla obiektywu (Rysunek 1E i Rysunek 2A). Ostrożnie ustaw żyletkę w polu widzenia mikroskopu, używając tylko kierunków X i Y trójstronnej mikroregulacji stage (Rysunek 1A).
- Następnie ustaw ostroskop na próbce. Dopasuj końcówkę pęknięcia do żyletki (Rysunek 2B), przesuwając stolik XY mikroskopu ( Rysunek 1A), aby upewnić się, że płaszczyzna środkowa próbki jest wyrównana z płaszczyzną środkową mechanizmu regulacji kąta.
9. Testowanie
- Otwórz kod używany do zbierania danych ogniwa obciążnikowego (collect_data.mlapp, Supplemental Coding File 21).
- Rozpocznij rejestrowanie danych ogniwa obciążnikowego, klikając przycisk Rozpocznij nagrywanie.
- Przełóż próbkę przez żyletkę na 1 cm lub więcej ze stałą prędkością, korzystając ze sterowania stolikiem mikroskopu. Jednoczesne gromadzenie obrazów za pomocą interfejsu obrazowania mikroskopu.
- Gdy mikroskop XY stage zatrzyma się (Rysunek 1A), kliknij przycisk Zatrzymaj nagrywanie, aby zatrzymać rejestrację danych i automatycznie zapisać plik *.txt z obciążeniem i czasem reakcji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Parametry wykorzystane w kroku 4 i kroku 6 oraz dane zebrane w kroku 6 i kroku 9 pozwalają wspólnie wyznaczyć energię cięcia próbki. Zgodnie z równaniem 1, określenie energii cięcia wymaga następujących parametrów: grubości próbki, t, siły wstępnej, fpre, oraz kąta między ramionami a osią cięcia, θ. Wymagane są również następujące dane: siła cięcia, fcut, oraz średnie odkształcenie ramion,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Opisywane tutaj poziome urządzenie do cięcia w kształcie litery Y umożliwia obrazowanie in situ wraz z ulepszoną łatwością użycia dla tej techniki awarii. Aparatura posiada modułową/przenośną konstrukcję do szybkiego montażu/demontażu z mikroskopu i ciągłej, wstępnie ustawionej regulacji kąta nóg. Wszystkie pliki CAD, wymagane materiały i procedury zostały dołączone, aby ułatwić wdrożenie tej metody. W wielu przypadkach (uchwyty ostrzy, uchwyt próbki, mocowanie ogniwa obciążnikowego, rama montażowa) części wydru...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Chcielibyśmy podziękować dr Jamesowi Phillipsowi, dr Amy Wagoner-Johnson, Alexandrze Spitzer i Amirowi Ostadi za ich rady dotyczące tej pracy. Finansowanie pochodziło z grantu na rozpoczęcie działalności przyznanego przez Wydział Nauk Mechanicznych i Inżynierii Uniwersytetu Illinois Urbana-Champaign. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid i C. Walsh otrzymali uznanie za pracę nad tym projektem.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kup części | |||
| 1" Koło pasowe OD | McMaster Carr | 3434T75 | Koło pasowe do liny stalowej (większej) |
| 100 g Micro Load Cell | RobotShop | RB-Phi-203 | |
| Rezystor | 1K Digi-Key | CMF1.00KFGCT-ND | 1 kOhm ± 1% 1 W Rezystor przewlekany Osiowa powłoka zmniejszająca palność, odporna na wilgoć, bezpieczna folia metalowa |
| Rezystor 1M | Digi-Key | RNF14FAD1M00 | 1 MOhms ± 1% 0,25 W, 1/4 W Rezystor przewlekany Osiowa powłoka zmniejszająca palność, bezpieczna folia metalowa |
| 3/8 "Koło pasowe OD | McMaster Carr | 3434T31 | Koło pasowe do liny stalowej |
| 4" Przezroczysty kątomierz z łatwymi do odczytu oznaczeniami | S & S Worldwide | LR3023 | |
| Płytka stykowa | ECEB | N/A | |
| IC OPAMP ZERO-DRIFT 2 CIRC 8DIP | Digi-Key | LTC1051CN8#PBF-ND | |
| M2 x 0,4 mm Nakrętka | McMaster Carr | 90592A075 | Stalowa nakrętka sześciokątna |
| M2 x 0,4 mm x 25 mm | McMaster Carr | 91292A032 | 18-8 Śruba z gniazdowym ze stali nierdzewnej |
| M2 x 0,4 mm x 8 mm | McMaster Carr | 91292A832 | 18-8 Śruba z walcowym ze stali nierdzewnej |
| M3 x 0,5 mm x 15 mm | McMaster Carr | 91290A572 | Śruba z walcowym ze stali stopowej oksydowanej |
| na czarno M3 x 0,5 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91294A134 | Śruba z sześciokątnym ze stali stopowej z czarnym tlenkiem |
| M3 x 0,5 mm, wysokość 4 mm | McMaster Carr | 90576A102 | Nakrętka zabezpieczająca ze stali nylonowej o średniej wytrzymałości |
| M4 x 0,7 mm Nakrętka | McMaster Carr | 90592A090 | Stalowa nakrętka sześciokątna |
