T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 0 ,   N o . 3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2 ,   p p .   5 2 4 ~ 5 3 0   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0           5 2 4       R e c e i v e d   M a y   1 ,   2 0 1 2 ;   R e v i s e d   J u n e   3 ,   2 0 1 2 ;   A c c e p t e d   J u n e   1 1 ,   2 0 1 2   A   M i n i a t u r i z e d   I n   S i t u   T e n s i l e   P l a t f o r m   u n d e r   M i c r o s c o p e       Z h i c h a o   M a ,   H o n g w e i   Z h a o * ,   H u   H u a n g ,   K a i t i n g   W a n g ,   Q i n c h a o   L i ,   X i a o q i n   Z h o u ,   X i a o l i   H u   C o l l e g e   o f   M e c h a n i c a l   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   J i l i n   U n i v e r s i t y   R e n m i n   St r e e t   5 9 8 8 ,   C h a n g c h u n ,   J i l i n   1 3 0 0 2 5 ,   C h i n a ,   t e l p + 8 6 - 0 4 3 1 - 8 5 0 9 5 4 2 8   e - m a i l :   k o b e 2 3 2 4 @ 1 2 6 . c o m ,   h w z h a o @ j l u . e d u . c n * ,   h u a n g h u z y @ 1 6 3 . c o m ,   6 5 9 6 6 7 6 3 8 @ q q . c o m ,   s h i z h e l e e @ q q . c o m ,   x q z h o u @ j l u . e d u . c n ,   2 5 3 1 6 3 8 8 2 @ q q . c o m       A b s t r a k   T u j u a n   p e n g u j i a n   m e k a n i k   p a d a   s p e s i m e n   t i g a   d i m e n s i   d e n g a n   u k u r a n   f i t u r   p a d a   t i n g k a t   s e n t i m e t e r ,   s e b u a h   p l a t f o r m   t a r i k   m i n i a t u r ,   y a n g   m e n y a j i k a n   k o m p a t i b i l i t a s   d e n g a n   p e m i n d a i   m i k r o s k o p   e l e k t r o n   ( SEM )   d a n   m i k r o s k o p   m e t a l o g r a f i ,   d i r a n c a n g   d a n   d i b a n g u n .   Pl a t f o r m   i n i   d a p a t   s e c a r a   a k u r a t   m e n g e v a l u a s i   p a r a m e t e r   s e p e r t i   m o d u l u s   e l a s t i s i t a s ,   p e m a n j a n g a n   d a n   b a t a s   h a s i l ,   d a n   l a i n - l i a n .   Ek s p e r i m e n   k a l i b r a s i   s e n s o r   b e b a n   d a n   s e n s o r   p e r g e s e r a n   m e n u n j u k k a n   d u a   j e n i s   s e n s o r   m e m i l i k i   l i n e a r i t a s   y a n g   t i n g g i .   Pe n g u j i a n   g a l a t   t r a n s m i s i   d a n   p a r a m e t e r   m o d a l   m e n u n j u k k a n   b a h w a   p l a t f o r m   i n i   m e m b e r i k a n   p e r i l a k u   i k u t a n   d a n   p e m i s a h a n   w i l a y a h   r e s o n a n s i   y a n g   b a i k .   Pe n g u j i a n   p e m b a n d i n g a n   b e r b a s i s   k u r v a   t e g a n g a n - r e g a n g a n   d i l a k u k a n   a n t a r a   p l a t f o r m   b u a t a n   s e n d i r i   d a n   i n s t r u m e n   t a r i k   k o m e r s i a l   ( I n s t r o n )   u n t u k   m e m v e r i f i k a s i   k e l a y a k a n   p l a t f o r m .   L e b i h   l a n j u t ,   e k s p e r i m e n   t a r i k   a s l i   d i   b a w a h   m i k r o s k o p   m e t a l o g r a f i   d i l a k u k a n   p a d a   j e n i s   b a j a   m a n g a n .       K a t a   k u n c i :   i n   s i t u   t e s t i n g ,   k u r v a   t e g a n g a n - r e g a n g a n ,   SEM ,   t e n s i l e       A b s t r a c t     Ai m i n g   a t   t h e   m e c h a n i c a l   t e s t i n g   o f   t h r e e - d i m e n s i o n a l   s p e c i m e n s   w i t h   f e a t u r e   s i z e   o f   c e n t i m e t e r   l e v e l ,   a   m i n i a t u r i z e d   t e n s i l e   p l a t f o r m ,   w h i c h   p r e s e n t s   c o m p a t i b i l i t y   w i t h   s c a n n i n g   e l e c t r o n   m i c r o s c o p e   ( SE M )   a n d   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e ,   w a s   d e s i g n e d   a n d   b u i l t .   T h e   p l a t f o r m   c o u l d   a c c u r a t e l y   e v a l u a t e   t h e   p a r a m e t e r s   s u c h   a s   e l a s t i c   m o d u l u s ,   e l o n g a t i o n   a n d   y i e l d   l i m i t ,   e t c .   T h e   c a l i b r a t i o n   e x p e r i m e n t s   o f   l o a d   s e n s o r   a n d   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r   s h o w e d   t h e   t w o   k i n d s   o f   s e n s o r s   h a d   h i g h   l i n e a r i t y .   T e s t i n g   o f   t r a n s m i s s i o n   e r r o r   a n d   m o d a l   p a r a m e t e r s   s h o w e d   t h a t   t h e   p l a t f o r m   p r e s e n t e d   g o o d   f o l l o w i n g   b e h a v i o r s   a n d   s e p a r a t i o n   o f   r e s o n a n c e   r e g i o n .   C o m p a r i s o n   t e s t s   b a s e d   o n   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e   w e r e   c a r r i e d   o u t   b e t w e e n   t h e   s e l f - m a d e   p l a t f o r m   a n d   t h e   c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t   ( I n s t r o n )   t o   v e r i f y   t h e   f e a s i b i l i t y   o f   t h e   p l a t f o r m .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   i n   s i t u   t e n s i l e   e x p e r i m e n t   u n d e r   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e   w a s   c a r r i e d   o u t   o n   a   k i n d   o f   m a n g a n e s e   s t e e l .       K e y w o r d s :   i n   s i t u   t e s t i n g ,   SE M ,   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e ,   t e n s i l e         1 .     I n t r o d u c t i o n   T h e   p r o c e s s e s   o f   c r a c k   i n i t i a t i o n ,   p r o p a g a t i o n ,   d e f o r m a t i o n   u n t i l   f r a c t u r e   o f   m a t e r i a l s   c o u l d   b e   r e s e a r c h e d   v i a   i n   s i t u   t e s t i n g   b a s e d   o n   t h e   o b s e r v a t i o n   o f   S E M ,   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e ,   X - r a y   d i f f r a c t i o n   a n d   R a m a n   s p e c t r o m e t e r ,   e t c   [ 1 - 3 ] .   