多載荷多物理場耦合原位測試儀 返回列表頁

近有人問我們，我們的機械測試儀是否有能力評估單纖維人發(fā)的機械性能。在我們的實驗室里，一位科學家

一直致力于這項可行性研究。

這項工作中困難的部分是開發(fā)合適的夾具，以便輕松地將頭發(fā)安裝在測試儀上，以便能夠進行拉伸和扭轉測試。

經(jīng)過幾次嘗試，發(fā)現(xiàn)簡單和可重復的安裝方法是基于使用一對現(xiàn)成的注射器針頭。在工作臺上，將頭發(fā)纖維通過

兩根針頭相對插入，并以預定的規(guī)格間隙隔開。在每根針的塑料腔中涂上一滴氰基丙烯酸酯膠，以將頭發(fā)固定到位。

Mach-1 上安裝了兩個與普通注射器具有相同錐形形狀的針尖支架。這兩個支架在 17N 多軸測力傳感器下方的測試室

中心相對固定。

將負載歸零后，并考慮垂直平臺的相對位置，使用 Mach-1 Motion 的“查找接觸"功能測量*伸展時頭發(fā)的初始

長度（未施加負載時）。以 0.5、1 和 2 Hz 的頻率在彈性區(qū)域內進行 30 個循環(huán)的正弦變形。根據(jù)MA056-SOP04-D進

行動態(tài)機械測試分析，以提取復雜的拉伸儲能和損耗模量分量。動態(tài)測試顯示相位幅度隨著頻率的增加而增加。這一結果

是意料之中的，并解釋了塑性變形（損耗模量）隨著頻率的增加而增加。

拉伸模量和極限拉伸強度也被測量和計算（Mach-1 分析軟件）在拉伸負載斜坡到失效期間（參見圖 2 - 拉伸測試輸出直

到失效）。結果發(fā)現(xiàn)與文獻 (Lee, 2012) 一致：極限抗拉強度為 930 MPa，彈性模量為 6.5 GPa。其他測試是使用旋轉臺

完成的，以對頭發(fā)施加扭轉直到發(fā)生斷裂。對于兩個樣品，故障前的結果分別為 175 和 179 圈。帶有 10X 鏡頭的攝像頭

用于實時可視化光纖的扭轉。

在扭轉過程中，圍繞 Z 軸產(chǎn)生的扭矩太低，無法通過 17N 多軸測力傳感器測量。然而，由扭轉引起的頭發(fā)垂直收縮

產(chǎn)生了垂直收縮力，該收縮力由細胞的 Fz 通道測量。假設通過對該測試配置的適當理論建模，該軸向載荷可用于間

接測量頭發(fā)的扭轉剪切強度。

文獻中也提出了量化纖維扭轉特性的不同間接方法。例如，通過將初始標距與斷裂前的轉數(shù)聯(lián)系起來，可以獲得斷裂

角的理論值。根據(jù)基本分析，發(fā)現(xiàn)斷裂角度在 26° 和 33° 之間。