O corte em forma de Y mede escalas de comprimento relevantes para fratura e energias em materiais macios. Aparelhos anteriores foram projetados para medições de bancada. Este protocolo descreve a fabricação e o uso de um aparelho que orienta a configuração horizontalmente e fornece as capacidades de posicionamento fino necessárias para a visualização in situ , além da quantificação de falhas, através de um microscópio óptico.
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Artigo de método
Realização de testes de corte em forma de Y montados no microscópio
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Neste artigo
Resumo
Resumo
O corte em forma de Y demonstrou recentemente ser um método promissor para entender a escala de comprimento limiar e a energia de falha de um material, bem como sua resposta à falha na presença de excesso de energia de deformação. O aparato experimental utilizado nesses estudos foi orientado verticalmente e exigiu passos pesados para ajustar o ângulo entre as pernas em forma de Y. A orientação vertical proíbe a visualização em microscópios ópticos padrão. Este protocolo apresenta um aparelho de corte em forma de Y que se monta horizontalmente sobre um estágio de microscópio invertido existente, pode ser ajustado em três dimensões (X-Y-Z) para se enquadrar no campo de visão do objetivo e permite fácil modificação do ângulo entre as pernas. As duas últimas características são novas para esta técnica experimental. O aparelho apresentado mede a força de corte com precisão de 1 mN. Ao testar o polidimetilsiloxano (PDMS), o material de referência para esta técnica, foi medida uma energia de corte de 132,96 J/m 2 (ângulo de perna de 32°, pré-carga de 75 g) e verificou-se que estava dentro do erro de medições anteriores feitas com uma configuração vertical (132,9 J/m 2 ± 3,4 J/m2). A abordagem se aplica a materiais sintéticos moles, tecidos ou biomembranas e pode fornecer novos insights sobre seu comportamento durante a falha. A lista de peças, arquivos CAD e instruções detalhadas neste trabalho fornecem um roteiro para a fácil implementação dessa poderosa técnica.
Introdução
A mecânica do contínuo não linear forneceu uma lente crítica através da qual entender a concentração de energia que leva à falha em sólidos moles1. No entanto, a predição precisa dessa falha também requer descrições das características microestruturais que contribuem para a criação de novas superfícies na ponta da fissura 2,3. Um método para abordar tais descrições é através da visualização in situ da ponta da fissura durante a falha 4,5. No entanto, o embotamento de rachaduras em testes típicos de fratura de campo dist....
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Protocolo
1. Ajuste e fabricação de peças modificáveis e consumíveis
- Use um cortador a laser ou impressora 3D para fabricar abas descartáveis de ABS ou acrílico que caibam dentro da largura das pernas da amostra, B1 e B2 (7,5 mm x 7,5 mm para uma amostra de 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) (Figura 1B e Figura 2D). Duas abas são necessárias para cada teste, uma para cada perna.
- Clipe da lâmina de barbear
NOTA: As dimensões exatas do clipe da lâmina de barbear necessária dependem da profundidade da lâmina de barbear utilizada.- Modifique o clipe de lâmina do arquivo de design CAD (consu....
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Resultados
Os parâmetros utilizados durante os passos 4 e 6 e os dados recolhidos durante os passos 6 e 9 combinam-se para produzir a energia de corte da amostra. De acordo com a Eqn. 1, a determinação da energia de corte requer os seguintes parâmetros: espessura da amostra, t, força de pré-carga, f pré e o ângulo entre as pernas e o eixo de corte, θ. Os seguintes dados também são necessários: a força de corte, o corte f e a tensão média da perna,
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Discussão
O aparato de corte horizontal em forma de Y relatado aqui permite recursos de imagem in situ , juntamente com maior facilidade de uso para essa técnica de falha. O aparelho inclui um design modular/portátil para montagem/desmontagem rápida a partir de um microscópio e ajuste contínuo e pré-alinhado do ângulo das pernas. Todos os arquivos CAD, materiais necessários e procedimentos foram incluídos para facilitar a implementação deste método. Em muitos casos (suportes de lâmina, suporte de amostra, montagem de célu.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer ao Dr. James Phillips, à Dra. Amy Wagoner-Johnson, a Alexandra Spitzer e a Amir Ostadi por seus conselhos sobre este trabalho. O financiamento veio da bolsa de start-up fornecida pelo Departamento de Ciência Mecânica e Engenharia da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid e C. Walsh receberam crédito de design sênior por seu trabalho neste projeto.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Compre Peças | |||
| 1" Polia OD | McMaster Carr | 3434T75 | Polia para Cabo de Aço (Maior) |
| 100 g Micro Load Cell | RobotShop RB-Phi-203 | ||
| 1K Resistor | Digi-Key | CMF1.00KFGCT-ND | 1 kOhms ± 1% 1 W através da chama axial do resistor do furo - revestimento retardador, resistente à umidade, filme do metal da segurança |
