Method Article

Mikroskopa Monte Y Şekilli Kesme Testlerinin Yapılması

DOI:

10.3791/64546

January 20th, 2023

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Y şeklindeki kesim, yumuşak malzemelerdeki kırılmaya bağlı uzunluk ölçeklerini ve enerjileri ölçer. Önceki aparatlar tezgah üstü ölçümler için tasarlanmıştır. Bu protokol, kurulumu yatay olarak yönlendiren bir aparatın imalatını ve kullanımını açıklar ve optik mikroskop aracılığıyla yerinde görüntüleme için gerekli ince konumlandırma yeteneklerini ve ayrıca arıza ölçümünü sağlar.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Y şeklindeki kesimin son zamanlarda, bir malzemenin eşik uzunluk ölçeğini ve arıza enerjisini ve ayrıca aşırı deformasyon enerjisinin varlığında arıza tepkisini anlamak için umut verici bir yöntem olduğu gösterilmiştir. Bu çalışmalarda kullanılan deneysel aparatlar dikey olarak yönlendirildi ve Y şeklindeki bacaklar arasındaki açıyı ayarlamak için hantal adımlar gerektiriyordu. Dikey yönelim, standart optik mikroskoplarda görselleştirmeyi yasaklar. Bu protokol, mevcut bir ters çevrilmiş mikroskop aşamasına yatay olarak monte edilen, hedefin görüş alanına girmek için üç boyutta (X-Y-Z) ayarlanabilen ve bacaklar arasındaki açının kolayca değiştirilmesini sağlayan Y şeklinde bir kesme aparatı sunar. Son iki özellik bu deneysel teknik için yenidir. Sunulan aparat, kesme kuvvetini 1 mN hassasiyet içinde ölçer. Bu tekniğin referans malzemesi olan polidimetilsiloksan (PDMS) test edilirken, 132.96 J/m2'lik bir kesme enerjisi ölçüldü (32° bacak açısı, 75 g ön yük) ve dikey kurulumla (132.9 J/m2 ± 3.4 J/m2) yapılan önceki ölçümlerin hatasına düştüğü tespit edildi. Bu yaklaşım yumuşak sentetik malzemeler, dokular veya biyo-membranlar için geçerlidir ve başarısızlık sırasındaki davranışları hakkında yeni bilgiler sağlayabilir. Bu çalışmadaki parçaların listesi, CAD dosyaları ve ayrıntılı talimatlar, bu güçlü tekniğin kolay uygulanması için bir yol haritası sağlar.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Doğrusal olmayan süreklilik mekaniği, yumuşak katılarda arızaya yol açan enerji konsantrasyonunu anlamak için kritik bir mercek sağlamıştır1. Bununla birlikte, bu arızanın doğru bir şekilde tahmin edilmesi, çatlak ucu 2,3'te yeni yüzey oluşumuna katkıda bulunan mikroyapısal özelliklerin açıklamalarını da gerektirir. Bu tür açıklamalara yaklaşmanın bir yöntemi, arıza sırasında çatlak ucunun yerinde görselleştirilmesidir 4,5. Bununla birlikte, tipik uzak alan kırılma testlerinde çatlak körelmesi, potansiyel olarak mikroskobun görüş alanının dışına yayılan yüksek oranda deforme olmuş malzemeyi yayarak in situ verilerin elde edilmesini zorlaştırır6. Y şeklindeki kesim, mikroyapısal görselleştirme için benzersiz bir alternatif sunar, çünkü büyük deformasyon bölgesini bir bıçağın ucunda yoğunlaştırır7. Ayrıca, grubumuzun önceki çalışmaları, bu benzersiz deneysel yaklaşımın, uzak alan yırtılması ve temas aracılı yükleme koşulları arasındaki arıza tepkisindeki farklılıklar hakkında fikir verebileceğini göstermektedir7.