F r e q u e n t l y ,   t h e   i n   s i t u   t e n s i l e   t e s t i n g   c o u l d   b e   a d o p t e d   a s   p r i m a r y   m e t h o d   t o   d e e p l y   i n v e s t i g a t e   t h e   m i c r o - m e c h a n i c a l   b e h a v i o r   o f   v a r i o u s   m a t e r i a l s   c o m b i n e d   w i t h   t h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   L a w r e n c e   L i v e r m o r e   N a t i o n a l   L a b o r a t o r y   ( L I N L )   a n d   L a w r e n c e   B e r k e l e y   N a t i o n a l   L a b o r a t o r y   ( L B N L )   r e s e a r c h e d   o n   n a n o t u b e s ,   n a n o w i r e s   a n d   m a n y   o t h e r   s p e c i m e n s   w i t h   e x t r e m e l y   t i n y   d i m e n s i o n s   b a s e d   o n   F I B   t e c h n o l o g y   u n d e r   u n i x i a l   t e n s i l e   m o d e   [ 2 ] ,   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   C .   J .   B e t t l e s   [ 2 ]   o f   M o n a s h   U n i v e r s i t y   a n d   D .   Q .   Z h a n g   [ 3 ]   o f   D a l i a n   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y   c o n s t r u c t e d   t e n s i l e   p l a t f o r m s   w i t h   C C D   i m a g i n g   c o m p o n e n t   r e s p e c t i v e l y .   I n   a d d i t i o n ,   t h e s e   w o r k s   w e r e   m o s t l y   d e v e l o p e d   b a s e d   o n   M E M S   t e c h n o l o g y   [ 6 ] ,   [ 7 ] .     I n   s i t u   t e n s i l e   t e s t i n g   b a s e d   o n   A F M   w a s   a l s o   f r e q u e n t l y   s e l e c t e d ,   s u c h   a s   T .   N i s h i n o   [ 4 ]   o f   K o b e   U n i v e r s i t y   d e v e l o p e d   a   d e v i c e   b a s e d   o n   t h e   f u n c t i o n s   o f   m a n u a l   a n d   a u t o m a t i c   a d j u s t m e n t   f o r   t h e   t e n s i l e   t e s t i n g   o f   P E T   f i l m   m a t e r i a l .   W i t h   t h e   f i n a n c i a l   a i d   o f   f a m o u s   D U R I N T   p l a n ,   E .   B a m b e r g   [ 5 ] .   o f   M I T   i n v e s t i g a t e d   a n   e l e c t r o m e c h a n i c a l   c o n t r o l l e d   d e v i c e   d r i v e n   b y   s t e p p i n g   m o t o r ,   t h e   t e n s i l e   f o r c e ,   t r a n s m i t t e d   b y   s y n c h r o n o u s   b e l t   a n d   b a l l - s c r e w ,   c a n   a c h i e v e   a   m a x i m u m   v a l u e   o f   2 5 N   w i t h   r e s o l u t i o n   o f   1 2 5 m N .   Z .   Q i n   [ 6 ]   o f   H a r b i n   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       A   M i n i a t u r i z e d   I n   S i t u   T e n s i l e   P l a t f o r m   u n d e r   M i c r o s c o p e   ( Z h i c h a o   M a )   5 2 5   d e s i g n e d   a n d   f a b r i c a t e d   a   p l a t f o r m   f o r   t h e   t e s t i n g   o f   m a g n e t i c   t a p e   f i l m ,   t h e   m a x i m u m   t e n s i l e   f o r c e   c a n   r e a c h   2 0 0 N   w i t h   d i s p l a c e m e n t   r e s o l u t i o n   o f   1 0 µ m .   H o w e v e r ,   v a s t   m a j o r i t y   o f   t h e s e   w o r k s   r e s e a r c h e d   o n   t h i n   f i l m   m a t e r i a l s   a n d   a s   l i m i t e d   b y   m e a s u r i n g   p r i n c i p l e   a n d   i m a g i n g   s p e e d   o f   A F M ,   i t   w a s   d i f f i c u l t   t o   d e e p l y   r e v e a l   t h e   r e l a t i o n s h i p s   b e t w e e n   t h e   m e c h a n i c a l   b e h a v i o r s   a n d   m e c h a n i s m   o f   d e f o r m a t i o n ,   d a m a g e   o f   m a t e r i a l s   b y   m e a n s   o f   d i s c o n t i n u o u s   o b s e r v a t i o n .   I n   s i t u   t e n s i l e   t e s t i n g   i n s i d e   S E M   f o r   t h e   t h r e e - d i m e n s i o n a l   s p e c i m e n   w i t h   m a c r o s c o p i c   d i m e n s i o n s ,   r e p r e s e n t a t i v e   r e s e a r c h   w o r k s   r e s t r i c t e d   t o   M .   A b o u l f a r a j   [ 7 ]   o f   C N R S ,   R .   R i z z i e r i   [ 8 ]   a n d   K .   I .   D r a g n e v s k i   [ 9 ]   o f   C a v e n d i s h   L a b .   M .   A b o u l f a r a j   d e v e l o p e d   a   c o m p a c t   p l a t f o r m   w i t h   f u n c t i o n s   o f   u n i a x i a l   t e n s i o n   a n d   p u r e   s h e a r   i n s i d e   J E O L   S E M   8 1 0 .   M e a n w h i l e ,   t h e   p l a t f o r m   c o u l d   s o l e l y   p r o v i d e   q u a l i t a t i v e   c a l i b r a t i o n   w i t h o u t   t h e   c a p a b i l i t y   o f   c o l l e c t i n g   t h e   f o r c e / d i s p l a c e m e n t   s i g n a l s ,   w h i c h   w a s   i n t e g r a n t   f o r   d r a w i n g   t h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e s   a n d   e n s u r i n g   t h e   e l a s t i c   m o d u l u s   a n d   y i e l d   s t r e s s ,   e t c .   R .   R i z z i e r i   o f   C a v e n d i s h   L a b   d e v e l o p e d   a   p l a t f o r m   w i t h   m a x i m u m   t e n s i l e   f o r c e   o f   2 0 0 N   f o r   i n v e s t i g a t i n g   t h e   d e f o r m a t i o n   p r o c e s s   o f   b i o l o g i c a l   p o l y m e r   m a t e r i a l s ,   t h e   l o a d   w a s   p r o d u c e d   b y   c o m b i n a t i o n   o f   s t e p p i n g   m o t o r ,   g e a r   p a i r   a n d   b a l l - s c r e w .   O w i n g   t o   t h e   r e c t i l i n e a r l y   s e r i e s   c o n n e c t i o n   o f   f o r c e   s e n s o r ,   s p e c i m e n   g r i p p e r s ,   g e a r   r e d u c e r   a n d   s t e p p i n g   m o t o r ,   r e l a t i v e   l o n g   s t r u c t u r e   d i s t r i b u t i o n   w e a k e n e d   t h e   s y s t e m   s t i f f n e s s .   T o   a c h i e v e   t h e   i n   s i t u   t e n s i l e   s y s t e m   f o r   t h e   t e s t i n g   o f   s p e c i m e n   w i t h   f e a t h e r   w i t h   f e a t u r e   s i z e   o f   c e n t i m e t e r   l e v e l   i n s i d e   S E M   w i t h   m i n i a t u r i z e d   c h a m b e r   a n d   s t r i c t   w o r k i n g   d i s t a n c e ,   m i n i a t u r i z e d   s t r u c t u r e   a n d   l o a d i n g   c a p a c i t y   w e r e   r e q u i r e d   t o   b e   r a t i o n a l l y   m a t c h e d   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   T h i s   p a p e r   p r o p o s e d   a   m i n i a t u r i z e d   p l a t f o r m   w i t h   m i n i m u m   d i m e n s i o n s   o f   1 0 5 m m × 9 5 m m × 3 4 m m   f o r   i n   s i t u   t e n s i l e   t e s t i n g ,   w h i c h   p r e s e n t e d   e x c e l l e n t   c o m p a t i b i l i t y   w i t h   M A - 2 0 0 3 I   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e   a n d   H i t a c h i   T M - 1 0 0 0   S E M .   