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Polyacrylamide hydrogels. III. Lap shear and peel
Journal of the Mechanics and Physics of Solids ( IF 5.0 ) Pub Date : 2021-02-04 , DOI: 10.1016/j.jmps.2021.104348
Yecheng Wang , Tenghao Yin , Zhigang Suo

Lap shear and peel are common tests for soft materials. Their results, however, are rarely compared. Here we compare lap shear and peel as tests for measuring toughness. We prepare specimens for both tests by using stiff layers to sandwich a layer of a polyacrylamide hydrogel. We introduce a cut in the hydrogel by scissors, pull one stiff layer at constant velocity, and record the force. In lap shear, the force peaks and then drops to zero, the cut grows unstably through the entire hydrogel, and the peak force is used to determine toughness. In peel, the force peaks and then drops to a plateau, the cut grows in the hydrogel in steady state, and the plateau force is used to determine toughness. Our experimental data show that the average values of toughness determined by lap shear and peel are comparable. The peak forces in both tests scatter significantly, but the plateau force in peel scatters narrowly. Consequently, toughness determined by lap shear scatters more than toughness determined by peel. We hypothesize that the peak forces scatter mainly due to the statistical variation of the cuts made by scissors, and test the hypothesis using two additional sets of experiments. First, after a cut is made by scissors, we pre-peel the specimen to extend the cut somewhat, and then measure toughness by lap shear and peel. The peak force in lap shear scatters less, and the peak force in peel is removed. Second, we prepare cuts using spacers of various thicknesses, and find that the peak forces in both lap shear and peel vary with the thickness of the spacer. These findings clarify the use of lap shear and peel to characterize soft materials.



中文翻译:

聚丙烯酰胺水凝胶。三,搭接剪切和剥皮

弯曲剪切和剥离是软质材料的常见测试。然而,他们的结果很少被比较。在这里,我们比较搭接剪切和剥离作为测量韧性的测试。我们通过使用刚性层将聚丙烯酰胺水凝胶层夹在中间来准备两个测试的样品。我们用剪刀在水凝胶中进行切割,以恒定的速度拉动一层硬质层,并记录力。在搭接剪切中,力达到峰值,然后降至零,切口在整个水凝胶中不稳定地增长,并且峰值力用于确定韧性。在果皮中,力达到峰值,然后下降到平稳状态,切口在水凝胶中以稳定状态生长,并且平稳力用于确定韧性。我们的实验数据表明,通过搭接剪切和剥离测定的韧性平均值具有可比性。两种测试中的峰值力均会显着分散,但果皮中的平稳力会较窄地分散。因此,通过搭接剪切确定的韧性比通过剥离确定的韧性更大。我们假设峰值力的散布主要是由于剪刀切割的统计变化所致,并使用另外两组实验检验了这一假设。首先,在用剪刀进行切割后,我们先对样品进行去皮以使其有所延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切口,发现搭接剪切和剥离中的峰值力都随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。但是果皮中的高原力散布很窄。因此,通过搭接剪切确定的韧性比通过剥离确定的韧性更大。我们假设峰值力的散布主要是由于剪刀切割的统计变化所致,并使用另外两组实验检验了这一假设。首先,在用剪刀进行切割后,我们先对样品进行去皮以使其有所延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切割,发现搭接剪切和剥离中的峰值力随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。但是果皮中的高原力散布很窄。因此,通过搭接剪切确定的韧性比通过剥离确定的韧性更大。我们假设峰值力的散布主要是由于剪刀切割的统计变化所致,并使用另外两组实验检验了这一假设。首先,在用剪刀进行切割后,我们先对样品进行去皮以使其有所延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切口,发现搭接剪切和剥离中的峰值力都随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。通过搭接剪切确定的韧性比通过剥离确定的韧性更大。我们假设峰值力的散布主要是由于剪刀切割的统计变化所致,并使用另外两组实验检验了这一假设。首先,在用剪刀进行切割后,我们先对样品进行去皮以使其有所延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切割,发现搭接剪切和剥离中的峰值力随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。通过搭接剪切确定的韧性比通过剥离确定的韧性更大。我们假设峰值力的散布主要是由于剪刀切割的统计变化所致,并使用另外两组实验检验了这一假设。首先,在用剪刀进行切割后,我们先对样品进行去皮以使其有所延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切口,发现搭接剪切和剥离中的峰值力都随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。我们假设峰值力的散布主要是由于剪刀切割的统计变化所致,并使用另外两组实验检验了这一假设。首先,在用剪刀进行切割后,我们先对样品进行去皮以使其有所延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切割,发现搭接剪切和剥离中的峰值力随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。我们假设峰值力的散布主要是由于剪刀切割的统计变化所致,并使用另外两组实验检验了这一假设。首先,在用剪刀进行切割后,我们先对样品进行去皮以使其有所延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切割,发现搭接剪切和剥离中的峰值力随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。我们先对样品进行去皮,以使切割有些延伸,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切割,发现搭接剪切和剥离中的峰值力随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了搭接剪切和剥离的使用来表征软质材料。我们先对样品进行去皮以稍微扩展切口,然后通过搭接剪切和剥离来测量韧性。搭接剪切时的峰值力分散较小,而果皮中的峰值力被消除。其次,我们使用各种厚度的垫片准备切割,发现搭接剪切和剥离中的峰值力随垫片的厚度而变化。这些发现阐明了使用搭接剪切和剥离来表征软材料的特征。

更新日期:2021-02-11
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