Burada sunulan aparatlarda kullanılan Y şeklindeki kesme yöntemi ilk olarak on yıllar önce doğal kauçuk8 için bir kesme yöntemi olarak tanımlanmıştır. Yöntem, önceden yüklenmiş Y şeklindeki bir test parçasından sabit bir bıçak iterek kesmeden oluşur. "Y" nin kesişme noktasında, dikdörtgen bir parçanın bir kısmının iki eşit "bacağa" bölünmesiyle testten önce oluşturulan çatlak ucu bulunur (Şekil 1B ve Şekil 2D). Bu kesme yönteminin başlıca avantajları, ölçülen kesme enerjisine sürtünme katkılarının azaltılmasını, değişken bıçak geometrisini (yani, çatlak ucu geometrisinin kısıtlanmasını), arıza oranının kontrolünü (numune yer değiştirme hızı aracılığıyla ) ve kesme, C ve yırtılma, T, toplam enerji Gkesimine enerji katkılarının ayrı ayrı ayarlanmasını içerir (yani, arıza enerjisinin kesme eşiğini aşacak şekilde değiştirilmesi)8. İkinci katkılar, kesme enerjisi için basit, kapalı biçimli bir ifadeyle ifade edilir9

figure-introduction-1 Eqn (1)

numune kalınlığı, t, ortalama bacak gerinimi, ön yük kuvveti, fpre ve bacaklar ile kesme ekseni arasındaki açı, figure-introduction-2θ dahil olmak üzere deneysel olarak seçilen parametreleri kullanır. Kesme kuvveti, fkesimi, Zhang ve ark.9'da ayrıntılı olarak açıklandığı gibi aparatla ölçülür. Özellikle, burada sunulan aparat, bacak açısını, θ'yu ayarlamak ve numunenin ortalanmasını sağlamak için yeni, basit ve doğru bir mekanizma içerir. Her iki özellik de mikroskopa monte edilmiş bir kurulum için kritik öneme sahip olsa da, mekanizma, kullanım kolaylığını artırarak Y şeklindeki kesme testinin gelecekteki dikey uygulamalarına da fayda sağlayabilir.

Yumuşak katılar için uygun arıza kriterlerinin belirlenmesindeki ilerleme, Rivlin ve Thomas10 tarafından tanıtılan numuneden bağımsız kırık geometrilerinin erken başarısından bu yana devam etmektedir. Kritik enerji salınım oranları10, uyumlu bölge yasaları 11 ve çeşitli stres veya uzaktan enerji yaklaşımları12,13,14 kullanılmıştır. Son zamanlarda, Zhang ve Hutchens, yeterince küçük yarıçaplı bıçaklarla Y şeklindeki kesimin, yumuşak kırılma7 için eşik arıza koşulları sağlayabileceğini göstererek, ikinci yaklaşımdan yararlandılar: homojen, yüksek elastik polidimetilsiloksan (PDMS) içinde onlarca ila yüzlerce nanometre arasında değişen bir eşik arıza enerjisi ve bir eşik uzunluğu ölçeği. Bu sonuçlar, bu malzemelerde kesme ve yırtılma arasında bir ilişki geliştirmek için süreklilik modellemesi ve ölçekleme teorisi ile birleştirildi, böylece Y şeklindeki kesimin tüm yumuşak arıza modlarına dair içgörü sağlamak için faydasını gösterdi. Bununla birlikte, dağıtıcı ve kompozit malzemeler de dahil olmak üzere birçok malzeme sınıfının davranışı keşfedilmemiştir. Bunların birçoğunun, görünür ışığın dalga boyunun üzerindeki uzunluk ölçeklerinde mikroyapı tarafından yönetilen etkiler sergileyeceği tahmin edilmektedir. Bu nedenle, bu çalışmada, ilk kez Y şeklindeki kesim sırasında bu etkilerin yakın görsel karakterizasyonuna izin veren bir aparat tasarlanmıştır (örneğin, yumuşak dokular da dahil olmak üzere kompozitlerde veya mikrometreden milimetreye uzunluk ölçeklerinde beklenen dağıtıcı işlemlerde15).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Değiştirilebilir ve tüketilebilir parçaların ayarlanması ve üretilmesi

