Применение дизайн аспектов в развитии одноосные загрузки машины
Summary
Здесь мы представляем протокол развивать чисто одноосные загрузки машины. Критические аспекты используются для обеспечения точные и воспроизводимые результаты тестирования.
Abstract
С точки зрения точной и точные механические испытания, машины работают континуум. В то время как коммерческие платформы предлагают отличную точность, они могут быть непомерно, часто по цене в ценовом диапазоне $100000 – $200000. Другой крайностью являются автономных устройств ручной что часто отсутствие повторяемости и точности (например, устройство вручную кривошипного). Однако если указано одноразового использования, это чрезмерно инженерного проектирования и машина, что-то слишком разработать. Тем не менее есть случаи, где машины спроектированы и построены собственными силами для достижения движения не достижимы с существующих машин в лаборатории. Подробно описано здесь является одним из таких устройств. Это грузовая платформа, которая позволяет чистой одноосные загрузки. Стандартные машины обычно являются биаксиальные оплетки линейной нагрузки вдоль оси и вращающиеся загрузки происходит вокруг оси. Во время тестирования с этими машинами, нагрузка применяется к одному концу образца, в то время как другой конец остается фиксированным. Эти системы не способны проводить чисто осевой тестирования, в котором напряжение/сжатие применяется одинаково к концам образца. Платформа, разработанная в настоящем документе обеспечивает равный и противоположный загрузке образцов. Хотя она может использоваться для сжатия, здесь акцент на его использование в чистом растяжение загрузки. Устройство включает в себя коммерческие Тензодатчики и приводы (двигатели), и, как в случае с машинами, построенных собственными силами, кадр точностью провести коммерческих частей и приспособлений для тестирования.
Introduction
Механические испытания имеет интересную историю, которая может быть восходит к твердости оборудование, разработанный Стэнли Rockwell в начале XX века. Хотя технология выросла в той степени, в какой стандарт, документально практики руководства все от проверки производительности машины к руководящим принципам для проведения конкретных тестов1,2,3, 4. сегодня, механические испытания проводятся на все строительные материалы как бетон, сталь и дерево для пищевой и текстильной продукции5,6,,78,9 . Учитывая, что области биомедицинской инженерии и, более конкретно, биомеханика использовать механические испытания, погрузочные машины являются обычным явлением в лаборатории биомеханики.
Загрузка машины, запустить спектр масштаба в области биомеханики. В качестве примера большие загрузки машины могут использоваться для проведения исследований воздействия всего тела или определить человека бедренной механических свойств, то время как меньшие нагрузки, машины могут быть использованы для тестирования мышиных кости или стимулировать клетки10,11, 12,,1314. Два типа загрузки машины находятся в испытательной лаборатории; те, которые приобрели коммерчески и те, которые создаются пользователем. Машины мешкопогрузочные собственной разработки часто выступает за их Персонализация и настройки параметров15.
В тестировании, образец обеспечивается в машину так, что смещение может быть применен, создания измеримых силы. Если нагрузка используется как движущей обратной связи, тест нагрузки контроль; Если перемещение используется в качестве движущей обратной связи, тест управляется перемещением. Погрузка машин, в общем, строятся на кадр, который соединяет движенца к фиксированной опорой. Таким образом тестирование обычно включает один конец образца перемещается в то время как другой конец остается фиксированным.
Показано на рисунке 1 является эскиз простой загрузки машины, демонстрируя ее основные компоненты. Основополагающее значение для всех погрузочные машины является базовым классом или кадра. В то время как подавляющее большинство коммерческих брендов используют постоянной базы, рисунок изображает платформу, которая позволяет Вселенский (XY) движения. Двигателем, в данном случае, это верхняя рука, которая держит нагрузки ячейки и управляется шаговым двигателем. Крепится к раме это светильники, которые хранят образца и диктовать тип теста, который выполняется. Показано на рисунке, являются три point сгиба арматуры. Топ арматуре (один контакт) крепится к движущейся руки; на дно арматуре (двойной контакт) монтируется на базе стационарных. Во время тестирования, мотор диски верхний светильник вниз где контакт центр привлекает образца. Как контакт привлекает образца, динамометр записывает увеличение сопротивления или силы, предъявляемые образца.