| M4 x 0,7 mm x 15 mm | McMaster Carr | 91290A306 | Śruba z walcowym ze stali stopowej oksydowanej na czarno |
| M4 x 0,7 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91294A194 | Śruba z sześciokątnym ze stali stopowej z czarnego tlenku |
| M4 x 0,7 mm x 18 mm | McMaster Carr | 91290A164 | Śruba z gniazdowym ze stali stopowej oksydowanej na czarno |
| M4 x 0,7 mm x 20 mm | McMaster Carr | 91290A168 | Śruba z walcowym ze stali stopowej oksydowanej na czarno |
| M4 x 0,7 mm x 20 mm | McMaster Carr | 92581A270 | Śruba radełkowana z radełkowanym Stell |
| M4 x 0,7 mm x 30 mm | McMaster Carr | 91290A172 | Śruba z gniazdowym ze stali stopowej oksydowanej na czarno |
| M4 x 0,7 mm x 50 mm | McMaster Carr | 91290A193 | Śruba z walcowym ze stali stopowej oksydowanej na czarno |
| M4 x 0,7 mm, Wysokość 5 mm | McMaster Carr | 94645A101 | Nakrętka zabezpieczająca ze stali |
| M5 x 0,8 mm Nakrętka | McMaster Carr | 90592A095 | Stalowa nakrętka sześciokątna |
| M5 x 0,8 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91310A123 | Śruba z sześciokątnym ze stali o wysokiej wytrzymałości 10.9 |
| M5 x 0,8 mm x 35 mm | McMaster Carr | 91290A195 | Śruba |
| z gniazdowym ze stali stopowej oksydowanej na czarnoM5 x 0,8 mm, średnica główki 13 mm McMaster | Carr | 96445A360 | Nakrętka radełkowana z radełkowanym z kołnierzem |
| M5 x 0,8 mm, wysokość 5 mm | McMaster Carr | 90576A104 | Nakrętka zabezpieczająca ze stali |
| Oprogramowanie CAD | Solidworks | Dassault Systemes | |
| Zestaw okablowania | ECEB | N/A | |
| Oś XYZ Ręczny precyzyjny stolik liniowy 60 mm x 60 mm Przycinanie łożysk Platforma tuningowa Stół przesuwny | OptykaFocus | N / A | |
| Make Parts< / strong> | |||
| Angle adjustment system - ramię | Druk | solidworks: arms_arm_single. SLDPRT ILOŚĆ: 2 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| System regulacji kąta - ramiona stacjonarne | Druk | solidworks: arms_stationary. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| System regulacji kąta - link | Druk | solidworks: arms_arm_link. SLDPRT ILOŚĆ: 2 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| System regulacji kąta- suwak | Druk | solidworks: arms_slider. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| System regulacji kąta - przekładka | Druk | solidworks: arms_front_spacer. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| Klips- Klips ostrza | Druk | solidworks: Klips ostrza. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Fine/0,1 mm wysokości warstwy | |
| Clip- Mocowanie klipsa ostrza | Druk | solidworks: Mocowanie klipsa ostrza. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Wysokość warstwy drobna/0,1 mm | |
| Ramię ramy | Druk 3D solidworks | : ramię ramy. SLDPRT ILOŚĆ: 2 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| Platforma montażowa | Laser Cut Acrylic | solidworks: platforma montażowa. SLDPRT ILOŚĆ: 1 | |
| Ramię koła pasowego (po lewej) | Druk | solidworks: koło pasowe arm_Mirror.SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| Ramię koła pasowego (prawe) | Druk | solidworks: ramię koła pasowego. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| Uchwyt na próbkę i zakładka- Zacisk | Druk | solidworks: Clamp.SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| Uchwyt na próbkę i zakładka- Uchwyt na próbkę | Druk 3D solidworks | : Uchwyt próbki. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| Uchwyt na próbkę i zakładka- Zakładka | Druk | solidworks: Tab.SLDPRT ILOŚĆ: 2 na test Ustawienie: Drobna/0,1 mm wysokość warstwy, bez ronda | |
| System regulacji pionowej - Prowadnica wewnętrzna | Drukowanie 3D solidworks | : Prowadnica wewnętrzna. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy | |
| System regulacji w pionie- Prowadnica zewnętrzna | Druk 3D solidworks | : Prowadnica zewnętrzna. SLDPRT ILOŚĆ: 1 Ustawienie: Szybkie/0,2 mm wysokości warstwy |
Bibliografia
- Long, R., Hui, C. -Y. Crack tip fields in soft elastic solids subjected to large quasi-static deformation - A review. Extreme Mechanics Letters. 4, 131-155 (2015).