B o t h   t h e   l o a d   a n d   d i s p l a c e m e n t   s i g n a l s   c o u l d   b e   r e a l - t i m e l y   m e a s u r e d   t o   f o r m   t h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e .   T h e   c a l i b r a t i o n   e x p e r i m e n t s   o f   l o a d   a n d   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r s   w e r e   c a r r i e d   o u t ,   t e s t i n g   o f   t r a n s m i s s i o n   e r r o r   a n d   m o d a l   p a r a m e t e r s   s h o w e d   t h a t   t h e   p l a t f o r m   p r e s e n t e d   g o o d   f o l l o w i n g   b e h a v i o r s   a n d   s e p a r a t i o n   o f   r e s o n a n c e   r e g i o n ,   c o m p a r i s o n   t e s t s   o n   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e   w e r e   c a r r i e d   o u t   b e t w e e n   t h e   s e l f - m a d e   d e v i c e   a n d   t h e   c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t   ( I n s t r o n ) .   F i n a l l y ,   t h e   i n   s i t u   t e n s i l e   e x p e r i m e n t   u n d e r   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e   w a s   c a r r i e d   o u t   o n   a   k i n d   o f   m a n g a n e s e   s t e e l .       2 .   D e s i g n   o f   t h e   p l a t f o r m   2 . 1 .   F u n c t i o n a l   d e s i g n   S t r u c t u r e   d i a g r a m   o f   t h e   p r o p o s e d   p l a t f o r m   i s   s h o w n   i n   F i g u r e .   1 ,   t h e   s e r v o   m o t o r ,   c o m b i n e d   w i t h   r e d u c e r   w i t h   l a r g e   r e d u c t i o n   r a t i o ,   w a s   s e l e c t e d   a s   p r e c i s e   d r i v i n g   u n i t .   T w o - s t a g e   w o r m   g e a r   a n d   a   s m a l l   l e a d   b a l l - s c r e w   c o n s t i t u t e d   t h e   t r a n s m i s s i o n   u n i t   f o r   a c h i e v i n g   t h e   l i n e a r   m o t i o n .   V i a   t h e   c o n t r o l   m o d e   o f   p u l s e / d i r e c t i o n   f o r   t h e   s e r v o   m o t o r ,   t h e   p l a t f o r m   c o u l d   p r o v i d e   q u a s i - s t a t i c   l o a d i n g   m o d e   w i t h   u l t r a - l o w   s p e e d   o f   0 . 1 µ m / s ,   a d d i t i o n a l l y ,   t h e   b a l l - s c r e w   a n d   w o r m   g e a r   c o u l d   a c h i e v e   s e l f - l o c k i n g   f u n c t i o n   t o   f a c i l i t a t e   t h e   i m a g i n g   w i t h   h i g h   r e s o l u t i o n   a s   t h e   d e v i c e   c o u l d   m o m e n t a r i l y   s t o p   b e f o r e   i m a g i n g .   E n t i r e   t e c h n i c a l   p a r a m e t e r s   o f   t h e   p l a t f o r m   a r e   s h o w n   a s   f o l l o w s :   m i n i m u m   d i m e n s i o n s   o f   1 0 5 m m × 9 5 m m ×   3 4 m m ,   d i s p l a c e m e n t   r e s o l u t i o n   o f   1 µ m ,   t e n s i l e   s t r o k e   o f   1 0 m m ,   m a x i m u m   l o a d   o f   1 0 0 0 N ,   l o a d   r e s o l u t i o n   o f   0 . 5 N ,   m a x i m u m   s p e c i m e n   d i m e n s i o n   o f   1 6 m m × 3 m m   × 1 m m .   T o   s o l v e   t h e   a l i g n m e n t   i s s u e s ,   t h e   l o c a t i o n   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   s p e c i m e n   a n d   t h e   g r i p p e r s   w a s   r e a l i z e d   b y   a   p a i r   o f   g r o o v e s   o f   t h e   g r i p p e r s ,   w h i c h   p r e s e n t e d   t h e   s a m e   s h a p e   w i t h   t h e   r e c t a n g u l a r   c r o s s   s e c t i o n   o f   t h e   s p e c i m e n .   I n   s i t u   t e s t i n g   s y s t e m   i n s i d e   H i t a c h i   T M - 1 0 0 0   S E M   i s   s h o w n   i n   F i g u r e .   2 .   T h e   H i t a c h i   T M - 1 0 0 0   S E M   p r e s e n t s   a   c h a m b e r   w i t h   d i a m e t e r   o f   1 4 0 m m   a n d   w o r k i n g   d i s t a n c e   o f   3 . 5 m m ,   w i t h   w h i c h   t h e   p r o p o s e d   p l a t f o r m   c o u l d   e a s i l y   r e a l i z e   t h e   s t r u c t u r e   c o m p a t i b i l i t y .   C o m b i n e d   w i t h   t h e   s t a g e   o f   t h e   S E M ,   t h e   c o n c e r n e d   a r e a s   o f   t h e   s p e c i m e n ,   s u c h   a s   a r e a s   o f   p o t e n t i a l   c r a c k   i n i t i a t i o n   o r   j o i n t   s u r f a c e   b e t w e e n   t h e   m a t r i x   a n d   t h i n   f i l m ,   c o u l d   b e   d e e p l y   o b s e r v e d   w i t h   h i g h   m a g n i f i c a t i o n .   M e a n w h i l e ,   a s   t h e   l o a d   s e n s o r ,   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r   a n d   s e r v o   m o t o r   w e r e   f a r   e n o u g h   a w a y   f r o m   t h e   b e a m   t o   a f f e c t   i t ,   t h e r e f o r e ,   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   c o m p a t i b i l i t y   w i t h   t h e   S E M   w a s   s o l v e d ,   a l t h o u g h   t h e s e   c o m p o n e n t s   p r e s e n t   a   c e r t a i n   m a g n e t i c   s e n s i t i v i t y .   T o   f a c i l i t a t e   t h e   c o n t r o l   o f   t h e   p r o p o s e d   p l a t f o r m ,   t h e   s h i e l d i n g   w i r e s   o f   s e r v o   m o t o r ,   l o a d   s e n s o r   a n d   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r   w e r e   e d u c e d   o u t s i d e   t h e   v a c u u m   c h a m b e r   t h r o u g h   t h e   i n t e r f a c e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     5 2 4     5 3 0   5 2 6 e m b e d d e d   i n s i d e   t h e   s e a l e d   d o o r   o f   t h e   S E M .   C o n t r o l   c o m m a n d   o f   s q u a r e - w a v e   s i g n a l   w a s   c r e a t e d   f r o m   t h e   m o t i o n   c o n t r o l   c a r d   ( A R T - P C I   1 0 1 0 )   t h e n   s e n t   t o   s e r v o   m o t o r   ( M a x o n   E c - m a x 2 2 ) ,   w h i c h   t h e n   p r o d u c e s   a c c u r a t e   a n g u l a r   d i s p l a c e m e n t   a n d   f i n a l l y   t u r n   i n t o   u l t r a - l o w   l i n e a r   m o t i o n   t h r o u g h   t h e   p r e c i s e   t r a n s m i s s i o n   u n i t .   