Бывают случаи, где машины спроектированы и построены собственными силами для достижения движения не достижимы с существующих машин в лаборатории. Здесь мы подробно описывают одно такое устройство. Это грузовая платформа, которая позволяет чистой одноосные образец загрузки или равное и противоположное движение на обоих концах. Устройство включает в себя коммерческие Тензодатчики и приводы (грузчиков); кадр точностью провести коммерческой части и загрузки Светильники для тестирования образца. Понимание основных принципов тестирования конструкции машины может помочь в разработке собственной машины. Мы предоставили файлов чертежей мы создали как отправной точки для оказания помощи исследователям с их собственного развития машина. Видео будет сосредоточена на Ассамблее устройства и применение принципов механического проектирования для обеспечения выравнивания и надежное тестирование.
Protocol
Representative Results
Discussion
Целью этой работы было разработать и изготовить экономически эффективной и надежной одноосные загрузчик для его использования с небольших образцов ткани и волокна. Устройство было построено, отвечающее требованиям, изложенным в то же время достаточно гибкими, в дизайн для новых вложе…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана национальными институтами здоровья NIDCR [DE022664].
Materials
| Power supply, 24 V DC 2.5 A out, 100-240 V AC in, plug for North America | Zaber Technologies inc | PS05-24V25 | |
| 6 pin mini din-male to female PS/2 extension cable | Zaber Technologies inc | T-DC06 | |
| Stepper motor controller, 2 phase | Zaber Technologies inc | A-MCA | |
| Linear actuator, NEMA size 11, 30 mm travel, 58 N maximum continuous thrust | Zaber Technologies inc | NA11B30 | |
| Corrosion resistant maintenance-Free Ball Bearing Carriages and Guide Rails | McMaster-Carr | 9184T31 | |
| 6061-t6 Aluminum Stock | McMaster-Carr | NA | |
| Plexiglas Stock | McMaster-Carr | NA | |
| Canister load cell, 4.5N | Honeywell Sensotec | NA | |
| USB to 6 pin mini-din | Universal | NA |
References
- . ASTM E4-16. Standard practices for force verification of testing machines Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2016)
- . ASTM E2309/E2309M-16. Standard practices for verification of displacement measuring systems and devices used in materials testing machines Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2016)
- . ASTM E2428-15a. Standard practice for calibration and verification of torque transducers Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2015)
- . ASTM E2624-17. Standard practice for torque calibration of testing machines Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2017)
- . ASTM C39 – Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2018)
- . ASTM A370-17a. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2017)
- . ASTM D4761-13. Standard test methods for mechanical properties of lumber and wood-base structural material Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2013)
- Green, M. L., et al. Mechanical properties of cheese, cheese analogues and protein gels in relation to composition and microstructure. Food Structure. 5 (1), 169-192 (1986).
- . ASTM D76/D76M-11. Standard specification for tensile testing machines for textiles Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2011)
- Papini, M., Zdero, R., Schemitsch, E. H., Zalzal, P. The biomechanics of human femurs in axial and torsional loading: comparison of finite element analysis, human cadaveric femurs, and synthetic femurs. Journal of Biomechanical Engineering. 129 (1), 12-19 (2007).
- Poulet, B., et al. Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions. Osteoarthritis and Cartilage. 23 (6), 940-948 (2015).
- Li, J., et al. Osteoblasts subjected to mechanical strain inhibit osteoclastic differentiation and bone resorption in a co-culture system. Annals of Biomedical Engineering. 41 (10), 2056-2066 (2013).
- Huang, A. H., et al. Design and use of a novel bioreactor for regeneration of biaxially stretched tissue-engineered vessels. Tissue Engineering. Part C, Methods. 21 (8), 841-851 (2015).
- Keyes, J. T., Haskett, D. G., Utzinger, U., Azhar, M., Van de Geest, J. P. Adaptation of a planar microbiaxial optomechanical device for the tubular biaxial microstructural and macroscopic characterization of small vascular tissues. Journal of Biomechanical Engineering. 133 (7), 075001 (2011).
- Brown, T. D. Techniques for mechanical stimulation of cells in vitro: A review. Journal of Biomechanics. 33 (1), 3-14 (2000).
- . Zaber Console software download Available from: https://www.zaber.com/zaber-software (2018)
- King, J. D., York, S. L., Saunders, M. M. Design, fabrication and characterization of a pure uniaxial microloading system for biologic testing. Medical Engineering and Physics. 38 (4), 411-416 (2016).
- Saunders, M. M., Donahue, H. J. Development of a cost-effective loading machine for biomechanical evaluation of mouse transgenic models. Medical Engineering and Physics. 26 (7), 595-603 (2004).
