تجربة محاكاة افتراضية للميكانيكا: تشوه المواد وفشلها بناء على المجهر الإلكتروني الماسح

يقدم هذا العمل تجربة محاكاة افتراضية ثلاثية الأبعاد لتشوه المواد وفشلها توفر عمليات تجريبية مرئية. من خلال مجموعة من التجارب ، يمكن للمستخدمين التعرف على المعدات وتعلم العمليات في بيئة تعليمية غامرة وتفاعلية.

يمكن استخدام النظام لإرشاد طلابنا في البروتوكولات التجريبية ، واستخدام المعدات ، والتحقق النظري ، مما يسمح لهم بتعزيز عملياتهم ومهاراتهم المختبرية بشكل متكرر. يمكن إجراء جانب من تجارب المحاكاة الافتراضية ثلاثية الأبعاد للكشف عن تشوه المواد والفشل دون خوف من الإضرار بالنظام المادي أو إصابة أنفسهم. بعد الوصول إلى الواجهة والدخول إليها ، اتبع الإرشادات الواردة في الصورة للوصول فعليا إلى آلة اختبار الزحف العالمية ذات درجة الحرارة العالية ، ووضع عينات المكدس بين مشابك لوحة الماكينة.

بمجرد تمييز الكمبيوتر الظاهري على الجانب الأيسر من جهاز الاختبار ، انقر فوق الكمبيوتر الظاهري وقم بتعيين مخطط الاختبار على كمبيوتر التحكم في الجهاز. ثم انقر فوق معدات التدفئة وضخ الفراغ المميزة وقم بتشغيل مصدر الطاقة. افتح المضخة الميكانيكية الافتراضية وصمام الدعم في الواجهة بالنقر فوق الأزرار المميزة المعنية لإكمال إعدادات التحكم في فراغ النظام.

على لوحة التحكم في آلة اختبار الزحف العالمية ، انقر فوق الزر مسح لمسح البيانات ، متبوعا بالنقر فوق زر التشغيل لإكمال تجربة نسخ النمط الموجود على القالب إلى الصفائح المعدنية باستخدام طريقة صب ضغط اللوحة المتوازية. بعد الانتهاء من صب القالب ، انقر فوق الكمبيوتر الافتراضي مرة أخرى وتحقق من البيانات التجريبية على كمبيوتر التحكم في آلة اختبار الزحف العالمية. افتح لوحة الغطاء على آلة ترصيع العينات المعدنية ، وضع العينة.

لصب المسحوق المحضر ، انقر فوق بولي ميثيل ميثاكريلات المميز ، أو مسحوق PMMA. ثم انقر فوق القالب المميز لوضعه فوق مسحوق PMMA. بعد ذلك ، انقر فوق عجلة اليد المميزة واضبط موضع القالب لتغطية لوحة الغطاء تلقائيا.

انقر فوق زر التشغيل والإيقاف لتشغيل آلة الترصيع. أخرج عينة PMMA المرصعة بعد التبريد. أدخل الغرفة للتلميع والتآكل باتباع إرشادات المسار الموضحة في الصورة.

ابحث عن آلة التلميع المميزة وانقر على قابض الماكينة لتركيب العينة المرصعة على القابض. اضبط السرعة لطحن وتلميع العينة عن طريق إزالة ركيزة المواد المقولبة. قم بطحن القالب على جانب واحد حتى ينكشف النمط الموجود على القالب.

لأداء توصيف العينة ، افتح خزانة تخزين المواد الكيميائية تقريبا وأخرج هيدروكسيد البوتاسيوم الصلب. انقر فوق الدورق المظلل وهيدروكسيد البوتاسيوم الصلب لتحضير سائل التآكل لصنع محلول هيدروكسيد البوتاسيوم بنسبة 10٪. حدد محلول هيدروكسيد البوتاسيوم المميز والعينة لتآكل السلم في عينة معدنية.

بعد ذلك ، قم بتنظيف العينة بعد إزالة ركيزة السيليكون وإجراء اختبار مميز باستخدام عينة معدة تحت المجهر الضوئي. قم بتحميل العينة على مرحلة العينة من nanoindenter واختر المخروط والمسافة البادئة لتركيبها على سائق نظام اختبار الميكانيكا الدقيقة والنانوية. انقر فوق محرك الأقراص المميز لتوصيله ب nanoindenter.

بعد تثبيت nanoindenter وتحميل العينة في برنامج التحكم SEM ، انقر فوق زر التهوية. افتح غرفة SEM بعد كسر الفراغ ، وقم بتثبيت nanoindenter على مرحلة عينة SEM ، وقم بتوصيل الأسلاك كما هو موضح في الصورة. ثم افتح برنامج التحكم الخاص ب nanoindenter ، وحدد نطاق المسافة البادئة المحملة بالتتابع.

حدد البروتوكول التجريبي. بدء تشغيل وحدة التحكم والبدء لبدء تهيئة مرحلة العينة. بعد التهيئة ، أغلق غرفة SEM وانقر على زر المضخة في برنامج التحكم SEM.

بعد ذلك ، انقر فوق الزر لأعلى أو لأسفل في برنامج التحكم SEM لضبط موضع مرحلة العينة على طول مجال رؤية SEM. إصلاح الموقف عن طريق النقر فوق حسنا زر. قم بتشغيل مسدس الإلكترون عن طريق تحديد زر EHT المميز.

قم بالتبديل إلى وضع مراقبة المجهر الإلكتروني عن طريق تحديد زر الكاميرا. أخيرا ، انقر فوق تشغيل على برنامج التحكم nanoindenter. لإنهاء التجربة ، انقر فوق زر الإيقاف في برنامج التحكم الخاص ب nanoindenter.

عزز النظام تصميم المخطط التجريبي من خلال دمجه مع العمليات ، مما يوفر التحقق الفوري. على سبيل المثال ، عندما اختار المستخدم اتجاه وضع العينة ، أظهرت واجهة استخدام آلة ترصيع العينات المعدنية النتائج. وبالمثل ، من خلال تحليل وقت الإزاحة الناتج ومنحنيات إجهاد الإجهاد من تجربة ميكانيكي داخلي لحزمة ناتئة صغيرة مع شقوق حالية ، يمكن للمستخدم تحديد كيفية الحصول على النتائج.

في سيناريو المحاكاة، كان على الطلاب تقييم حجم الحمل وزمن التحميل وفقا لنسبة الطول إلى القطر للعينة المراد تحضيرها قبل إجراء التجربة الريولوجية، بدلا من نهج التجربة والخطأ المستخدم غالبا. علاوة على ذلك ، من خلال التمرين المتكامل بعد التجارب ، يمكن للمستخدمين مراجعة عملية التجربة بأكملها بشكل منهجي وربط النظرية بالتجربة. باستخدام المحاكاة الافتراضية المستندة إلى الويب ، أكمل الطلاب في المتوسط التجربة في حوالي 73 دقيقة ، للتحقق من كفاءة النهج.

أظهرت نتائج الامتحان عبر الإنترنت لمجموعتين من طلاب الميكانيكا الهندسية أن أولئك الذين لديهم تجربة الواجهة الافتراضية كان أداؤهم أفضل من أولئك الذين ليس لديهم ، مما يدل على كفاءة النهج. وقد أدى ذلك إلى تعليم الطلاب الاهتمام البحثي والشعور بالابتكار من خلال تدريبهم على إتقان تقنيات الاختبار وطريقة ومبادئ التجارب الميكانيكية المتقدمة للمهارات الدقيقة والنانوية.