L o a d   a n d   d i s p l a c e m e n t   s i g n a l   i s   m e a s u r e d   b y   t h e   c o m m e r c i a l   l o a d   s e n s o r   a n d   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r   r e s p e c t i v e l y .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   a n a l o g   s i g n a l   o f   l o a d   o r   d i s p l a c e m e n t   c o u l d   b e   s e l e c t e d   a s   f e e d b a c k   s o u r c e s   f o r   p r e c i s e l y   c l o s e d   l o o p   c o n t r o l   o f   t h e   i n   s i t u   t e s t i n g   s y s t e m .   A d d i t i o n a l l y ,   b a s e d   o n   t h e   o p t i m i z e d   p r o p o r t i o n a l   i n t e g r a t i o n   ( P I )   p a r a m e t e r s ,   p u l s e / d i r e c t i o n   m o d e   w a s   s e l e c t e d   f o r   d r i v i n g   t h e   s e r v o   m o t o r .   T h e   s o f t w a r e   i s   u s e d   t o   r e c o r d   t h e   d a t a   f r o m   d a t a   a c q u i s i t i o n   c a r d   ( A R T - P C I   8 6 0 2 ) ,   a n d   t h e   o b s e r v a t i o n   i n t e r f a c e   i s   d i s p l a y e d   o n   c o m p u t e r .   I n   a d d i t i o n ,   a l l   h i g h - p o w e r   c i r c u i t s   a r e   s e p a r a t e d   f r o m   t h e   l o w - p o w e r   d e v i c e s   t o   m i n i m i z e   e l e c t r i c a l   n o i s e   a n d   e n s u r e   s a f e t y .         F i g u r e   1 .   S t r u c t u r e   d i a g r a m   o f   t h e   p l a t f o r m                   F i g u r e   2 .   I n   s i t u   t e n s i l e   s y s t e m   u n d e r   S E M       2 . 2 .   F i n i t e   e l e m e n t   a n a l y s i s   o f   t h e   g r i p p e r s   M a t e r i a l   o f   4 0 C r ,   w h o s e   s t r e n g t h ,   h a r d n e s s   a n d   f a t i g u e   s t r e n g t h   w e r e   e x t r e m e l y   i n c r e a s e d   v i a   p r o c e s s   o f   h i g h   f r e q u e n c y   q u e n c h i n g ,   w a s   a d o p t e d   f o r   t h e   g r i p p i n g   o f   t h e   s p e c i m e n .   F o r   t h e   f i n i t e   e l e m e n t   a n a l y s i s ,   t h e   c o n t a c t   r e g i o n   o f   t h e   g r i p p e r   w a s   r e f i n e d   w i t h   t i n y   g i r d s .   F i g u r e .   3   s h o w s   t h e   s t r e s s   d i s t r i b u t i o n   o f   s i n g l e   g r i p p e r   w h e n   t e n s i l e   f o r c e   o f   1 0 0 0 N   w a s   a p p l i e d   o n   t h e   c o n t a c t   r e g i o n .   M a x i m u m   s t r e s s   o f   1 9 9 . 0 3 8 M P a   o f   t h e   g r i p p e r   w a s   o b t a i n e d .   A s   m a t e r i a l   o f   4 0 C r ,   w i t h   y i e l d   s t r e s s   σ s   o f   7 8 5 M p ,   w a s   a d o p t e d   a s   m a t r i x   m a t e r i a l ,   t h e   g r i p p e r   w o u l d   n o t   p r e s e n t   y i e l d   p h e n o m e n o n   o r   p l a s t i c   d e f o r m a t i o n .   F u r t h e r m o r e ,   t o   a v o i d   r e s o n a n c e   p h e n o m e n o n   d u r i n g   t e n s i l e   t e s t i n g   a s   w e l l   a s   t o   e n s u r e   t h e   s t a b i l i t y   o f   t h e   p l a t f o r m ,   m o d a l   a n a l y s i s   v i a   f i n i t e   e l e m e n t   m e t h o d   w a s   n e c e s s a r i l y   c a r r i e d   o u t .   S e e n   f r o m   F i g u r e .   4 ,   t h e   f i r s t   o r d e r   m o d e   f r e q u e n c y   o f   s i n g l e   g r i p p e r   w a s   a b o u t   5 1 2 3 H z ,   w h i c h   i s   b y   f a r   h i g h e r   t h a n   t h e   n o r m a l   w o r k i n g   f r e q u e n c y   o f   t h e   p l a t f o r m .             F i g u r e   3 .   S t r e s s   d i s t r i b u t i o n     F i g u r e   4 .   M o d a l   s h a p e s   V a c u u m   c h a m b e r   P l a t f o r m   S p e c i m e n   L o a d   s e n s o r   D C   s e r v o   m o t o r   E n c o d e r   F i r s t   s t a g e     w o r m   g e a r   S e c o n d   s t a g e     w o r m   g e a r     F l e x u r e   c o u p l i n g   F l a n g e   L V D T   B a l l   s c r e w   B a s e   o f   L V D T   L i n e r   b e a r i n g   C o v e r   p l a t e   B a f f l e   p l a t e   B a s e   S p e c i m e n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       A   M i n i a t u r i z e d   I n   S i t u   T e n s i l e   P l a t f o r m   u n d e r   M i c r o s c o p e   ( Z h i c h a o   M a )   5 2 7   3 .     E x p e r i m e n t s   a n d   d i s c u s s i o n s   3 . 1 .   C a l i b r a t i o n   o f   s e n s o r s   M e c h a n i c a l   p a r a m e t e r s   o f   m a t e r i a l s ,   s u c h   a s   e l a s t i c   m o d u l u s ,   y i e l d   s t r e n g t h ,   t e n s i l e   s t r e n g t h   a n d   e l o n g a t i o n ,   a r e   m a i n l y   o b t a i n e d   f r o m   t h e   l o a d - d i s p l a c e m e n t   ( F - l )   c u r v e ,   w h i c h   i s   d r a w n   b y   l o a d   a n d   d i s p l a c e m e n t   d a t a   f r o m   l o a d   a n d   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r s .   T h e r e f o r e ,   c a l i b r a t i o n   e x p e r i m e n t s   w e r e   n e c e s s a r i l y   c a r r i e d   o u t   t o   e v a l u a t e   t h e   l i n e a r i t y   o f   s e n s o r s .   T h e   l o a d   s e n s o r   i s   f r o m   U n i p u l s e   w i t h   a   r a n g e   o f   1 0 0 k g   a n d   r e s o l u t i o n   o f   0 . 5 N .   L W F - t y p e   d i s p l a c e m e n t   ( L V D T )   i s   f r o m   V o l f a   w i t h   a   r a n g e   o f   ± 1 0 m m   a n d   r e s o l u t i o n   o f   1 µ m .   F i g u r e .   5   a n d   F i g u r e .   6   a r e   t h e   c a l i b r a t i o n   r e s u l t s   o f   t h e   L V D T   a n d   t h e   l o a d   s e n s o r ,   r e s p e c t i v e l y .   F r o m   t h e s e   t w o   f i g u r e s ,   r e l a t i o n   b e t w e e n   d i s p l a c e m e n t   l   ( m m )   a n d   o u t p u t   v o l t a g e   X 1   ( V )   i s   l   =   1 9 9 8 5   ×   X 1     0 . 