  1. B1 ve B2 (1,5 cm x 7 cm x 3 mm numune için 7,5 mm x 7,5 mm) örnek ayaklarının genişliğine uyan tek kullanımlık ABS veya akrilik tırnaklar üretmek için bir lazer kesici veya 3D yazıcı kullanın (Şekil 1B ve Şekil 2D). Her test için iki sekme, her bacak için bir sekme gereklidir.
  2. Jilet bıçağı klipsi
    NOT: Gerekli tıraş bıçağı klipsinin tam boyutları, kullanılan tıraş bıçağının derinliğine bağlıdır.
    1. CAD tasarımını değiştirin (bkz. Malzeme Tablosu) dosyası Blade klip. SLDPRT (Ek Kodlama Dosyası 1), klips tabanının genişliğini, seçilen tıraş bıçağının ucundan klipsin arkasına kadar olan mesafe 30,35 mm olacak şekilde değiştirerek (Şekil 1D). Bu ayarlama, bıçağın ucunu doğrudan bacaklar arasındaki açıyı ayarlamak için kullanılan açı ayarlama mekanizmasının (Şekil 1A ve Şekil 2A) pivot noktasının (Şekil 1E) altında tutar.
      NOT: Aparat 8-20 mm derinliğe sahip bıçakları tutabilir.
    2. İnce ayarları kullanarak, tıraş bıçağı klipsini 3D yazdırın (Şekil 1D). 3D baskı hataları nedeniyle, jilet klipsi kırlangıç kuyruğu yazdırıldığı gibi sığmayabilir. Bunu düzeltmek için, bıçak klipsi montajındaki yuvasından elle takılıp çıkarılana kadar malzemeyi tıraş bıçağı klipsinin arkasından çıkarmak için zımpara kağıdı veya ince bir dosya kullanın, ancak kesme sırasında hala sıkıdır.
  3. CAD tasarım dosyası Numune tutucuyu kullanarak numune tutucu boyutlarını (Şekil 1C) değiştirin. SLDPRT (Ek Kodlama Dosyası 2) spesifik mikroskop aşamasının açılmasına uyacak şekilde (Şekil 2B). Aparatın tüm hareket aralığını kullanabilmesini sağlamak için, tutucunun iç boşluğunun mümkün olduğunca büyük kalması önemlidir.
  4. Yük hücresi tutucu
    NOT: Bükme tipi yük hücreleri birçok geometride gelir. Yük sensörünün monte edileceği konum (iç kızak, Şekil 1E), seçilen yük hücresine bağlı olarak ayarlama gerektirecektir.
    1. Belirli bir yük hücresine uyum sağlamak için iç kızakta aşağıdaki boyutları ayarlayın (Şekil 1E): 1) montaj deliklerinin konumu (şu anda 6 mm merkezden merkeze mesafeye sahip iki M3 deliği); 2) yük hücresi kirişinin maksimum sapmasına bağlı olarak yük hücresi kirişi ile iç kızak düzlemi arasındaki mesafe (şu anda 3 mm'de); ve 3) yük hücresi geometrisine uyum sağlamak için yükseklik ve genişlik (şu anda sırasıyla 35 mm ve 12,1 mm).
      NOT: Dikey ayar sistemine müdahale etmeden kullanılabilen yük hücresi uzunluk aralığı (Şekil 1E ve Şekil 2A) 10-63 mm'dir. Yük hücresi boyutu bu aralığın dışındaysa, alternatif olarak yükseklik ayarlama sistemini kaldırmak veya kasnak kollarını yeniden tasarlamak/uzatmak (Şekil 1A).
  5. Uygun CAD dosyalarını kullanarak, montaj platformunu ve çerçeve kollarını (Şekil 1A) kullanılan belirli mikroskop / mikroskop aşamasına uyacak şekilde yeniden tasarlayın. Özellikle, çerçeve kolları (çerçeve kolu. SLDPRT, Ek Kodlama Dosyası 3) eki kolaylaştırmak için değiştirilmesi gerekebilir. Kasnak kollarının yüksekliği (Şekil 1A) (kasnak kolu. SLDPRT, Ek Kodlama Dosyası 4 ve kasnak arm_Mirror.SLDPRT, Ek Kodlama Dosyası 5), mikroskop montaj deliklerinin düzleminin yüksekliğine ve mikroskobun XY aşamasının üst düzlemine bağlı olarak da değiştirilmesi gerekebilir.

