Method Article

Ein virtuelles Simulationsexperiment der Mechanik: Materialverformung und -versagen anhand der Rasterelektronenmikroskopie

DOI:

10.3791/64521

January 20th, 2023

In This Article

Summary

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Diese Arbeit stellt ein dreidimensionales virtuelles Simulationsexperiment für Materialverformung und -versagen vor, das visualisierte experimentelle Prozesse liefert. Durch eine Reihe von Experimenten können sich die Benutzer mit den Geräten vertraut machen und die Bedienung in einer immersiven und interaktiven Lernumgebung erlernen.

Abstract

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Diese Arbeit stellt eine Reihe umfassender virtueller Experimente vor, um Materialverformungen und -versagen zu erkennen. Die in der Mechanik und in den Werkstoffdisziplinen am häufigsten verwendeten Geräte, wie z. B. eine metallographische Schneidemaschine und eine Hochtemperatur-Universal-Kriechprüfmaschine, sind in ein webbasiertes System integriert, um den Benutzern verschiedene experimentelle Dienste in einer immersiven und interaktiven Lernumgebung anzubieten. Das Protokoll in dieser Arbeit ist in fünf Unterabschnitte unterteilt, nämlich die Vorbereitung der Materialien, das Formen der Probe, die Charakterisierung der Probe, die Probenbeladung, die Installation von Nanoindentern und REM-In-situ-Experimente , und dieses Protokoll zielt darauf ab, den Benutzern die Möglichkeit zu geben, verschiedene Geräte und die entsprechenden Vorgänge zu erkennen sowie das Laborbewusstsein zu verbessern. usw., unter Verwendung eines virtuellen Simulationsansatzes. Um eine klare Anleitung für das Experiment zu geben, hebt das System die im nächsten Schritt zu verwendende Ausrüstung/Probe hervor und markiert den Weg, der zum Gerät führt, mit einem auffälligen Pfeil. Um das praktische Experiment so genau wie möglich nachzuahmen, haben wir einen dreidimensionalen Laborraum, Geräte, Operationen und experimentelle Verfahren entworfen und entwickelt. Darüber hinaus berücksichtigt das virtuelle System auch interaktive Übungen und Registrierungen, bevor Chemikalien während des Experiments verwendet werden. Fehlerhafte Vorgänge sind ebenfalls zulässig, was zu einer Warnmeldung führt, die den Benutzer informiert. Das System kann Benutzern interaktive und visualisierte Experimente auf verschiedenen Ebenen zur Verfügung stellen.

Introduction

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Die Mechanik ist eine der Grunddisziplinen des Ingenieurwesens, wie die Betonung der Grundlagen der mathematischen Mechanik und des theoretischen Wissens sowie die Aufmerksamkeit für die Kultivierung der praktischen Fähigkeiten der Studierenden zeigen. Mit dem rasanten Fortschritt der modernen Wissenschaft und Technologie haben Nanowissenschaften und -technologie einen enormen Einfluss auf das menschliche Leben und die Wirtschaft. Rita Colwell, die ehemalige Direktorin der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF), erklärte 2002, dass die nanoskalige Technologie einen ähnlichen Einfluss haben würde wie die industrielle Revolution1 und....

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Protocol

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In dieser Arbeit werden die Verfahren des Mikrocantilever-Strahlbruchexperiments mit Rissen wie folgt diskutiert, das über http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd frei zugänglich ist. Alle Schritte werden im Online-System auf Basis des virtuellen Simulationsansatzes durchgeführt. Die Genehmigung des Institutional Review Board war für diese Studie nicht erforderlich. Die Zustimmung der studentischen Freiwilligen, die an dieser Studie teilgenommen haben, wurde eingeholt.

1. Zugriff auf das System und Aufrufen der Schnittstelle

  1. Öffnen Sie einen Webbrowser und geben Sie die URL http://civ.whu.rofall.net/virexp/....

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Results

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Das System bietet eine klare Anleitung für die Bedienung des Benutzers. Zunächst wird ein Training auf Anfängerniveau integriert, wenn ein Benutzer das System betritt. Zweitens werden die Geräte und der Laborraum hervorgehoben, die für den nächsten Schritt der Operation verwendet werden sollen.

Das System kann für verschiedene Bildungszwecke für verschiedene Schülerstufen verwendet werden. Zum Beispiel enthält Abbildung 1 sieben der am häufigsten.......

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Discussion

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Einer der Vorteile virtueller Simulationsexperimente besteht darin, dass sie es den Benutzern ermöglichen, die Experimente durchzuführen, ohne befürchten zu müssen, das physische System zu beschädigen oder sich selbst Schaden zuzufügen11. Auf diese Weise können Benutzer beliebige Vorgänge ausführen, einschließlich richtiger oder falscher Vorgänge. Das System gibt dem Benutzer jedoch eine Warnmeldung, die in das interaktive Experiment integriert ist, um ihn bei einer falschen Operation zur korrekte.......

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Disclosures

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgements

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Diese Arbeit wurde teilweise durch die Grundlagenforschungsfonds für die Zentraluniversitäten im Rahmen des Grants 2042022kf1059 unterstützt; die Nature Science Foundation der Provinz Hubei im Rahmen des Zuschusses 2022CFB757; die China Postdoctoral Science Foundation im Rahmen des Stipendiums 2022TQ0244; die Finanzierung des Wuhan University Experiment Technology Project im Rahmen des Stipendiums WHU-2021-SYJS-11; die Lehr- und Forschungsprojekte der Provinzen an den Hochschulen und Universitäten der Provinz Hubei im Jahr 2021 im Rahmen von Grant 2021038; und das Provincial Laboratory Research Project in den Colleges und Universitäten der Provinz Hubei im Rahmen des ....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Virtuelle SchnittstelleKeineKeinehttp://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd

References

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  1. Chong, K. Nano mechanics/materials research. Nanomechanics of Materials and Structures. Chuang, T. J., Anderson, P. M., Wu, M. K., Hsieh, S. , Springer. Dordrecht, the Netherlands. 13-22 (2006).
  2. Ratner, B. M., Ratner, D. Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea. , Prentice Hall Professional. New Jersey, USA. (2003).
  3. L....

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Virtual Simulation ExperimentMaterial DeformationScanning Electron MicroscopyMaterial FailureCreep Testing MachineMetallographic SpecimenNanoindenter InstallationSpecimen CharacterizationParallel Plate CompressionStress Strain Curves

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