6 5 4 ,   a n d   r e l a t i o n   b e t w e e n   l o a d   F   ( N )   a n d   o u t p u t   v o l t a g e   X 2   ( V )   i s   F   =   2 1 5 . 0 5   ×   X 2   +   1 1 8 . 3 8 5 .   T h e i r   l i n e a r   c o r r e l a t i o n   c o e f f i c i e n t s   R 2   a r e   b o t h   c l o s e   t o   1 ,   w h i c h   i n d i c a t e s   t h a t   b o t h   t h e   L D V T   a n d   t h e   l o a d   s e n s o r   h a v e   h i g h   l i n e a r i t y .                       F i g u r e   5 .   C a l i b r a t i o n   r e s u l t   o f   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r   F i g u r e   6 .   C a l i b r a t i o n   r e s u l t   o f   l o a d   s e n s o r       3 . 2 .   T e s t i n g   o f   t r a n s m i s s i o n   p e r f o r m a n c e   T h e   e s t a b l i s h e d   s y s t e m   f o r   o u t p u t   p e r f o r m a n c e   t e s t   o f   t h e   p l a t f o r m   i s   s h o w n   i n   F i g u r e .   7 .   T h e   m o t i o n   o f   g r i p p e r   A   w a s   d i r e c t l y   d e t e c t e d   b y   n o n - c o n t a c t   l a s e r   s e n s o r   ( L K - G 1 0 )   w i t h   r a p i d   r e s p o n s e   a n d   a   r e s o l u t i o n   o f   1 0 n m .   M e a n w h i l e ,   t h e   c a l i b r a t i o n   d i s p l a c e m e n t   m e a s u r e d   b y   t h e   p h o t o e l e c t r i c   e n c o d e r   ( H E D L 9 1 4 0 - 1 0 0 0 )   w a s   p u t   f o r w a r d   t o   b e   c o m p a r e d .   T h e r e f o r e ,   t h e   t r a n s m i s s i o n   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p l a t f o r m   w a s   e s t i m a t e d   b y   c a l c u l a t i n g   t h e   d i f f e r e n c e   o f   t h e   t w o   d i s p l a c e m e n t s   a s   t h e   t r a n s m i s s i o n   e r r o r .   W i t h   v a r i o u s   l o a d i n g   s p e e d s   o f   5 µ m / s ,   1 0 µ m / s   a n d   2 0 µ m / s ,   t h e   d i s p l a c e m e n t   d i f f e r e n c e s   d e t e c t e d   b y   t h e   l a s e r   s e n s o r   a n d   p h o t o e l e c t r i c   e n c o d e r   d u r i n g   t h e   l o a d i n g   p r o c e s s   w e r e   o b t a i n e d .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e .   8 ,   t h e   c o r r e s p o n d i n g   t r a n s m i s s i o n   e r r o r s   w e r e   s h o w n   a s   2 . 0 3 µ m ,   3 . 8 6 µ m   a n d   6 . 3 6 µ m ,   t h e   e r r o r s   w e r e   m a i n l y   c a u s e d   b y   t h e   a c c e l e r a t i o n   p r o c e s s   o f   t h e   s e r v o   m o t o r   a n d   t h e   g a p   o f   t r a n s m i s s i o n   u n i t .   A s   t h e   l o a d i n g   s p e e d   i n c r e a s e d ,   t h e   t r a n s m i s s i o n   e r r o r   p r e s e n t e d   t e n d e n c y   o f   i n c r e a s i n g .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   p l a t f o r m   p r e s e n t s   f a v o r a b l e   t r a n s m i s s i o n   p e r f o r m a n c e   b e h a v i o r s   w h e n   t h e   l o a d i n g   s p e e d   i s   l o w e r   t h a n   5 µ m / s ,   w h i c h   m e e t s   t h e   r e q u i r e m e n t   o f   q u a s i - s t a t i c   l o a d i n g   m o d e   a s   a b o v e   m e n t i o n e d .         F i g u r e   7 .   T r a n s m i s s i o n   p e r f o r m a n c e   t e s t                         F i g u r e   8 .   T e s t i n g   o f   t r a n s m i s s i o n   e r r o r       - 8 - 6 - 4 - 2 0 2 0 1 5 0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 5 µ m / s   1 0 µ m / s     S a m p l i n g   p o i n t s   D i s p l a c e m e n t   / µ m           2 0 µ m / s     L a s e r   s e n s o r ( L K - G 1 0 )   G r i p p e r   A   E n c o d e r   F = - 2 1 5 . 0 5   X 2 + 1 1 8 . 3 8 5   R 2 = 0 . 9 9 9 9   - 2 - 1 0 1 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 F o r c e   F   /   N V o l t a g e   X 2   /   V 0 2 4 6 0 3 6 9 D i s p l a c e m e n t   l / m m V o l t a g e   X 1   /   V l = 1 . 9 9 8 5   X 1   -   0 . 6 5 4   R 2 = 0 . 9 9 9 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     5 2 4     5 3 0   5 2 8 3 . 3 .   T e s t i n g   o f   m o d a l   p a r a m e t e r s   T h e   g i v e n   s w e e p   f r e q u e n c y   f o r   m o d a l   t e s t i n g ,   g e n e r a t e d   f r o m   a r b i t r a r y   w a v e f o r m   g e n e r a t o r   ( R I G O L )   w i t h   w a v e   f o r m   o f   s i n u s o i d a l   o r   s q u a r e ,   w a s   t h e   e x c i t a t i o n   s i g n a l   f o r   a c t i v i z i n g   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   e x c i t e r .   M e a n w h i l e ,   h i g h   f r e q u e n c y   l a s e r   d o p p l e r   v i b r a t i o n   t e s t e r   ( V i b r o M E T )   w a s   u s e d   f o r   t h e   t e s t i n g   o f   m o d a l   f r e q u e n c i e s   i n   o r d e r   t o   e v a l u a t e   t h e   d y n a m i c   p r o p e r t i e s   o f   t h e   p l a t f o r m .   T h e   d i a g r a m   o f   t h e   m o d a l   t e s t   s y s t e m   i s   s h o w n   i n   F i g u r e .   9   ( a ) .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e .   9   ( b ) ,   f r e q u e n c i e s   o f   t h e   f l e x u r e   c o u p l i n g   w e r e   d e t e c t e d   w h e n   a p p l i e d   s t r a i n   s p e e d s   o f   1 0 µ m / s   a n d   2 0 µ m / s ,   t h e   c o r r e s p o n d i n g   t e s t i n g   f r e q u e n c i e s   w e r e   1 1 H z   a n d   2 1 . 9 H z   r e s p e c t i v e l y ,   w h i c h   a c c o r d   w i t h   t h e   r o t a t i o n a l   s p e e d   o f   t h e   s e r v o   m o t o r .   T h e r e f o r e ,   w i t h   t h e   f o r c e d   v i b r a t i o n   c a u s e d   b y   t h e   n o r m a l   m o t i o n   o f   t h e   s e r v o   m o t o r ,   t h e   p l a t f o r m   p r e s e n t e d   a   w o r k i n g   f r e q u e n c y   b e l o w   5 0 H z .   F u r t h e r m o r e ,   d u r i n g   t h e   h a r m o n i c   r e s p o n s e   t e s t ,   t h e   g i v e n   s w e e p   f r e q u e n c y   w i t h   r a n g e   f r o m   1 0 H z   t o   5 0 0 0 H z ,   w a s   u s e d   f o r   t h e   t e s t i n g   o f   m o d a l   f r e q u e n c i e s .   