2. Mekanik montaj

  1. Tüm mikroskop, yük hücresi, tıraş bıçağı ve numune bileşenleri uygun şekilde değiştirildikten sonra, tüm bileşenleri üretin ve aparatı inşa edin (Şekil 2A). Bileşenler arasında 3D baskılı, lazer kesimli ve ticari kullanıma hazır parçalar bulunur. Parçaların ayrıntılı bir listesi Malzeme Tablosunda verilmiştir. Tüm parçaların ve cihaz montajının bilgisayar montaj çizimleri Ek Kodlama Dosyaları 1-17'de mevcuttur.
  2. Yük hücresini monte etmek için, önce bıçak klipsi montajını yük hücresine takın (Şekil 1E). Bu tertibatı dikey ayar sisteminin iç sürgüsüne takın (Şekil 1E ve Şekil 2A). Dikey ayar sisteminin bıçak klipsi montajının, yük hücresinin ve iç sürgüsünün birleşik sistemini, açı ayarlama mekanizmasının altına monte edilmiş dikey ayar sisteminin (Şekil 1E) dış sürgüsüne (Şekil 1A ve Şekil 2A) takın.
    NOT: Mikro yük hücreleri kırılgandır. Test dışında uygulanan kuvvetleri, özellikle de yük ölçümü yönündeki kuvvetleri en aza indirmek için yük hücresini tutarken dikkatli olun.

3. Elektrik montajı

  1. Yük hücresi ve veri toplama sistemini kurun. Şemayı izleyerek bir amplifikasyon devresi oluşturun (Şekil 1F, Amplifikasyon devresi şeması. SchDoc [Ek Kodlama Dosyası 18] ve Amplifikasyon devresi PCB. PcbDoc [Ek Kodlama Dosyası 19]). Çıkış sinyalini doğrudan 0-5 V giriş aralığına sahip bir veri toplama sistemine bağlayın. Devrenin elemanlarını Şekil 1G'ye göre bağlayın.
  2. Sapma kirişine bilinen miktarda bir ağırlık yerleştirerek ve voltaj çıkışını kalibrasyon koduna kaydederek yük hücresini kalibre edin (calibrate_ni_daq.mlapp, Ek Kodlama Dosyası 20). Bilinen miktardaki farklı ağırlıklar için bu işlemi en az 5 kat tekrarlayın.
  3. Bilinen ağırlık ve voltaj verilerini bir hatta sığdırarak yük hücresi kalibrasyon sabitini hesaplayın. Bu kalibrasyon değerini veri toplama koduna girin (collect_data.mlapp, Ek Kodlama Dosyası 21).
    NOT: Veri toplama yaklaşımı, seçilen yük hücresinin türüne bağlı olacaktır. Bu çalışmada, maksimum anma kapasitesi 0.5 N, %0.05 anma çıkışı (R.O.) maksimum tekrarlanabilirliği ve %0.03 R.O. histerezisi olan bir sapma yük hücresi kullanılmıştır. ~10 mV çıkış sinyali, ticari veri toplama (DAQ) sisteminin (-5 ila 5 V giriş aralığı, 16 bit çözünürlük) kullanılmasını sağlamak için yükseltilir. Sonuç olarak, yuvarlanan bir medyan filtre uygulandıktan sonra 20 Hz hızında veri toplanırken 1 mN'den daha ince bir kuvvet çözünürlüğü elde edildi.