- Slootman, J., et al. Quantifying rate-and temperature-dependent molecular damage in elastomer fracture. Physical Review X. 10, 041045(2020).
- Zhao, X., et al. Soft materials by design: Unconventional polymer networks give extreme properties. Chemical Review. 121 (8), 4309-4372 (2021).
- Mzabi, S., Berghezan, D., Roux, S., Hild, F., Creton, C. A critical local energy release rate criterion for fatigue fracture of elastomers. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 49 (21), 1518-1524 (2011).
- Chen, Y., Mellot, G., Van Luijk, D., Creton, C., Sijbesma, R. P. Mechanochemical tools for polymer materials. Chemical Society Reviews. 50, 4100-4140 (2021).
- Hui, C. -Y., Jagota, A., Bennison, S. J., Londono, J. D. Crack blunting and the strength of soft elastic solids. Proceedings of the Royal Society A Mathematical, Physical and Engineering Science. 459 (2034), 1489-1516 (2003).
- Zhang, B., Hutchens, S. B. On the relationship between cutting and tearing in soft elastic solids. Soft Matter. 17, 6728-6741 (2021).
- Lake, G. J., Yeoh, O. H. Measurement of rubber cutting resistance in the absence of friction. International Journal of Fracture. 14, 509-526 (1978).
- Zhang, B., Shiang, C. -S., Yang, S. J., Hutchens, S. B. Y-shaped cutting for the systematic characterization of cutting and tearing. Experimental Mechanics. 59, 517-529 (2019).
- Rivlin, R. S., Thomas, A. G. Rupture of rubber. I. Characteristic energy for tearing. Journal of Polymer Science. 10 (3), 291-318 (1953).
- Elices, M., Guinea, G. V., Gómez, J., Planas, J. The cohesive zone model: Advantages, limitations and challenges. Engineering Fracture Mechanics. 69 (2), 137-163 (2002).
- Taylor, D. The Theory of Critical Distances. , Elsevier. London, UK. (2007).
- Williams, J. G. Stress at a distance fracture criteria and crack self-blunting in rubber. International Journal of Non-Linear Mechanics. 68, 33-36 (2015).
- Talamini, B., Mao, Y., Anand, L. Progressive damage and rupture in polymers. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 111, 434-457 (2018).
- Long, R., Hui, C. -Y., Gong, J. P., Bouchbinder, E. The fracture of highly deformable soft materials: A tale of two length scales. Annual Review of Condensed Matter Physics. 12, 71-94 (2021).
- Gent, A. N., Wang, C. Cutting resistance of polyethylene. Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics. 34 (13), 2231-2237 (1996).
- Chen, X., Nadiarynkh, O., Plotnikov, S., Campagnola, P. J. Second harmonic generation microscopy for quantitative analysis of collagen fibrillar structure. Nature Protocols. 7, 654-669 (2015).
- Pan, B., Qian, K., Xie, H., Asundi, A. Two-dimensional digital image correlation for in-plane displacement and strain measurement: A review. Measurements Science and Technology. 20 (6), 062001(2009).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
