ניסוי סימולציה וירטואלי של מכניקה: עיוות וכשל של חומרים על בסיס מיקרוסקופ אלקטרונים סורק

המערכת יכולה לשמש כדי להדריך את התלמידים שלנו בפרוטוקולים ניסיוניים, שימוש בציוד, ואת האימות התיאורטי, המאפשר להם שוב ושוב לשפר את פעילותם ואת מיומנויות המעבדה. ניתן לבצע ניסויי סימולציה וירטואליים תלת מימדיים כדי לאתר את העיוות החומרי ואת הכשל מבלי לחשוש מפגיעה במערכת הפיזית או פגיעה בעצמם. לאחר הגישה והכניסה לממשק, עקוב אחר ההנחיות המסופקות בתמונה כדי להגיע כמעט למכונת בדיקת הזחילה האוניברסלית בטמפרטורה גבוהה, והנח את דגימות המחסנית בין מהדקי הלוחות של המכונה.

לאחר שהמחשב הווירטואלי בצד שמאל של מכונת הבדיקה מודגש, לחץ על המחשב הווירטואלי והגדר את ערכת הבדיקה במחשב הבקרה של המכונה. לאחר מכן לחץ על ציוד החימום ושאיבת הוואקום המודגש והפעל את ספק הכוח. פתח את המשאבה המכנית הווירטואלית ושסתום הגיבוי בממשק על ידי לחיצה על הלחצנים המודגשים המתאימים כדי להשלים את הגדרות בקרת הוואקום של המערכת.

בלוח הבקרה במכונת בדיקת הזחילה האוניברסלית, לחץ על כפתור הניקוי כדי לנקות את הנתונים, ולאחר מכן לחץ על לחצן ההפעלה כדי להשלים את הניסוי של העתקת התבנית על התבנית ליריעת המתכת באמצעות שיטת דחיסת לוחות מקבילים. לאחר השלמת יציקת התבנית, לחץ שוב על המחשב הווירטואלי ובדוק את נתוני הניסוי במחשב הבקרה של מכונת בדיקת הזחילה האוניברסלית. פתח את לוחית הכיסוי במכונת שיבוץ הדגימה המטלוגרפית, והנח את הדגימה.

כדי לשפוך את האבקה המוכנה, לחץ על פולימתיל methacrylate מודגש, או אבקת PMMA. לאחר מכן לחץ על התבנית המודגשת כדי להניח אותה על גבי אבקת PMMA. לאחר מכן, לחץ על גלגל היד המודגש והתאם את מיקום התבנית כדי לכסות את צלחת הכיסוי באופן אוטומטי.

לחץ על לחצן הפעלה, כיבוי כדי להפעיל את מכונת השיבוץ. הוציאו את דגימת ה-PMMA המשובצת לאחר הקירור. היכנסו לחדר לליטוש וקורוזיה בהתאם להנחיית המסלול המוצגת בתמונה.

מצא את מכונת הליטוש המסומנת ולחץ על ידית האחיזה של המכונה כדי להרכיב את הדגימה המשובצת על האחיזה. הגדר את מהירות הטחינה והליטוש של הדגימה על ידי הסרת מצע החומר היצוק. טוחנים את התבנית בצד אחד עד לחשיפת התבנית שעל התבנית.

לביצוע אפיון הדגימה, פתחו כמעט לחלוטין את ארון האחסון הכימי והוציאו את האשלגן הידרוקסיד המוצק. לחץ על הכד המודגש ואשלגן הידרוקסיד מוצק להכנת נוזל קורוזיה להכנת תמיסת אשלגן הידרוקסיד 10%. בחר את תמיסת אשלגן הידרוקסיד המודגשת ואת הדגימה כדי לכלות את הסולם לדגימה מטלוגרפית.

לאחר מכן, נקו את הדגימה לאחר הסרת מצע הסיליקון ובצעו בדיקה מאופיינת עם דגימה מוכנה תחת מיקרוסקופ אופטי. טען את הדגימה על שלב הדגימה של הננו-אינדנטר ובחר את החרוט והאינדנטר כדי להרכיב אותו על מנהל ההתקן של מערכת הבדיקה מיקרו וננו-מכניקה. לחץ על הכונן המסומן כדי לחבר אותו עם nanoindenter.

לאחר התקנת הננו-indenter וטעינת הדגימה בתוכנת בקרת SEM, לחץ על לחצן האוורור. פתח את תא ה- SEM לאחר שבירת הוואקום, התקן את ה- nanoindenter על שלב דגימת ה- SEM וחבר את החוטים כפי שמוצג בתמונה. לאחר מכן פתח את תוכנת הבקרה של הננו-indenter, ובחר ברצף טווח indenter נטען.

בחר פרוטוקול ניסיוני. הפעל בקר והיכנס כדי להתחיל את אתחול שלב הדגימה. לאחר האתחול, סגור את תא ה- SEM ולחץ על כפתור המשאבה בתוכנת בקרת ה- SEM.

לאחר מכן, לחץ על כפתור למעלה או למטה בתוכנת בקרת SEM כדי להתאים את מיקום שלב הדגימה לאורך שדה הראייה של SEM. תקן את המיקום על ידי לחיצה על בסדר לחצן. הפעל את אקדח האלקטרונים על ידי בחירה בלחצן EHT המסומן.

עבור למצב תצפית במיקרוסקופ אלקטרונים על ידי בחירת לחצן המצלמה. לבסוף, לחץ על הפעל בתוכנת הבקרה nanoindenter. כדי לסיים את הניסוי, לחץ על כפתור העצירה בתוכנת הבקרה של הננו-אינדנטר.

המערכת שיפרה את תכנון ערכת הניסוי על ידי שילובה עם הפעולות, וסיפקה אימות מיידי. לדוגמה, כאשר המשתמש בחר את כיוון המיקום של הדגימה, הממשק לשימוש במכונת שיבוץ הדגימה המטלוגרפית הראה את התוצאות. באופן דומה, על ידי ניתוח זמן התזוזה ועקומות מאמץ כתוצאה מניסוי של מכונאי פנימי של קרן מיקרו עם סדקים קיימים, המשתמש יכול לקבוע כיצד התוצאות התקבלו.

בתרחיש המדומה, התלמידים היו צריכים להעריך את גודל העומס וזמן הטעינה על פי יחס אורך לקוטר של הדגימה שיש להכין לפני ביצוע ניסוי ראולוגי, במקום גישת הניסוי והטעייה הנפוצה. יתר על כן, עם תרגול משולב לאחר הניסויים, המשתמשים יכלו לסקור באופן שיטתי את כל תהליך הניסוי ולחבר את התיאוריה עם הניסוי. באמצעות סימולציה וירטואלית מבוססת אינטרנט, התלמידים בממוצע השלימו את הניסוי בתוך כ -73 דקות, אימות היעילות של הגישה.

תוצאות המבחנים המקוונים של שתי קבוצות של סטודנטים למכונאות הנדסית הראו כי אלה עם חוויית הממשק הווירטואלי הפגינו ביצועים טובים יותר מאלה ללא, מה שממחיש עוד יותר את יעילות הגישה. זה יש ללמד את התלמידים עניין המחקר ואת תחושת החדשנות על ידי הכשרתם לשלוט בטכניקות בדיקה, שיטה, ועקרונות של ניסויים מכניים מתקדמים מיקרו ננו מיומנות.