4. Aparat montajı

  1. Aparat inşa edildikten ve yük hücresi ve veri toplama sistemi kurulduktan sonra, orijinal, sahneye monte edilmiş slayt tutucuyu özel numune tutucu ile değiştirin.
  2. Aksamı mikroskopa takın. Varsa mikroskobun üst yüzeyindeki montaj deliklerini kullanın.
  3. Açı ayarı başparmak vidasını gevşetip ardından doğrusal slaytı hareket ettirerek kesimin açısını ayarlayın (Şekil 1A). Bir açıölçerle ölçtükten sonra açıyı ayarlayın (Şekil 2A) ve açı ayarlı başparmak vidasını sıkın. Bir bacak ile numune orta düzlemi θ arasındaki açı 8°-45° arasında ayarlanabilir (Şekil 1B).
  4. Aparatın arkasına iki dikey kasnak yerleştirin.

5. Numune hazırlama

  1. Numune boyutları: Daha büyük bir tabakadan keserek veya doğru boyutlarda bir kalıp kullanarak ince bir dikdörtgen PDMS numunesi (örneğin, 1,5 cm x 7 cm x 3 mm) hazırlayın ( Malzeme Tablosuna bakınız). Boyutlar değişebilir, ancak 3 mm veya daha az kalınlığa sahip bir numune için 1,5 cm veya daha az genişlikte bir başlangıç yapılması önerilir.
  2. Bacakların kesilmesi: Bir tıraş bıçağı kullanarak, Y şeklindeki numuneyi oluşturmak için numuneyi merkez çizgisi boyunca 3 cm uzunlamasına kesin (Şekil 1B). Bu uzunluk değişebilir, ancak bacaklar tırnakları barındıracak kadar uzun, ancak ölçüm için kesilmemiş numune bırakacak kadar kısa olmalıdır.
  3. Gerinim ölçüm işareti: Bir işaretleyici veya mürekkep kullanarak, yük altındaki üç numune ayağının her birinde uygulanan gerilmenin ölçümünü sağlamak için ince bacakların her birine (Şekil 2D) ve numunenin gövdesine (toplamda altı) ortalanmış ve yaklaşık 1 cm ayrılmış iki işaret yerleştirin.
  4. Tırnakların takılması: Her bacağın ucuna 3D baskılı veya lazer kesimli bir sekme (adım 1.1) takmak için yapışkan benzeri siyanoakrilat yapıştırıcı kullanın (Şekil 1B ve Şekil 2D).
  5. Gerilim Hattını Hazırlayın: İki uzunluktaki ince oltayı ölçün ve kesin. Mekanizma boyunca iç yönlendirme için yaklaşık 30 cm çizgi gereklidir; hattı dış kasnak setine yönlendirmek için gerektiğinde daha fazlasını ekleyin (adım 4.4). Dış kasnaklardan geçen çizgilerin ucuna 5 g'lık tartım plakaları takın ve diğer ucunu her bir bacaktaki tırnağa bağlayın.

6. Örnek montaj

NOT: Bu adım sırasında, numunenin zarar görmesini önlemek için mikroskop hedefine dokunmadığından emin olmak için dikkatli olun. Numune montajı için mümkün olduğunca fazla alan yaratmak için objektif ve mikroskop aşamasını ayarlamaya yardımcı olabilir.

  1. Numune tutucu başparmak vidasını kullanarak numunenin tabanını kelepçeleyin (Şekil 1C).
  2. Her bacak için çizgiyi kasnak sisteminin her iki tarafına yönlendirin (Şekil 1A ve Şekil 2A). Açı ayarlama mekanizmasının alt tarafına karşı bir kamera tutarak numune ihmal edilebilir ağırlık altındayken numunenin üstten fotoğrafını çekin. Perspektif efektlerini en aza indirmek için kameranın örnek düzleme paralel olduğundan emin olun.
  3. İstenilen ön yük ağırlığını 75 g'lık oltanın her iki ucuna dış kasnakların yanına ekleyin. Bu örnek malzeme ve geometri için istenirse yırtılma katkısını değiştirmek için bu miktarı 150 g'a yükseltin veya 50 g'a düşürün. Ağırlık eklendikten sonra numunenin ikinci bir fotoğrafını çekin, tekrar kameranın numune düzlemine paralel olduğundan emin olun.
    NOT: Burada verilen örnek ağırlıklar, özellikle bu çalışmada kullanılan PDMS örneği için geçerlidir.
  4. Üç yönlü mikro ayarlama aşamasının Z bileşenini kullanarak oltayı en alçak kasnaktan numune ayaklarının Z düzlemiyle hizalayın (Şekil 1A). Beklenen bıçak ucunu yaklaşık olarak hedefin görüş alanına yakın bir yere konumlandırın (Şekil 2B).