F i g u r e .   9   ( c )   s h o w s   t h a t   t h e   n a t u r a l   f r e q u e n c i e s   o f   t h e   f i r s t   t w o   m o d a l   s h a p e s   w e r e   2 2 5 . 9 H z   a n d   3 2 4 4 . 6 H z ,   w h i c h   w e r e   b y   f a r   h i g h e r   t h a n   t h e   a c t u a l   w o r k i n g   f r e q u e n c y   o f   t h e   p l a t f o r m .   T h e r e f o r e ,   t h e   p l a t f o r m   c o u l d   a v o i d   t h e   r e s o n a n c e   r e g i o n   w i t h   m a x i m u m   s t r a i n   s p e e d   b e l o w   1 0 0 µ m / s .   A s   a b o v e   m e n t i o n e d ,   q u a s i - s t a t i c   l o a d i n g   m o d e   a c c o r d s   w i t h   t h e   r e q u i r e m e n t   o f   i n   s i t u   o b s e r v a t i o n ,   t h u s ,   t h e   p l a t f o r m   p r e s e n t e d   f a v o r a b l e   s t a b i l i t y   a t   n o r m a l   w o r k i n g   c o n d i t i o n .         F i g u r e   9 .   D i a g r a m   o f   m o d a l   t e s t   s y s t e m :   1   e x p r e s s e s   t h e   t e n s i l e   p l a t f o r m ,   2   i s   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   e x c i t e r ,   3   i s   t h e   m u l t i - c h a n n e l   s e r v o   c o n t r o l l e r ,   4   i s   t h e   d a t a   a c q u i s i t i o n   m o d u l e   o f   l a s e r   d o p p l e r   v i b r a t i o n   t e s t e r ,   5   i s   t h e   p o w e r   a m p l i f i e r   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   e x c i t e r ,   6   i s   t h e   a r b i t r a r y   w a v e f o r m   g e n e r a t o r ( R I G O L )   a n d   7   i s   t h e   l a s e r   g e n e r a t o r   o f   h i g h   f r e q u e n c y   l a s e r   d o p p l e r   v i b r a t i o n   t e s t e r ( V i b r o M ET )     3 . 4   F e a s i b i l i t y   o f   t h e   p l a t f o r m   F o r   p l a t e   s p e c i m e n ,   i t   w a s   u n d e r s t o o d   t h a t   s i m p l e   g e o m e t r i e s   a l l o w   e a s y   a n d   a c c u r a t e   e x t r a c t i o n .   P l a t e   s p e c i m e n   w i t h   a   r e c t a n g u l a r   c r o s s   s e c t i o n   c o u l d   b e   a d o p t e d   a s   t h e   m a c r o s c o p i c   s t r e s s   c o n c e n t r a t i o n ,   w h i c h   w o u l d   c a u s e   t h e   s p e c i m e n   t o   f a i l   p r e   m a t u r e l y   a n d   i n v a l i d a t e   t h e   r e s u l t   o f   t h e   t e s t i n g ,   c o u l d   b e   a v o i d e d .   B e f o r e   t e s t i n g ,   p r o c e s s e s   o f   w i r e   c u t t i n g   a n d   s i n g l e   s i d e   p o l i s h i n g   o f   t h e   s p e c i m e n   w e r e   r e q u i r e d   t o   e n s u r e   t h e   m i c r o s t r u c t u r e   d i s t i n c t ,   s c h e m a t i c   o f   t h e   g r i p p i n g   w a y   w i t h   i l l u s t r a t i o n s   o f   t h e   s p e c i m e n s   s i z e   i s   s h o w n   i n   F i g u r e .   1 0 .   T h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e s   o f   4 5 #   w e r e   o b t a i n e d   b y   t h e   s e l f - m a d e   p l a t f o r m   t o   b e   c o m p a r e d   w i t h   c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t   ( I n s t r o n )   w i t h   t h e   s a m e   e x p e r i m e n t a l   c o n d i t i o n s .   I n   o r d e r   t o   r e d u c e   t h e   e r r o r ,   f i v e   t e n s i l e   e x p e r i m e n t s   b y   e a c h   i n s t r u m e n t   w e r e   c o n d u c t e d .     A s   s h o w n   i n   F i g u r e .   1 1 ,   t h e   r e f e r e n c e   c u r v e   w a s   f r o m   t h e   c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t ,   a n d   t h e   t e s t e d   c u r v e   w a s   f r o m   d i r e c t l y   d e t e c t e d   f o r c e   a n d   d i s p l a c e m e n t   s i g n a l   o f   t h e   s e l f - m a d e   p l a t f o r m .   S e e n   f r o m   t h e   c u r v e s ,   t h e   t e s t e d   c u r v e   a p p r o x i m a t e l y   c o i n c i d e d   w i t h   t h e   r e f e r e n c e   c u r v e .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   m e c h a n i c a l   p a r a m e t e r s   o f   4 5 #   o b t a i n e d   b y   e a c h   i n s t r u m e n t   a r e   s h o w n   i n   T a b l e .   1 ,   t h e   a v e r a g e   v a l u e   o f   t h e   c o r r e c t e d   e l a s t i c   m o d u l u s   E   o f   2 0 3 . 5 8 G P a ,   t h e   a v e r a g e   v a l u e   o f   t h e   c o r r e c t e d   t e n s i l e   s t r e n g t h   σ b   o f   6 0 5 . 5 4 M P a   a n d   t h e   a v e r a g e   v a l u e   o f   t h e   c o r r e c t e d   e l o n g a t i o n   δ   o f   a b o u t   1 6 . 1 2 %   w e r e   o b t a i n e d   b y   t h e   s e l f - m a d e   d e v i c e .   M e a n w h i l e ,   f o r   c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t ,   t h e s e   p a r a m e t e r s   s h o w   c o r r e s p o n d i n g   v a l u e s   o f   2 0 5 . 0 8 G P a ,   6 0 5 . 8 6 M P a   a n d   1 5 . 7 2 % ,   r e s p e c t i v e l y .   T h e r e f o r e ,   a l l   t h e   c o r r e c t e d   p a r a m e t e r s   a r e   c l o s e   t o   t h e   e x p e r i m e n t a l   v a l u e s   o b t a i n e d   b y   c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t ,   w h i c h   p r e l i m i n a r i l y   i n d i c a t e s   t h e   f e a s i b i l i t y   o f   t h e   p l a t f o r m .   a   1   3   4   5   6   2   7   b   c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       A   M i n i a t u r i z e d   I n   S i t u   T e n s i l e   P l a t f o r m   u n d e r   M i c r o s c o p e   ( Z h i c h a o   M a )   5 2 9     F i g u r e   1 0 .   S c h e m a t i c   o f   t h e   g r i p p i n g   w a y   t h e   s p e c i m e n s   s i z e     F i g u r e   1 1 .   C o m p a r i s o n   r e s u l t s                                         T a b l e   1 .   