Un experimento virtual de simulación de mecánica: deformación y falla de material basado en microscopía electrónica de barrido

El sistema se puede utilizar para instruir a nuestros estudiantes en protocolos experimentales, uso de equipos y verificación teórica, lo que les permite mejorar repetidamente sus operaciones y las habilidades de laboratorio. Se pueden realizar experimentos de simulación virtual tridimensionales para detectar la deformación del material y la falla sin temor a dañar el sistema físico o lesionarse. Después de acceder e ingresar a la interfaz, siga las instrucciones proporcionadas en la imagen para llegar virtualmente a la máquina de prueba de fluencia universal de alta temperatura y coloque las muestras de pila entre las abrazaderas de placa de la máquina.

Una vez que se resalte la computadora virtual en el lado izquierdo de la máquina de prueba, haga clic en la computadora virtual y establezca el esquema de prueba en la computadora de control de la máquina. Luego haga clic en el equipo de calefacción y bombeo de vacío resaltado y encienda la fuente de alimentación. Abra la bomba mecánica virtual y la válvula de respaldo en la interfaz haciendo clic en los botones resaltados respectivos para completar la configuración del control de vacío del sistema.

En el panel de control de la máquina de prueba de fluencia universal, haga clic en el botón borrar para borrar los datos, luego haga clic en el botón de ejecución para completar el experimento de copiar el patrón en el molde a la lámina de metal utilizando el método de moldeo por compresión de placa paralela. Después de completar la fundición del molde, haga clic en la computadora virtual nuevamente y verifique los datos experimentales en la computadora de control de la máquina de prueba de fluencia universal. Abra la placa de cubierta en la máquina de incrustación de muestras metalográficas y coloque la muestra.

Para verter el polvo preparado, haga clic en el polimetacrilato de metilo resaltado o polvo de PMMA. Luego haga clic en el molde resaltado para colocarlo encima del polvo de PMMA. A continuación, haga clic en la rueda de mano resaltada y ajuste la posición del molde para cubrir la placa de cubierta automáticamente.

Haga clic en el botón de encendido, apagado para encender la máquina de incrustación. Saque la muestra de PMMA incrustada después de enfriarla. Ingrese a la sala para pulido y corrosión siguiendo la guía de la vía que se muestra en la imagen.

Busque la máquina pulidora resaltada y haga clic en la pinza de la máquina para montar la muestra incrustada en la pinza. Establezca la velocidad para moler y pulir la muestra eliminando el sustrato de material moldeado. Moler el molde por un lado hasta que el patrón en el molde quede quede expuesto.

Para realizar la caracterización de la muestra, abra virtualmente el gabinete de almacenamiento de productos químicos y saque el hidróxido de potasio sólido. Haga clic en el vaso de precipitados resaltado y el hidróxido de potasio sólido para la preparación de líquidos de corrosión para hacer una solución de hidróxido de potasio al 10%. Seleccione la solución de hidróxido de potasio resaltada y la muestra para corroer la escalera en una muestra metalográfica.

A continuación, limpie la muestra después de retirar el sustrato de silicio y realice una prueba caracterizada con una muestra preparada bajo un microscopio óptico. Cargue la muestra en la etapa de muestra del nanopenetrador y elija el cono y el penetrador para montarlo en el controlador del sistema de prueba de micro y nanomecánica. Haga clic en la unidad resaltada para conectarla con el nanoindentador.

Después de instalar el nanoindentador y cargar la muestra en el software de control SEM, haga clic en el botón de ventilación. Abra la cámara SEM después de romper el vacío, instale el nanoindentador en la etapa de muestra SEM y conecte los cables como se muestra en la imagen. Luego abra el software de control del nanoindentador y seleccione secuencialmente el rango de penetrador cargado.

Seleccione el protocolo experimental. Inicie el controlador e inicie para iniciar la inicialización de la etapa de ejemplo. Después de la inicialización, cierre la cámara SEM y haga clic en el botón de la bomba en el software de control SEM.

A continuación, haga clic en el botón arriba o abajo en el software de control SEM para ajustar la posición de la etapa de muestra a lo largo del campo de visión SEM. Fije la posición haciendo clic en el botón Aceptar. Encienda el cañón de electrones seleccionando el botón EHT resaltado.

Cambie al modo de observación de microscopía electrónica seleccionando el botón de la cámara. Finalmente, haga clic en ejecutar en el software de control nanoindentador. Para finalizar el experimento, haga clic en el botón de parada en el software de control del nanoindentador.

El sistema mejoró el diseño del esquema experimental combinándolo con las operaciones, proporcionando una validación instantánea. Por ejemplo, a medida que el usuario elegía la dirección de colocación de la muestra, la interfaz para usar la máquina de incrustación de muestras metalográficas mostraba los resultados. Del mismo modo, al analizar el tiempo de desplazamiento resultante y las curvas de deformación de tensión del experimento de un mecánico interno de una viga en voladizo micro con grietas presentes, el usuario pudo determinar cómo se obtuvieron los resultados.

En el escenario simulado, los estudiantes tuvieron que evaluar el tamaño de la carga y el tiempo de carga de acuerdo con la relación longitud / diámetro de la muestra que se preparará antes de realizar un experimento reológico, en lugar del enfoque de prueba y error utilizado a menudo. Además, con el ejercicio integrado después de los experimentos, los usuarios podrían revisar sistemáticamente todo el proceso del experimento y conectar la teoría con la experimentación. Usando la simulación virtual basada en la web, los estudiantes en promedio completaron el experimento en aproximadamente 73 minutos, verificando la eficiencia del enfoque.

Los resultados del examen en línea de dos grupos de estudiantes de ingeniería mecánica mostraron que aquellos con la experiencia de interfaz virtual se desempeñaron mejor que aquellos sin ella, lo que demuestra aún más la eficiencia del enfoque. Esto tiene a los estudiantes de enseñanza el interés de investigación y el sentido de la innovación al entrenarlos para dominar las técnicas de prueba, el método y los principios de los experimentos mecánicos avanzados de micro y nano habilidad.