Выполнение испытаний на Y-образную резку, установленных на микроскопе

Y-образная резка измеряет энергию разрушения и критическую шкалу звена создания поверхности в мягких твердых телах. Включение этого метода в микроскоп облегчает разгадку микроструктурных механизмов, которые управляют этими величинами. В отличие от большой посаженной трещины, типичной для загрузки передних колес, этот протокол использует локализацию растяжения, вызванную пластинами, чтобы уменьшить поле зрения, необходимое для изображения процесса внутреннего отказа.

Этот подход может дать представление о неисправности мягких синтетических материалов и биологических мягких тканей. Для начала замените оригинальный держатель слайда, установленный на сцене, на пользовательский держатель для образцов и прикрепите узел к микроскопу. Установите угол наклона чашки, ослабив угол регулировки винта большого пальца, а затем переместив линейный слайд.

Установите угол после измерения его с помощью транспортира и затяните угол регулировки большого пальца винтом. Угол между ножкой и промежуточной плоскостью образца тета может регулироваться от 8 до 45 градусов. Установите два вертикальных шкива позади аппарата.

Подготовьте тонкий прямоугольный образец полидиметилсилоксана, или PDMS, либо вырезав его из более крупного листа, либо используя форму правильных размеров. Размеры могут варьироваться, но для начала рекомендуется ширина 1 1/2 сантиметра или менее для образца толщиной три миллиметра и менее. Используйте лезвие бритвы, чтобы разрезать образец на три сантиметра вдоль по центральной линии, чтобы создать Y-образный образец.

Эта связь может варьироваться, но ножки должны быть достаточно длинными, чтобы вместить вкладки, но достаточно короткими, чтобы оставить неразрезанный образец для измерения. Используя маркер или чернила, поместите две отметки, центрированные и разделенные примерно одним сантиметром, на каждую из тонких ножек и тело образца, чтобы измерить нанесенное растяжение в каждой из трех ног образца под нагрузкой. Используйте клейкий цианоакрилатный клей, чтобы прикрепить 3D-печатную или вырезанную лазером вкладку к концу каждой ножки.

Измерьте и обрежьте две длины тонкой лески. Примерно 30 сантиметров линии необходимо для внутренней прокладки через механизм к внешнему комплекту шкивов. Прикрепите пятиграммовые весовые пластины к концу линий, проходящих через внешние шкивы, и привяжите другой конец к выступу на каждой ножке.

Зажмите основание образца с помощью винта держателя образца и проложите линию для каждой ноги через каждую сторону системы шкивов. Сфотографируйте образец сверху, пока образец находится под незначительным весом, удерживая камеру на нижней стороне механизма регулировки угла. Убедитесь, что камера параллельна плоскости выборки, чтобы свести к минимуму неугловые эффекты.

Добавьте желаемый вес преднатяга в 75 грамм на оба конца лески возле внешних шкивов. Увеличьте это количество до 150 граммов или уменьшите его до 50 граммов, чтобы изменить разрывной вклад, если это необходимо для этой комбинации материала и геометрии образца. Выровняйте леску от самого нижнего шкива с плоскостью Z ножек образца, используя Z-компонент трехсторонней ступени микрорегулировки.

Сделайте второй снимок образца после добавления веса. Приблизительно расположите ожидаемый наконечник лезвия близко к полю зрения объектива. Поместите лезвие бритвы в соответствующий зажим лезвия и закрепите лезвие на месте с помощью установленного винта.

Вставьте это обрезанное лезвие бритвы в крепление зажима лезвия, прикрепленное к тензодатчику. Выберите объектив микроскопа 2,5x или 20x, если требуется более близкое изображение, и используйте настройку пропускаемого света, увеличивая свет позади образца, если это необходимо. Установив лезвие на место, сфокусируйте микроскоп на ближайшей поверхности лезвия, используя систему вертикальной регулировки, если это необходимо, чтобы довести наконечник до соответствующего рабочего расстояния для объектива.

Тщательно выровняйте лезвие бритвы в поле зрения микроскопа, используя только направления X и Y трехсторонней стадии микронастройки. Сфокусируйте микроскоп на образце и выровняйте наконечник трещины с лезвием бритвы, переведя ступень X /Y микроскопа. Это гарантирует, что промежуточная плата образца выровнена с промежуточной плоскостью механизма регулировки угла.

Откройте код, используемый для сбора данных тензодатчика, и начните запись данных тензодатчика, нажав кнопку Начать запись. Переведите образец к лезвию бритвы на один сантиметр или более с постоянной скоростью с помощью управления ступенью микроскопа. Одновременный сбор изображений с помощью интерфейса визуализации микроскопа.

Когда X/Y-каскад микроскопа остановится, нажмите кнопку «Остановить запись», чтобы остановить запись данных и автоматически сохранить текстовый файл нагрузки и времени отклика. Здесь показана кривая силы-времени для полидиметилсилоксана с использованием ультраострого лезвия. Области упругой нагрузки, инициации разреза, стационарной резки и разгрузки кривой обозначены на графике.

Эти данные иллюстрируют высокую начальную силу, которая обычно требуется для инициирования разреза, за которой следует постоянная сила, указывающая на стационарную резку. Сила резания является максимальным значением силы в рамках этого стационарного режима. Красные круги, показанные здесь, соответствуют конкретным изображениям, полученным микроскопом.

Желтый круг был добавлен для облегчения наблюдения за движением пятнистого рисунка, и эти числа указывают на временные метки изображения и секунды. Измеренная стационарная сила резания в сочетании с экспериментальными параметрами испытания тета угла ноги, толщины образца T, преднатяга f предварительного и радиуса лезвия дают стационарную энергию резания в соответствии с показанным уравнением. Здесь мы успешно воспроизведем энергию резания, ранее описанную в литературе для этих условий.

Включив Y-образную резку в микроскоп, мы позволяем количественно оценить микроструктурный вклад в разрушение мягких твердых и мягких тканей с помощью флуоресцентных зондов, автофлуоресценции и методов полной напряженности поля.