C o m p a r i s o n   r e s u l t s   o f   p a r a m e t e r s   b e t w e e n   t h e   c o m m e r c i a l   i n s t r u m e n t   a n d   o u r   s e l f - m a d e   p l a t f o r m   C o m m e r c i a l   i n s t r u m e n t   S e l f - m a d e   p l a t f o r m     E ( G P a )   σ b ( M P a )   δ ( % )   E ( G P a )   σ b ( M P a )   δ ( % )   1   2 0 4 . 6   6 0 4 . 6   1 5 . 6   2 0 3 . 6   6 0 4 . 8   1 6 . 2   2   2 0 6 . 5   6 0 6 . 3   1 5 . 8   2 0 2 . 4   6 0 5 . 2   1 6 . 1   3   2 0 7 . 5   6 0 7 . 2   1 5 . 4   2 0 3 . 4   6 0 6 . 2   1 6 . 1   4   2 0 6 . 2   6 0 5 . 4   1 6 . 1   2 0 3 . 7   6 0 4 . 4   1 5 . 8   5   2 0 4 . 8   6 0 5 . 8   1 5 . 7   2 0 4 . 8   6 0 7 . 1   1 6 . 4   M e a n   2 0 5 . 0 8   6 0 5 . 8 6   1 5 . 7 2   2 0 3 . 5 8   6 0 5 . 5 4   1 6 . 1 2       F i g u r e   1 2 .   S t r e s s - s t r a i n   c u r v e   a n d   m i c r o s c o p e   i m a g e s   o f   d e f o r m a t i o n   p r o c e s s   o f   a   k i n d   o f   m a n g a n e s e   s t e e l       3 . 5   I n   s i t u   t e n s i l e   t e s t i n g   u n d e r   m i c r o s c o p e   T h e   i n   s i t u   t e n s i l e   t e s t i n g   t a k e s   a d v a n t a g e   o f   a v o i d i n g   e l a s t i c   r e c o v e r y   w h e n   t h e   d e v i c e   m o m e n t a r i l y   s t o p s   b e f o r e   i m a g i n g .   M e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e   ( M A   2 0 0 3 I )   w i t h   h i g h   r e s o l u t i o n   d i g i t a l   i m a g i n g   s y s t e m   w a s   a d o p t e d   t o   o b s e r v e   t h e   p r o c e s s e s   o f   d e f o r m a t i o n ,   d a m a g e   u n t i l   f r a c t u r e   o f   a   k i n d   o f   m a n g a n e s e   s t e e l .   T h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e   a n d   c o r r e s p o n d i n g   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e   i m a g e s   o f   t h e   s t e e l   s u r f a c e s   f o r   a p p l i e d   t e n s i l e   s t r e s s e s   h i g h e r   t h a n   t h e i r   n o m i n a l   y i e l d   s t r e s s   w e r e   t i m e l y   r e c o r d   a s   s h o w n   i n   F i g u r e .   1 2 .     S e e n   f r o m   t h e   m i c r o s c o p e   i m a g e s   o f   t h e   s t e e l   s u r f a c e s   f o r   a p p l i e d   t e n s i l e   s t r e s s e s   a t   s t a g e s   o f   y i e l d   s t r e s s ,   m a x i m u m   s t r e s s   a n d   n e c k i n g ,   w h e n   t h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s   i n c r e a s e d   t o   4 8 3 M P a ,   a b u n d a n t   d i s t i n c t   m i c r o   v o i d s   w e r e   o b s e r v e d   a s   s o u r c e s   o f   c r a c k   i n i t i a t i o n ( r e g i o n   A   i n   F i g u r e   1 2 ,   f o r   i n s t a n c e ) .   W h e n   t h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s   i n c r e a s e d   t o   6 0 3 M P a ,   a p p a r e n t   n e c k i n g   p h e n o m e n o n   a p p e a r e d .   A s   u n i a x i a l   s t r e s s   i n c r e a s e s ,   t h o s e   c r a c k s   c o n t i n u a l l y   e x p a n d   a n d   t h e   c r a c k s   p r o p a g a t i o n   s p r e a d   a l o n g   s h e a r   b a n d s   a t   a n   a n g l e   o f   a p p r o x i m a t e   4 5 d e g r e e   t o   t h e   d i r e c t i o n   o f   t e n s i l e   a x i s .   O b v i o u s   s h e a r   f r a c t u r e   m o d e   w a s   f o u n d ,   a n d   t h e   n e c k i n g   p h e n o m e n o n   o c c u r r e d   i n   t h e   r e g i o n   c l o s e   t o   t h e   c r o s s   s e c t i o n .   P r i n c i p a l   s h e a r   s t r e s s   l e a d   t o   t h e   s l i p   a t   a n   a n g l e   o f   a p p r o x i m a t e   4 5 d e g r e e   t o   t h e   d i r e c t i o n   o f   t h e   t e n s i l e   a x i s ,   t h e   u l t i m a t e   f r a c t u r e   p r e s e n t s   a p p a r e n t   s h e a r i n g   t y p e .       4 .     C o n c l u s i o n   T h i s   p a p e r   p r o p o s e d   a   m i n i a t u r i z e d   p l a t f o r m   f o r   i n   s i t u   t e n s i l e   t e s t i n g   w i t h   m i n i m u m   d i m e n s i o n s   o f   1 0 5 m m × 9 5 m m × 3 4 m m ,   t h e   p l a t f o r m   c o u l d   p r o v i d e   m a x i m u m   t e n s i l e   l o a d   o f   1 0 0 0 N   a n d   c o u l d   b e   c o m p a t i b l e   w i t h   M A - 2 0 0 3 I   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e   a n d   H i t a c h i - T M - 1 0 0 0   S E M .   T h e   c a l i b r a t i o n   e x p e r i m e n t s   s h o w e d   t h e   l o a d   s e n s o r   a n d   d i s p l a c e m e n t   s e n s o r   h a d   h i g h   l i n e a r i t y   a n d   s t a b i l i t y .   T e s t   o f   t r a n s m i s s i o n   e r r o r   a n d   m o d a l   p a r a m e t e r s   s h o w e d   t h a t   t h e   p l a t f o r m   p r e s e n t e d   g o o d   f o l l o w i n g   b e h a v i o r s   a n d   s e p a r a t i o n   o f   r e s o n a n c e   r e g i o n .   T h e   e n g i n e e r i n g   s t r e s s - s t r a i n   c u r v e s   o f   4 5 #   w e r e   o b t a i n e d   b y   t h e   s e l f - m a d e   p l a t f o r m   t o   b e   c o m p a r e d   w i t h   0 . 0 0 0 . 0 3 0 . 0 6 0 . 0 9 0 . 1 2 0 1 5 0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 E n g i n e e r i n g   s t r e s s   / M P a E n g i n e e r i n g   s t r a i n   a   b   c   a       b       c       1 0 0 µ m       A   A   A   R e f e r e n c e   c u r v e       0 . 0 0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2 0 . 1 6 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 E n g i n e e r i n g   s t r e s s   / M P a E n g i n e e r i n g   s t r a i n   T e s t e d   c u r v e       G r i p p e r   B     S p e c i m e n         1 6 m m       6 m m             R 2 m m             1 m m             P i n   h o l e   f o r   i n s t a l l i n g   t h e   l o c a t i n g   p i n s       M o u n t i n g   h o l e         G r i p p e r   A   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     5 2 4     5 3 0   5 3 0 c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t   ( I n s t r o n )   w i t h   t h e   s a m e   e x p e r i m e n t a l   c o n d i t i o n s .   