7. Bıçak montajı

  1. Jilet bıçağını karşılık gelen bıçak klipsine (adım 1.2) yerleştirin ve bıçağı ayarlanmış bir vida ile yerine sabitleyin. Kare olduğundan emin olmak için bıçağı bıçak klipsine sıkıca oturtun (Şekil 1D ve Şekil 2C). Bu kırpılmış tıraş bıçağını yük hücresine bağlı bıçak klipsi yuvasına kaydırın (Şekil 1E).
    NOT: Bıçak her zaman numune monte edildikten sonra yerleştirilmelidir. Bıçak numuneden önce yerindeyse, kullanıcı için bir güvenlik riski oluşturur.

8. Aparat hizalaması

  1. 2,5x mikroskop hedefini veya daha yakın görüntüler isteniyorsa 20x'e kadar yüksek bir hedefi seçin.
  2. İletilen ışık ayarını kullanın, gerekirse numunenin arkasındaki ışığı artırın.
  3. Bıçak yerindeyken, ucu hedef için uygun çalışma mesafesine getirmek için gerekirse bıçağın dikey ayar sistemini kullanarak mikroskobu dibine odaklayın (Şekil 1E ve Şekil 2A). Üç yönlü mikro ayarlama aşamasının yalnızca X ve Y yönlerini kullanarak tıraş bıçağını mikroskopun görüş alanı içinde dikkatlice hizalayın (Şekil 1A).
  4. Ardından, mikroskopu örneğe odaklayın. Numunenin orta düzleminin açı ayarlama mekanizmasının orta düzlemiyle hizalandığından emin olmak için mikroskop XY aşamasını (Şekil 1A) çevirerek çatlak ucunu tıraş bıçağı ile hizalayın (Şekil 2B).

9. Test

  1. Yük hücresi veri koleksiyonu için kullanılan kodu açın (collect_data.mlapp, Ek Kodlama Dosyası 21).
  2. Tıklamak suretiyle yük hücresi verilerini kaydetmeye başlayın Kaydı Başlat düğmesine basın.
  3. Mikroskop aşaması kontrolünü kullanarak numuneyi tıraş bıçağından 1 cm veya daha fazla bir süre boyunca sabit bir hızda çevirin. Mikroskopun görüntüleme arayüzünü kullanarak aynı anda görüntü toplayın.
  4. Mikroskop XY aşaması durduğunda (Şekil 1A), verileri kaydetmeyi durdurmak ve yükleme ve zaman yanıtının *.txt dosyasını otomatik olarak kaydetmek için Kaydı Durdur düğmesine tıklayın.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Adım 4 ve adım 6 sırasında kullanılan parametreler ve adım 6 ve adım 9 sırasında toplanan veriler, numunenin kesme enerjisini elde etmek için birleşir. Ek. 1'e göre, kesme enerjisinin belirlenmesi aşağıdaki parametreleri gerektirir: numune kalınlığı, t, ön yük kuvveti, fön ve bacaklar ile kesme ekseni arasındaki açı, θ. Aşağıdaki veriler de gereklidir: kesme kuvveti, fkesimi ve ortalama bacak gerginliği,

