Uygulama tasarım yönlerini Uniaxial yükleme makinesi geliştirme
Summary
Burada bir saf uniaxial yükleme makinesi geliştirmek için bir protokol mevcut. Kritik dizayn yönlerini doğru ve tekrarlanabilir test sonuçları sağlamak için istihdam edilmektedir.
Abstract
Doğru ve hassas mekanik test açısından, süreklilik makineleri çalıştırmak. Ticari platformlar mükemmel doğruluk teklif ise, bunlar genellikle $100.000-200.000 $ fiyat aralığında fiyat maliyet engelleyici, olabilir. Diğer uçta tek başına el ile bu kez eksikliği tekrarlanabilirlik ve doğruluk (Örneğin, el ile bir krank aygıt) aygıtlardır. Ancak, bir kişilik belirtilmişse, tasarım ve bir şey aşırı ayrıntılı makine aşırı mühendislik öyle. Yine de, nerede makineleri tasarlanmış ve şirket içinde bir hareket değil ulaşılabilir Laboratuvarı mevcut makinelerle gerçekleştirmek için inşa durumlar vardır. Burada ayrıntılı olarak açıklanan böyle bir cihaz var. Saf uniaxial yükleme sağlayan bir yükleme platformdur. Standart yükleme makineleri genellikle ekseni boyunca doğrusal yükleme oluşur ve döner yükleme hakkında eksen oluşur biaxial bulunmaktadır. Bu makineler ile test sırasında diğer ucunu sabit kalırken bir yük örnek tek bir amaç için uygulanır. Bu sistemler gerilim/sıkıştırma eşit numune biter uygulandığı saf Aksiyel test iletken yeteneğine sahip değildir. Eşit ve zıt Bu yazıda geliştirilen platform sağlar örnekleri yükleniyor. Burada süre o-ebilmek var kullanılmış için sıkıştırma, odak kullanımı üzerinde saf gerilme yüklüyor. Cihaz ticari yük hücreleri ve Aktüatörler (nakliyeciler) içerir ve şirket içinde yapılmış makineler ile olduğu gibi bir çerçeve ticari parçaları ve test etmek için fikstür tutmak için işlenmiş.
Introduction
Mekanik test tekrar test etme donanımları, Stanley Rockwell tarafından yirminci yüzyılın başlarında geliştirilen sertlik takip edilebilir ilginç bir geçmişi vardır. Standart, belgeli uygulamalar için özel testler1,2,3, taşıma için yönergeleri makine performansı doğrulama rehberlik ölçüde bu teknoloji büyüdü iken 4. bugün, her inşaat malzemeleri beton, çelik ve ahşap gıda ve tekstil ürünleri5,6,7,8,9 gibi mekanik testleri yapılır . Verilen bu mekanik test Biyomedikal Mühendisliği ve, özellikle, biyomekanik alanlarında kullanmak, yükleme makineleri biyomekanik Labs’de olağan hale geldi.
Yükleme makineleri ölçek aralığı biyomekanik çalıştırın. Örneğin, büyük yükleme makineleri tüm vücut etki çalışmaları gerçekleştirmek veya makineleri fare kemik sınamak veya hücreleri10,11uyarmak için kullanılan daha küçük yüklerken insan femur mekanik özellikleri belirlemek için kullanılabilir, 12,13,14. İki tür yükleme makineleri test laboratuarı bulunur; ticari olarak satın alınan ve Kullanıcı tarafından oluşturulan. Şirket içinde geliştirilen yükleme makineleri genellikle onların kişiselleştirme ve özelleştirme seçenekleri15için tercih.
Böylece bir deplasman uygulanabilir, test, bir numune içinde belgili tanımlık makine ölçülebilir bir güç üreten sabitlenir. Yükü sürüş geribildirim kullanılırsa, yük kontrollü testtir; Deplasman sürüş geribildirim kullanılırsa, deplasman kontrollü testtir. Yükleme makineleri, genel olarak, sabit bir destek için bir taşıyıcı bağlayan bir çerçeve üzerine inşa edilir. Bu nedenle, genellikle test diğer ucunu sabit kalırken taşınmakta olan örnek bir ucunu içerir.
Şekil 1 ‘ de gösterilen temel bileşenleri gösteren bir basit yükleme makine bir kroki var. Tüm yükleme makineleri için temel bir temel veya çerçeve var. Ticari markalar büyük çoğunluğu sabit Bankası kullanmak ise, çizim düzlemsel (XY) hareket sağlar bir platform gösteriyor. Taşıyıcı, bu durumda, bir yük hücresi tutan ve step motor tarafından tahrik edilmektedir üst kol var. Çerçeveye bağlı numune tutan ve çalıştırılan test türü dikte armatürleri bulunmaktadır. Çizimde gösterildiği üç sayılık bend armatürleri bulunmaktadır. En iyi fikstür (tek kişi) hareket kolu monte edilir; alt fikstür (çift kişi) sabit tabanına monte. Test sırasında motor üst fikstür aşağı nerede numune merkezi temas sapmaz için sürücüler. Kişiyi örnek yürütmektedir gibi yük hücresi artış direnci veya numune yerleştirilen kuvvet kaydeder.
Nerede makineleri tasarlanmış ve şirket içinde bir hareket değil ulaşılabilir Laboratuvarı mevcut makinelerle gerçekleştirmek için inşa durumlar vardır. Burada böyle bir cihaz ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Her iki uçta da etkinleştirir saf uniaxial numune yükleme veya eşit ve zıt hareket bir yükleme platformudur. Birleştirmek belgili tanımlık aygıt ticari yük hücreleri ve Aktüatörler (nakliyeciler); çerçeveyi ticari parçaları ve numune test için yükleme fikstür tutmak için işlenmiş. Test makine inşaat temel ilkeleri anlayış kendi makine tasarımında yardımcı olabilir. Biz hazırladık çizim dosyaları araştırmacılar kendi makine gelişimi ile yardımcı olmak için bir başlangıç noktası olarak yarattık. Video aygıtı ve hizalama ve güvenilir test emin olmak için uygulamayı mekanik tasarım ilkeleri Meclisi ele alınacak.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu eser amacı tasarım ve kullanımı için bir maliyet-etkin ve güvenilir uniaxial yükleyici doku ve elyaf gibi küçük ölçekli örnekler ile imal oldu. Bir aygıt aynı zamanda Kullanıcı büyümeye ihtiyacı olduğu sahte olduğu ortaya yeni ekler kaydedilmesin tasarımında esnek olmak belirtilen gereksinimleri yerine inşa edilmiştir. Örneğin, aygıt uniaxial veya sabit uç yapılandırmasında kuru ve nemli örneklerin test etmek için izin verir.
Malzeme, ticari bileşenleri (…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser ulusal kurumları sağlık NIDCR [DE022664] tarafından desteklenmiştir.
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).