T h e   a v e r a g e   v a l u e   o f   t h e   c a l i b r a t e d   e l a s t i c   m o d u l u s   E ,   t e n s i l e   s t r e n g t h   σ b   a n d   e l o n g a t i o n   δ   w e r e   c l o s e   t o   t h e   e x p e r i m e n t a l   v a l u e s   o b t a i n e d   b y   c o m m e r c i a l   t e n s i l e   i n s t r u m e n t ,   w h i c h   p r e l i m i n a r i l y   i n d i c a t e s   t h e   f e a s i b i l i t y   o f   t h e   c o r r e c t e d   m e t h o d s .   M e c h a n i s m s   o f   c r a c k   i n i t i a t i o n ,   p r o p a g a t i o n   a n d   f r a c t u r e   o f   a   k i n d   o f   m a n g a n e s e   s t e e l   w e r e   i n v e s t i g a t e d   v i a   i n   s i t u   o b s e r v a t i o n   u n d e r   m e t a l l o g r a p h i c   m i c r o s c o p e ,   t h e   s e l f   d e f e c t s   a c t   d o m i n a t i n g   e f f e c t   t o   l e a d   t o   c r a c k   i n i t i a t i o n .   F u r t h e r m o r e ,   s h e a r   s t r e s s   l e a d   t o   t h e   e x p a n s i o n   o f   m a i n   c r a c k   a l o n g   t h e   s l i p   b a n d ,   c r a c k   p r o p a g a t i o n   s p r e a d   a l o n g   s h e a r   b a n d s   a t   a n   a n g l e   o f   a p p r o x i m a t e   4 5 d e g r e e   t o   t h e   d i r e c t i o n   o f   t e n s i l e   a x i s ,   a n d   t h e   u l t i m a t e   f r a c t u r e   p r e s e n t s   a p p a r e n t   s h e a r i n g   t y p e .       A c k n o w l e d g e m e n t s   T h i s   r e s e a r c h   i s   f u n d e d   b y   t h e   N a t i o n a l   N a t u r a l   S c i e n c e   F o u n d a t i o n   o f   C h i n a   ( G r a n t   N o .   5 0 9 0 5 0 7 3 ,   5 1 1 0 5 1 6 3 ) ,   N a t i o n a l   H i - t e c h   R e s e a r c h   a n d   D e v e l o p m e n t   P r o g r a m   o f   C h i n a ( 8 6 3   P r o g r a m )   ( G r a n t   N o .   2 0 1 2 A A 0 4 1 2 0 6 ) ,   K e y   P r o j e c t s   o f   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   D e v e l o p m e n t   P l a n   o f   J i l i n   P r o v i n c e   ( G r a n t   N o .   2 0 1 1 0 3 0 7 )   a n d   I n t e r n a t i o n a l   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   C o o p e r a t i o n   P r o g r a m   o f   C h i n a   ( G r a n t   N o .   2 0 1 0 D F A 7 2 0 0 0 ) .         R e f e r e n c e s   [ 1 ]     N e e l a k a n t a n   L ,   Sc h ö n b e r g e r   B,   Eg g e l e r   G ,   H a s s e l ,   A   W .   An   i n   s i t u   t e n s i l e   t e s t e r   f o r   s t u d y i n g   e l e c t r o c h e m i c a l   r e p a s s i v a t i o n   b e h a v i o r :   F a b r i c a t i o n   a n d   c h a l l e n g e s .   R e v i e w   o f   Sc i e n t i f i c   I n s t r u m e n t s .   2 0 1 0 ;   8 1 ( 3 ) .   [ 2 ]     Be t t l e s   C   J ,   L y n c h   A ,   St e v e n s o n   W ,   T o m u s   D ,   G i b s o n   M   A,   W a l l w o r k   K ,   Ki m p t o n   J .   I n   s i t u   o b s e r v a t i o n   o f   s t r a i n   e v o l u t i o n   i n   C p - T i   o v e r   m u l t i p l e   l e n g t h   s c a l e s .   Ph y s i c a l   M e t a l l u r g y   a n d   M a t e r i a l s   Sc i e n c e .   2 0 1 1 ;   4 2 :   1 0 0 - 1 1 0 .   [ 3 ]     Z h a n g   D   Q ,   C h u   J   G ,   H o u   Z   W ,   W a n g   L   D .   An   o f f - c h i p   a c t u a t e d   t e n s i l e   t e s t   d e v i c e   f o r   m i c r o s c a l e   m e c h a n i c a l   t e s t i n g .   C h i n e s e   J o u r n a l   o f   M e c h a n i c a l   En g i n e e r i n g .   2 0 0 9 ;   2 0 .   [ 4 ]     N i s h i n o   T ,   H i r a o   K,   Ko t e r a   M ,   N a k a m a e   K ,   I n a g a k i   H .   Ke n a f   r e i n f o r c e d   b i o d e g r a d a b l e   c o m p o s i t e .   C o m p o s i t e s   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 0 3 ;   6 3 :   1 2 8 1 1 2 8 6 .     [ 5 ]     Ba m b e r g   E ,   G r i p p o   C   P ,   W a n a k a m o l   P ,   S l o c u m   A   H ,   Bo y c e   M   C ,   T h o m a s   L .   t e n s i l e   t e s t   d e v i c e   f o r   i n   s i t u   a t o m i c   f o r c e   m i c r o s c o p e   m e c h a n i c a l   t e s t i n g .   Pr e c i s i o n   En g i n e e r i n g .   2 0 0 6 ;   3 0 :   7 1 - 8 4 .   [ 6 ]     T u   H ,   C h e n g   J ,   C h a n g   Q ,   Z h o u   Q ,   W a n g   J ,   Z h a n g   G ,   F a n g   F .   G r o w t h   a n d   s t r e s s   a n a l y s i s   o f   n e c k s   f o r   3 0 0   m m   C Z   s i l i c o n   s i n g l e   c r y s t a l s .   M i c r o e l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g .   2 0 0 1 ;   5 6 :   8 9 - 9 2 .   [ 7 ]     Ab o u l f a r a j   M ,   G ' Se l l   C ,   U l r i c h   B.   I n   s i t u   o b s e r v a t i o n   o f   t h e   p l a s t i c   d e f o r m a t i o n   o f   p o l y p r o p y l e n e   s p h e r u l i t e s   u n d e r   u n i a x i a l   t e n s i o n   a n d   s i m p l e   s h e a r   i n   t h e   s c a n n i n g   e l e c t r o n   m i c r o s c o p e .   Po l y m e r .   1 9 9 5 ;   3 6 :   7 3 1 - 7 4 2 .   [ 8 ]     R i z z i e r i   R ,   M a h a d e v a n   L ,   Va z i r i   A ,   e t   a l .   Su p e r f i c i a l   w r i n k l e s   i n   s t r e t c h e d ,   d r y i n g   g e l a t i n   f i l m s .   L a n g m u i r .   2 0 0 6 ;   2 2 :   3 6 2 2 - 3 6 2 6 .   [ 9 ]       R i z z i e r i   R ,   Ba k e r   F   S ,   D o n a l d   M .   t e n s o m e t e r   t o   s t u d y   s t r a i n   d e f o r m a t i o n   a n d   f a i l u r e   b e h a v i o r   o f   h y d r a t e d   s y s t e m s   v i a   i n   s i t u   e n v i r o n m e n t a l   s c a n n i n g   e l e c t r o n   m i c r o s c o p y .   R e v i e w   o f   Sc i e n t i f i c   I n s t r u m e n t s .   2 0 0 3 ;   7 4 :   4 4 2 3 - 4 4 2 8 .     [ 1 0 ]   S t o k e s   D   J ,   D o n a l d   A   M .   I n   s i t u   m e c h a n i c a l   t e s t i n g   o f   d r y   a n d   h y d r a t e d   b r e a d c r u m b   i n   t h e   e n v i r o n m e n t a l   s c a n n i n g   e l e c t r o n   m i c r o s c o p e   ( ESEM ) .   J o u r n a l   o f   M a t e r i a l s   S c i e n c e .   2 0 0 0 ;   3 5 :   5 9 9 - 6 0 7 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.