Измерение распределения микро / наномасштабных деформаций по выборке Муаровые обводки
23 мая 2017 г.
Здесь представлена методика сэмплирования муара с использованием методов выборки 2-х пикселов и много пикселов для высокоточных измерений распределения деформации в микро / наномасштабном масштабе.
Общая цель этого эксперимента заключается в точном измерении распределения деформаций материалов на микро- или наноуровне с помощью двухпиксельного или многопиксельного муара выборки
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлены процедура и принципы измерения методом выборочного муара, предназначенным для полнопольных измерений микро- и наноразмерных деформаций. Данный метод предлагает два основных подхода: метод реконструированного мультипликативного муара и метод пространственного фазового сдвига выборочного муара. Оба метода позволяют проводить высокочувствительный двумерный анализ деформаций и смещений по одному снимку сетки, что является улучшением по сравнению с традиционными методами муара.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Материаловедение
- Экспериментальная механика
- Оптическая метрология
Введение
- Традиционные методы муар-интерферометрии широко применяются для измерения деформаций и напряжений.
- Обычные методы часто требуют вращения или сканирования образца, что может быть трудоемким и менее точным.
- Существует потребность в более чувствительных и эффективных методах полнопольных измерений на микро- и наноуровнях.
- Методы дискретного муара потенциально позволяют преодолеть эти ограничения.
Цель исследования
- Описать и продемонстрировать метод дискретного муара для точного полнопольного измерения деформаций микро- и наномасштаба.
- Сравнить чувствительность и эффективность новых методов с традиционными методами сканирующего муара.
- Проверить работоспособность метода на образцах из углепластика в условиях механических испытаний.
Используемые методы
- Применение метода реконструированного множительного муара с шагом сетки образца около 2 пикселей.
- Использование метода пространственно-фазового сдвига выборки муара для шага сетки 3 пикселя и более.
- Генерация полос муара выборки для анализа смещений и деформаций.
- Измерение распределения двумерных смещений и деформаций, включая деформации сдвига, при испытаниях на трехточечный изгиб.
Основные результаты
- Чувствительность как к перемещению, так и к деформации в два раза выше по сравнению с традиционными методами сканирующего моара при одинаковом поле зрения.
- Метод пространственного фазового сдвига значительно повышает точность измерения деформации.
- Предложенные методы позволяют осуществлять автоматическое серийное измерение.
- Распределения 2D-деформаций, включая сдвиговые деформации, были успешно измерены в образцах из углепластика.
Выводы
- Метод пробочного муара позволяет проводить высокочувствительные полнопольные измерения деформации на микро- и наномасштабах.
- Он устраняет необходимость в повороте или сканировании образца, что упрощает процесс измерения.
- Данный метод представляет ценность для неразрушающей количественной оценки механических свойств, обнаружения трещин и анализа остаточных напряжений в различных материалах.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Данный метод позволяет выполнять высокоточное полнопольное картирование деформаций на микро- и наномасштабах без вращения образца или линейного сканирования, что обеспечивает возможность неразрушающего контроля механических свойств материалов. Он предоставляет количественные данные о деформации, критически важные для оценки структурной целостности и механизмов разрушения современных композитов и биоматериалов. Метод повышает достоверность прогнозов при доклиническом скрининге материалов за счет получения воспроизводимых автоматизированных распределений деформаций на основе однокадровой визуализации.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Раннее обнаружение и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет снизить риски при изучении механизмов за счет количественной оценки структурных изменений в биоматериалах, вызванных деформацией при механической нагрузке.
- Практическая ценность: способствует валидации мишеней путем установления корреляции между механической деформацией и биологическим ответом в тканеинженерных конструктах.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет создавать количественные 2D-карты деформации, которые служат функциональными показателями в анализах по скринингу биоматериалов.
- Операционная ценность: обеспечивает возможность автоматизированного пакетного измерения для высокопроизводительной оценки потенциальных материалов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Измерение сдвиговых и нормальных деформаций в скаффолдах для прогнозирования механических характеристик in vivo.
- Практическая ценность: Определение порогов деформации для принятия решений о целесообразности дальнейшего продвижения материалов на доклиническом этапе.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы поиска новых соединений, предоставляя данные о штаммах, которые позволяют обосновать выбор материалов перед проведением биологических испытаний, тем самым связывая инженерную характеристику с доклинической оценкой.
- Открытия в биологии: Обеспечивает проверку гипотез о том, как деформация материала влияет на поведение клеток в исследованиях механотрансдукции.
- Скрининг: Позволяет подготовить анализ за счет стандартизированного воспроизводимого картирования деформаций в библиотеках материалов.
- Аналитика: Предоставляет поля смещений и деформаций в виде количественных выходных данных для сравнительного анализа условий.
- Трансляционные исследования: Связывает измерения микро- и нанодеформаций с доклинической преемственностью путем определения порогов деформации, связанных с функциональным отказом.
- Корпоративное повторное использование: Служит многократно используемой платформой для механического фенотипирования различных платформ биоматериалов.
Операционное и организационное влияние
- Научная ценность: Снижает механистическую неопределенность в соотношениях «структура — функция» за счет обеспечения валидации деформации по всему полю.
- Операционная ценность: Обеспечивает воспроизводимость и масштабируемость за счет автоматической пакетной обработки изображений с сеткой.
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала, позволяя снизить механические риски на ранних этапах, что уменьшает вероятность отказа биоматериалов на поздних стадиях.
- Влияние на портфель: Позволяет осуществлять приоритезацию биоматериалов с учетом рисков на основе их устойчивости к деформации и однородности деформационного поля.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области оптической механики и анализа деформаций по изображениям.
- Необходима инфраструктура для получения изображений высокого разрешения, способная разрешать шаг сетки на уровне 2–3 пикселей.
- Требуется межгрупповая стандартизация между подразделениями материаловедения и биологии для обеспечения единообразия подготовки образцов.
- Необходимо учитывать особенности адаптации при нанесении сетки на мягкие гидратированные биоматериалы в отличие от жестких композитов.
- Существуют практические ограничения при измерении деформаций за пределами линейного упругого диапазона или в динамически развивающихся образцах.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:05
Title
6:28
Conclusion
5:02
Results: 2D Displacement and Strain Distributions of Carbon Fiber-reinforced Plastic
0:56
Sample Preparation and Grid Patterning
2:36
Grid Image Acquisition During a Loading Test
4:01
Generation of Sampling Moiré Fringes and Deformation Analysis