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada bildirilen yatay, Y şeklindeki kesme aparatı, bu arıza tekniği için geliştirilmiş kullanım kolaylığı ile birlikte yerinde görüntüleme yetenekleri sağlar. Aparat mikroskoptan hızlı montaj/sökme ve sürekli, önceden hizalanmış bacak açısı ayarı için modüler/taşınabilir bir tasarım içerir. Bu yöntemin uygulanmasını kolaylaştırmak için tüm CAD dosyaları, gerekli malzemeler ve prosedürler dahil edilmiştir. Birçok durumda (bıçak tutucular, numune tutucu, yük hücresi montajı, montaj çerçevesi), 3D baskılı parçala...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma hakkındaki tavsiyeleri için Dr. James Phillips, Dr. Amy Wagoner-Johnson, Alexandra Spitzer ve Amir Ostadi'ye teşekkür ederiz. Finansman, Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign Makine Bilimi ve Mühendisliği Bölümü tarafından sağlanan başlangıç hibesinden geldi. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid ve C. Walsh, bu projedeki çalışmaları için üst düzey tasarım kredisi aldı.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Parça Satın Al
1" OD KasnakMcMaster Carr3434T75Tel Halat için Kasnak (Daha Büyük)
100 g Mikro Yük HücresiRobotShopRB-Phi-203
1K DirençDigi-KeyCMF1.00KFGCT-ND1 kOhm ± %1 1 W Delikten Direnç Eksenel Alev Geciktirici Kaplama, Neme Dayanıklı, Güvenlik Metal Film
1M DirençDigi-KeyRNF14FAD1M001 MOhms ± %1 0,25 W, 1/4 W Delikten Direnç Eksenel Alev Geciktirici Kaplama, Güvenlik Metal Film
3/8" OD KasnakMcMaster Carr3434T31Tel Halat için Kasnak
4" Kolay Okunan İşaretli Şeffaf İletkiS & S Dünya ÇapındaLR3023
BreadboardECEBN/A
IC OPAMP ZERO-DRIFT 2 CIRC 8DIPDijital AnahtarLTC1051CN8#PBF-ND
M2 x 0.4 mm SomunMcMaster Carr90592A075Çelik Altıgen Somun
M2 x 0.4 mm x 25 mmMcMaster Carr91292A03218-8 Paslanmaz Çelik Soket Başlı Vida
M2 x 0.4 mm x 8 mmMcMaster Carr91292A83218-8 Paslanmaz Çelik Soket Başlı Vida
M3 x 0,5 mm x 15 mmMcMaster Carr91290A572Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Soket Başlı Vida
M3 x 0,5 mm x 16 mmMcMaster Carr91294A134Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Altıgen Tahrik Düz Başlı Vida
M3 x 0,5 mm, 4 mm YüksekMcMaster Carr90576A102Orta Mukavemetli Çelik Naylon Geçmeli Kilit Somunu
M4 x 0,7 mm SomunMcMaster Carr90592A090Çelik Altıgen Somun
M4 x 0,7 mm x 15 mmMcMaster Carr91290A306Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Soket Başlı Vida
M4 x 0,7 mm x 16 mmMcMaster Carr91294A194Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Altıgen Tahrik Düz Başlı Vida
M4 x 0,7 mm x 18 mmMcMaster Carr91290A164Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Soket Başlı Vida
M4 x 0,7 mm x 20 mmMcMaster Carr91290A168Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Soket Başlı Vida
M4 x 0,7 mm x 20 mmMcMaster Carr92581A270Çelik Yükseltilmiş Tırtıklı Başlı Başparmak Vida
M4 x 0,7 mm x 30 mmMcMaster Carr91290A172Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Soket Başlı Vida
M4 x 0,7 mm x 50 mmMcMaster Carr91290A193Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Soket Başlı Vida
M4 x 0,7 mm, 5 mm YüksekMcMaster Carr94645A101Yüksek Mukavemetli Çelik Naylon Geçmeli Kilit Somunu
M5 x 0,8 mm SomunMcMaster Carr90592A095Çelik Altıgen Somun
M5 x 0,8 mm x 16 mmMcMaster Carr91310A123Yüksek Mukavemet Sınıfı 10,9 Çelik Altıgen Başlı Vida
M5 x 0,8 mm x 35 mmMcMaster Carr91290A195Siyah Oksit Alaşımlı Çelik Soket Başlı Vida
M5 x 0,8 mm, 13 mm Kafa ÇapıMcMaster Carr96445A360Flanşlı Tırtıklı Başparmak Somunu
M5 x 0,8 mm, 5 mm YüksekMcMaster Carr90576A104Orta Mukavemetli Çelik Naylon Geçmeli Kilit Somunu
SolidworksDassault SystemesCAD yazılımı
Kablolama KitiECEBN/A
XYZ Ekseni Manuel Hassas Lineer Aşama 60 mm x 60 mm Kırpma Yatağı Ayar Platformu Kayar TablaOptik OdakYok <
güçlü > Parçaları Yap< / güçlü >
Açı ayar sistemi - kol3D Baskısolidworks: arms_arm_single. SLDPRT
ADET: 2
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Açı ayar sistemi- kollar sabit3D Baskısolidworks: arms_stationary. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Açı ayar sistemi- link3D Baskısolidworks: arms_arm_link. SLDPRT
ADET: 2
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Açı ayar sistemi- kaydırıcı3D Baskısolidworks: arms_slider. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Açı ayar sistemi- araparça 3D Baskısolidworks: arms_front_spacer. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Klips-Bıçak klipsi3D Baskısolidworks: Bıçak klipsi. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: İnce/0,1 mm katman yüksekliği
Klips- Bıçak klipsi montajı3D Baskısolidworks: Bıçak klipsi montajı. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: İnce/0,1 mm katman yüksekliği
Çerçeve kolu3D Baskısolidworks: çerçeve kolu. SLDPRT
ADET: 2
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Montaj platformuLazer Kesim Akriliksolidworks: montaj platformu. SLDPRT
ADET: 1
Kasnak kolu (sol)3D Baskısolidworks: kasnak arm_Mirror.SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Kasnak kolu (sağ)3D Baskısolidworks: kasnak kolu. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Numune tutucu ve sekme- Kelepçe3D Baskısolidworks: Clamp.SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Numune tutucu ve sekme- Numune tutucu3D Baskısolidworks: Numune tutucu. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Numune tutucu ve sekme- Sekme3D Baskısolidworks: Tab.SLDPRT
ADET: Test başına 2
Ayar: İnce/0,1 mm katman yüksekliği, kenarsız
Dikey ayar sistemi- İç slayt3D Baskısolidworks: İç slayt. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği
Dikey ayar sistemi- Dış slayt3D Baskısolidworks: Dış sürgü. SLDPRT
ADET: 1
Ayar: Hızlı/0,2 mm katman yüksekliği

