Миллиметр на изгиб тестирования системы шкалы для измерения механических свойств морской губкой спикулы

Общая цель этого эксперимента — измерить изгибные свойства волокон диаметром от 10 до 100 микрометров. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы о механическом поведении биологических структур, таких как прочностные и жесткие свойства спикул морской губки. Основное преимущество этой методики заключается в том, что с ее помощью можно измерить механические свойства самых разных материалов с различными размерами и упругими свойствами.

Хотя этот метод может дать представление о механическом поведении спикул, он также может быть применен к другим несущим биологическим структурам, таким как стебли растений и перьевые рахизы. Для начала прикрепите точку нагрузки к консоли с помощью винтов с наконечником номер 4-40. Следите за тем, чтобы не деформировать консольные рычаги при креплении точки нагрузки.

Затем расположите наконечник точки нагрузки в сторону от консольной пластины и свободно прикрепите консоль к пластине с помощью винтов с торцевой головкой No 6-32. Затем вставьте юстировочные штифты 1/8 дюйма через консоль и пластину, затяните винты, а затем снимите юстировочные штифты. Максимально втяните оптоволоконный датчик смещения, повернув микрометр датчика против часовой стрелки.

Затем свободно прикрепите консольную пластину к раме с помощью винтов с торцевой головкой No 6-32 с наконечником точки нагрузки, направленным в отрицательном направлении z. Снова вставьте юстировочные штифты 1/8 дюйма, на этот раз через раму и консольную пластину, затяните винты, а затем снимите юстировочные штифты. Теперь установите столик на опорную пластину сцены так, чтобы кончики микрометрических головок на выравнивающей пластине упирались в углубления опорной пластины сцены.

Установите пузырьковый уровень на изоляционный стол и отрегулируйте давление в каждой из ножек стола, поворачивая винты с накатанной головкой рукава клапана так, чтобы поверхность была ровной. Переместите пузырьковый уровень в верхнюю часть выравнивающей пластины и отрегулируйте микрометр так, чтобы он также был ровным. Обратите внимание на положения микрометра и снимите предметный столик с опорной пластины предметного столика.

С помощью пинцета возьмитесь за одну якорную спикулу за дистальный конец и потяните, чтобы извлечь ее из скелета. Поместите спикулу на чистое предметное стекло микроскопа. Используя пятикратную красную кисть из соболя, прижмите спикулу к предметному стеклу.

Отрежьте четырехмиллиметровый участок спикулы, прижав лезвие бритвы к спикуле с обеих сторон щетки, перпендикулярно поверхности слайда. Затем откажитесь от дистального и проксимального отделов спикулы и оставьте четырехмиллиметровый участок срезанным от средней точки. Перенесите срез спикулы на стадию для отбора образца.

Расположите его поперек траншеи с нужным пролетом для испытания на изгиб и осторожно прижмите его в положительном направлении Y к гребню траншеи, чтобы убедиться, что спикула перпендикулярна краям траншеи. Установите столик на опорную пластину ступени так, чтобы кончики микрометровых шпинделей упирались в углубления опорной пластины ступени. При необходимости отрегулируйте микрометры на выравнивающей пластине сцены.

Откройте программу «Испытание на изгиб», которую можно найти в дополнительном файле кода, и установите Размер шага на два микрометра, Максимальное смещение на 0,5 миллиметра, Ограничитель низкого напряжения на 1,5 вольта и Стоп высокого напряжения на 4,6 вольта, используя текстовые поля, показанные в пользовательском интерфейсе. Выберите нужное изображение, каталоги данных и имя выходного файла с помощью текстовых полей в пользовательском интерфейсе. Затем установите переключатель «Сохранить изображения» в пользовательском интерфейсе в нижнее положение и нажмите зеленую прямоугольную кнопку под надписью «Разность напряжений», чтобы она засветилась.

Теперь запустите программу Bending Test и дождитесь инициализации интерфейсов контроллера двигателя и камеры. Включите осветитель, и отрегулируйте яркость так, чтобы был виден наконечник точки нагрузки. Затем поверните оптоволоконный датчик смещения микрометром по часовой стрелке до тех пор, пока выходное напряжение, отображаемое на графике пользовательского интерфейса, не составит около 1,7 вольта.

Теперь используйте ползунок потенциометра на контроллере двигателя оси Z, чтобы переместить столик в положительном направлении z, пока он не окажется примерно на один сантиметр ниже точки нагрузки, и установите исходное положение по оси Z, нажав кнопку «Домой». С помощью ползунков потенциометра на контроллерах двигателей осей X и Y расположите наконечник точки нагрузки над центром тонкой стальной полосы, расположенной на предметном столике образца в отрицательном направлении x от траншеи. Затем с помощью ползунка потенциометра на контроллере мотора оси z перемещайте предметный столик в положительном направлении z, пока предметный столик не окажется в поле зрения микроскопа.

