Mach-1多轴向组织和材料的力学性能测试分析系统是设计用于集合拉伸、剪切、摩擦、扭转和3D压痕映射等测试的一体化设备，极大的方便科研工作者的科研工作，自1999年以来，MACH-1的多轴力学测试系统已经帮助各地的数百名科学家增进和发布与生物材料、组织和软材料相关的创新性研究。

   使用仪器进行无限制压缩测试室测试中常用的方法。MACH-1能对极为微小的样品进行压缩测试，小可以到厚度50-100微米的样品，小力可到0.015mN，位移的精度在0.1um。

   本文描述了一种从样品（例如骨软骨核心或圆形样）无限压缩过程中生成的MACH-1结果文件中提取机械参数的方法。MACH-1多功能力学测试系统的分析软件提供了强大的数据分析处理功能。

   对于样品在无限压缩过程中获得的应力松弛曲线，可以计算描述材料力学的各种力学参数，要做到这一点，为样品使用适当的机械模型是很重要的。多年来，许多模型已经发展起来，有时研究人员不得不开发他们自己的模型来正确地描述复杂的样品，甚至使用有限元模型。

   对于形状相对均匀的样品（块，盘）可以使用相对简单的力学模型（弹性，粘弹性）对应力松弛曲线进行基本分析，例如杨氏模量E或松弛时间t。在无限压缩试验中，多相材料（如水凝胶，关节软骨）在水溶液（生理水溶液，如PBS）中平衡，应力松弛曲线必须拟合到更复杂的模型中。例如，在MACH-1分析软件中，这些孔隙弹性材料可以拟合到线性纤维网络增强的双向模型中（Soulhatetal.1999）.注意溶液的性质（渗透压，PH）也会影响许多生物或聚合物样品的力学性能。

非均匀复合模型（即线性纤维网络增强双相模型）是先前开发的各向同性均匀双相模型的扩展，通过在r、θ、z方向均匀分布且仅抵抗扩展的非线性纤维网络来加强后者（如图）。各向同性矩阵由排水弹性常数Em（杨氏模量）和νm（泊松比）和水力渗透性k来描述。原纤维网络由单个原纤维的杨氏模量Ef描述，结合原纤维体积分数χ（原纤维体积/总体积）可得出原纤维网络的等效拉伸模量，Ef=1/3χEf（因为1/3的纤维是在三个相互正交的方向）。

  孔隙弹性模型的建立：

   孔隙弹性模型参数（如水凝胶盘、关节软骨）

  1 打开Mach-1分析，并打开无限制压缩Mach-1结果文件。

注：每个Mach-1的结果文件可以包含许多应力松弛测试。当一个松弛测试包含多个斜坡时，它们被命名为step#1，step#2，...，step#i，其中i对应于斜坡编号。

  2 选择适当的“stress relaxation”应力松弛测试

  3 将“Fz，N”设置为y轴，“时间，s”设置为x轴设置，如图所示。

  4 从“Analysis”下拉菜单中，选择无限压缩中的孔隙弹性模型，如图2所示。输入相关协议中的模型参数（样本半径、应变、泊松比）。将实验曲线叠加在一条对应于孔隙弹性模型的蓝色曲线上，计算结果（图所示）。请注意，如果应力松弛试验包含多个坡道，则所有坡道都将在一个步骤中进行评估。但是，为了一次测试一个斜坡，需要选择适当的step#i。

Mach-1分析软件上的应力松弛函数的加载时间图。输入模型参数，将多斜坡曲线拟合到孔隙弹性模型上（蓝线，图中难以看到），并计算每个斜坡的孔隙弹性力学参数。

 5通过将结果复制到剪贴板并右键单击图表，可以导出分析结果和拟合到模型的曲线。

 6 如果根据协议的要求，创建一个名为“filename-unconfined compression.map”的.map文件 ，包含MT337-ART01-D描述的每个应力松弛功能对应的PixelX、PixelY和位置ID以及以下特征（Ef(i)(MPa)、Em(MPa)(MPai)和k(i)（mm^2/MPa.s））。注意，每个step#i都有专门的i列。从“Result”面板（参见上图），报告(剪切和粘贴）文件名-无限压缩图对应的（Ef(i)(MPa)”、“Em(i)(MPa)”和“k(i)（mm^2/MPa.s）”列中的纤维网络模量、平衡模量和渗透率值.

  7 对Mach-1结果文件中的所有“应力松弛”测试，重复步骤2至6。

一些基本力学参数的提取

杨氏模量（弹性模型）

 1打开Mach-1分析，并打开无限制压缩Mach-1结果文件。

注：每个Mach-1的结果文件可以包含许多应力松弛测试。当一个松弛测试包含多个斜坡时，它们被命名为step#1，step#2，...，step#i，其中i对应于斜坡编号。

  2 在适当的“stress relaxation”应力松弛测试中选择适当的step#i

  3 将“Fz，N”设置为y轴，“位置z，mm”设置为x轴设置，如图3所示。

  4 从“Analysis”下拉菜单中，如图所示选择坡度。使用光标选择曲线的适当部分进行分析。提取杨氏模量的推荐范围是斜率的后50%。在实验曲线上叠加一条与所选范围内的斜率对应的蓝色曲线，并计算出结果。

                                                                           Mach-1分析软件中的坡度分析

  5 为了得到适当的单位下的杨氏模量E，需要考虑样品的形状和尺寸，并对计算出的斜率进行以下转换：

 6 将“Fz，N”设置为y轴，“时间，s”设置为x轴设置

 7 从“分析”下拉菜单中，选择大值和小值，如图所示。使用光标选择曲线分析部分。在实验曲线上叠加两个红点（对应于选定范围内的小值和大值），并计算结果。

Mach-1分析软件的小和大分析和松弛时间计算

 8 为了获得负载从峰值下降至（峰值平衡负载）所需时间的松弛时间t，需要考虑负载从峰值的37%下降，通过峰值负载（上图中称为Min Y(N)）和平衡负载（上图中称为Max Y(N)）计算，并进行以下转换：

 9 从“Analysis”下拉菜单中，选择Cursor。当光标从步骤6.8获得的峰值的37%下降时，使用光标获得相应值的松弛时间。

 10 使用电子表格应用程序(例如微软Excel)，报告每个参数。通过将结果复制到剪贴板并右键单击图表，可以导出分析结果和拟合到模型的曲线。

 11 对Mach-1结果文件中的所有“应力松弛”测试，重复步骤2至10。