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Slootman, J., et al. Quantifying rate-and temperature-dependent molecular damage in elastomer fracture. Physical Review X. 10, 041045(2020).
  3. Zhao, X., et al. Soft materials by design: Unconventional polymer networks give extreme properties. Chemical Review. 121 (8), 4309-4372 (2021).
  4. 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).
  5. Chen, Y., Mellot, G., Van Luijk, D., Creton, C., Sijbesma, R. P. Mechanochemical tools for polymer materials. Chemical Society Reviews. 50, 4100-4140 (2021).
  6. 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).
  7. Zhang, B., Hutchens, S. B. On the relationship between cutting and tearing in soft elastic solids. Soft Matter. 17, 6728-6741 (2021).
  8. Lake, G. J., Yeoh, O. H. Measurement of rubber cutting resistance in the absence of friction. International Journal of Fracture. 14, 509-526 (1978).
  9. 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).
  10. Rivlin, R. S., Thomas, A. G. Rupture of rubber. I. Characteristic energy for tearing. Journal of Polymer Science. 10 (3), 291-318 (1953).
  11. 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).
  12. Taylor, D. The Theory of Critical Distances. , Elsevier. London, UK. (2007).
  13. 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).
  14. Talamini, B., Mao, Y., Anand, L. Progressive damage and rupture in polymers. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 111, 434-457 (2018).
  15. 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).
  16. Gent, A. N., Wang, C. Cutting resistance of polyethylene. Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics. 34 (13), 2231-2237 (1996).
  17. 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).
  18. 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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Y Shaped CuttingMicroscope Mounted CuttingFailure Energy MeasurementSoft Material TestingPolydimethylsiloxane CuttingInverted Microscope StageCutting Force MeasurementMicrostructural Failure AnalysisSample Holder AssemblyLoad Cell Data

Related Articles