| Resistor | Digi-chave | RNF14FAD1M00 | 1 MOhms ± 1% 0,25 W, 1/4 W Através do Resistor de Furo Revestimento Retardador de Chama Axial, Filme de Metal de Segurança |
| Polia de 3/8" OD | McMaster Carr | 3434T31 | para Cabo de Aço |
| 4" Transferidor Transparente com Marcações de Fácil Leitura | S& S Worldwide | LR3023 | |
| Placa de Ensaio | ECEB | N/A | |
| IC OPAMP ZERO-DRIFT 2 CIRC 8DIP | Digi-Key | LTC1051CN8#PBF-ND | |
| M2 x 0.4 mm Porca | Hexagonal de Aço | McMaster Carr | 90592A075 |
| M2 x 0.4 mm x 25 mm | McMaster Carr | 91292A032 | Parafuso de Cabeça de Soquete de Aço Inoxidável 18-8 |
| M2 x 0.4 mm x 8 mm | McMaster Carr | 91292A832 | 18-8 Parafuso de cabeça cilíndrica de aço inoxidável |
| M3 x 0,5 mm x 15 mm | McMaster Carr | 91290A572 | Parafuso de cabeça cilíndrica de aço de liga de óxido preto |
| M3 x 0,5 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91294A134 | Parafuso de cabeça chata de acionamento hexagonal de aço de liga de óxido preto |
| M3 x 0,5 mm, 4 mm de altura | McMaster Carr | 90576A102 | Porca de inserção de nylon de aço de resistência média |
| M4 x 0,7 mm | Porca | Hexagonal de Aço | 90592A090 |
| M4 x 0.7 mm x 15 mm | McMaster Carr | 91290A306 | Parafuso de Cabeça de Soquete de Aço de Liga de Óxido Preto |
| M4 x 0.7 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91294A194 | Parafuso de Cabeça Chata de Acionamento Hexagonal de Liga de Óxido Preto |
| M4 x 0.7 mm x 18 mm | McMaster Carr | 91290A164 | Parafuso de Cabeça de Soquete de Aço de Liga de Óxido Preto |
| M4 x 0.7 mm x 20 mm | McMaster Carr | 91290A168 | Parafuso de cabeça cilíndrica de aço de liga de óxido preto |
| M4 x 0,7 mm x 20 mm | McMaster Carr | 92581A270 | Parafuso de cabeça serrilhada |
| M4 x 0,7 mm x 30 mm | McMaster Carr | 91290A172 | Parafuso de cabeça cilíndrica de aço de liga de óxido preto |
| M4 x 0,7 mm x 50 mm | McMaster Carr | 91290A193 | Parafuso de cabeça cilíndrica de aço liga de óxido preto |
| M4 x 0,7 mm, Porca de | Travamento de Inserção de Nylon de Aço de Alta Resistência | McMaster Carr | 94645A101 |
| M5 x 0.8 mm Porca | Sextavada de Aço | McMaster Carr | 90592A095 |
| M5 x 0.8 mm x 16 mm | McMaster Carr | 91310A123 | Parafuso de Cabeça Sextavada de Aço Classe 10.9 de Alta Resistência |
| M5 x 0.8 mm x 35 mm | McMaster Carr | 91290A195 | Parafuso |
| de Cabeça Soquete de Aço de Liga de Óxido PretoM5 x 0,8 mm, diâmetro da cabeça de 13 mm | McMaster Carr | 96445A360 | Porca de polegar de cabeça serrilhada flangeada |
| M5 x 0,8 mm, 5 mm de altura | McMaster Carr | 90576A104 | Contraporca de inserção de nylon de aço de resistência média |
| Solidworks | Dassault Systemes | Software CAD | |
| Kit de fiação | ECEB | N/A | |
| Eixo XYZ Precisão Manual Estágio Linear 60 mm x 60 mm Aparar Rolamento Tuning Plataforma | Mesa Deslizante ÓpticaFoco | N/A | |
| Fazer Peças | |||
| Sistema de ajuste de ângulo - braço | Impressão | solidworks: arms_arm_single. SLDPRT QTD: 2 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Sistema de ajuste de ângulo - braços estacionários | Impressão | solidworks: arms_stationary. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Sistema de ajuste de ângulo - link | Impressão | solidworks: arms_arm_link. SLDPRT QTD: 2 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Sistema de ajuste de ângulo - controle deslizante | 3D Impressão | solidworks: arms_slider. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Sistema de ajuste de ângulo - espaçador | Impressão 3D solidworks | : arms_front_spacer. SLDPRT QTY: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Clipe - Clipe de lâmina | Impressão | solidworks: Clipe de lâmina. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Fina/0,1 mm de altura da camada | |
| Clip- Montagem do clipe da lâmina | Impressão | solidworks: Montagem do clipe da lâmina. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Fina/0,1 mm de altura da camada | |
| Braço da armação | Impressão | solidworks: armação da armação. SLDPRT QTD: 2 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Plataforma de montagem | Corte a laser Acrílico | solidworks: plataforma de montagem. SLDPRT QTD: 1 | |
| Braço da polia (esquerda) | Impressão | solidworks: polia arm_Mirror.SLDPRT QTY: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Braço da polia (direita) | Impressão | solidworks: braço da polia. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Suporte de amostra e guia- Grampo | 3D Impressão | solidworks: Gramp.SLDPRT QTD: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Suporte de amostra e guia- Suporte de amostra | Impressão | solidworks: Suporte de amostra. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Suporte de amostra e guia- Aba | Impressão | solidworks: Tab.SLDPRT QTD: 2 por teste Configuração: Fina/0,1 mm de altura da camada, sem aba | |
| Sistema de ajuste vertical- Slide interno | Impressão | solidworks: Slide interno. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada | |
| Sistema de ajuste vertical- Slide externo | Impressão 3D solidworks | : Slide externo. SLDPRT QTD: 1 Configuração: Rápido/0,2 mm de altura da camada |
Referências
- 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 temperatu....
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Reimpressões e permissões