Нажмите кнопку с надписью «Начать тест» и при появлении запроса введите значения 0,003 вольта и 0,001 миллиметра для чувствительности касания и размера шага касания соответственно. Нажмите OK и подождите несколько минут, пока этап калибровки не завершится. Откройте и запустите программу Basic Data, найденную в дополнительном файле кода, и поворачивайте микрометр оптоволоконного датчика смещения против часовой стрелки до тех пор, пока выходное напряжение, отображаемое на графике пользовательского интерфейса, не составит примерно три вольта.

Затем с помощью ползунка потенциометра на контроллере двигателя оси X расположите наконечник точки нагрузки между краями траншеи над спикулой. Кроме того, используйте ползунок потенциометра на контроллере двигателя оси Z, чтобы перемещать столик в положительном направлении z, пока наконечник точки нагрузки не окажется ниже верхней поверхности гребня траншеи. Наконец, используйте ползунок потенциометра на контроллере двигателя оси Y, чтобы сфокусировать переднюю поверхность гребня траншеи так, чтобы вся ширина наконечника точки нагрузки находилась между краями гребня траншеи.

Затем остановите программу «Основные данные», нажав кнопку «Стоп». Затем откройте и запустите программу Center Load Point, как описано в дополнительном файле кода. С помощью контроллера двигателя оси X перемещайте столик до тех пор, пока наконечник точки нагрузки не окажется почти в контакте с правым краем траншеи.

Затем нажмите на кнопку «Найти грань». При появлении запроса используйте контроллер двигателя оси X для перемещения предмета до тех пор, пока наконечник точки нагрузки не окажется почти в контакте с левым краем траншеи. На этом этапе нажмите кнопку «Найти кромку» еще раз и подождите, пока программа расположит наконечник точки нагрузки посередине пролета траншеи.

Далее откройте программу «Тест на изгиб». Установите Размер шага на два микрометра, Максимальный смещение на 0,5 миллиметра, Останов низкого напряжения на 1,5 вольта и Стоп высокого напряжения на 4,5 вольта с помощью текстовых полей в пользовательском интерфейсе. Кроме того, выберите нужные каталоги изображений и данных, а также имя выходного файла, используя текстовые поля в пользовательском интерфейсе.

Установите переключатель «Сохранить изображения» в пользовательском интерфейсе в верхнее положение и нажмите зеленую прямоугольную кнопку под надписью «Разница напряжений», чтобы она не подсвечивалась. Затем запустите программу Bending Test и дождитесь инициализации интерфейсов контроллера двигателя и камеры. После инициализации переместите предметный столик в положительном направлении z, используя ползунок потенциометра на контроллере двигателя, пока спикула не окажется в поле зрения микроскопа.

Затем используйте ползунок потенциометра на контроллере двигателя оси Y, чтобы перемещать столик до тех пор, пока спикула не окажется под наконечником точки нагрузки. Затем отрегулируйте ручку фокусировки микроскопа так, чтобы спикула была в фокусе в пользовательском интерфейсе. Затем поверните микрометр оптоволоконного датчика смещения против часовой стрелки до тех пор, пока выходное напряжение не составит примерно 1,8 вольта.

После настройки нажмите «Начать тест» и подождите, пока тест на изгиб не будет завершен и столик вернется в исходное положение по оси Z. Смещение спикулы в направлении z и сила, приложенная наконечником точки нагрузки, могут быть рассчитаны с помощью файла интерполяции напряжения-смещения, файла калибровки усилия и файла испытания на изгиб, полученного в результате испытания на трехточечный изгиб. Файл интерполяции напряжения-смещения используется для измерения смещения кантилевера во время испытания на изгиб.

Для оценки жесткости консоли используется калибровка силы, которая затем используется для соотнесения смещения консоли с силой, приложенной наконечником точки нагрузки. Взятые вместе, они могут быть использованы для создания реакций на смещение силы. Здесь показаны три различных якорных спикулы E.aspergillum, полученных в результате успешных испытаний на трехточечный изгиб.

После освоения этого устройства можно провести испытание на изгиб примерно за 10-15 минут. Наиболее важным аспектом этой процедуры является обеспечение правильной посадки спикулы на сцене и перпендикулярности ее оси к краям траншеи. Испытания на трехточечный изгиб предоставляют исследователям, изучающим несущие биологические структуры, относительно простой способ получить представление об их механическом поведении.

После испытания на изгиб можно использовать теории балок для вычисления модуля Юнга спикул Юнга и прочности на разрушение по данным о перемещении силы.