Method Article

Un esperimento di simulazione virtuale di meccanica: deformazione e guasto del materiale basato sulla microscopia elettronica a scansione

DOI:

10.3791/64521

January 20th, 2023

In This Article

Summary

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Questo lavoro presenta un esperimento di simulazione virtuale tridimensionale per la deformazione e il cedimento del materiale che fornisce processi sperimentali visualizzati. Attraverso una serie di esperimenti, gli utenti possono familiarizzare con le apparecchiature e apprendere le operazioni in un ambiente di apprendimento immersivo e interattivo.

Abstract

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Questo lavoro presenta una serie di esperimenti virtuali completi per rilevare la deformazione e il cedimento del materiale. Le apparecchiature più comunemente utilizzate nelle discipline meccaniche e dei materiali, come una macchina da taglio metallografica e una macchina per prove di scorrimento universale ad alta temperatura, sono integrate in un sistema basato sul web per fornire diversi servizi sperimentali agli utenti in un ambiente di apprendimento immersivo e interattivo. Il protocollo in questo lavoro è diviso in cinque sottosezioni, vale a dire, la preparazione dei materiali, lo stampaggio del campione, la caratterizzazione del campione, il caricamento del campione, l'installazione di nanoindentatori e gli esperimenti SEM in situ , e questo protocollo mira a fornire un'opportunità per gli utenti per quanto riguarda il riconoscimento di diverse apparecchiature e le operazioni corrispondenti, nonché il miglioramento della consapevolezza del laboratorio, ecc., utilizzando un approccio di simulazione virtuale. Per fornire una guida chiara per l'esperimento, il sistema evidenzia l'attrezzatura / campione da utilizzare nella fase successiva e contrassegna il percorso che conduce all'apparecchiatura con una freccia evidente. Per imitare l'esperimento pratico il più fedelmente possibile, abbiamo progettato e sviluppato una sala di laboratorio tridimensionale, attrezzature, operazioni e procedure sperimentali. Inoltre, il sistema virtuale considera anche esercizi interattivi e registrazione prima di utilizzare sostanze chimiche durante l'esperimento. Sono inoltre consentite operazioni errate, con conseguente messaggio di avviso che informa l'utente. Il sistema può fornire esperimenti interattivi e visualizzati agli utenti a diversi livelli.

Introduction

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La meccanica è una delle discipline di base dell'ingegneria, come dimostra l'enfasi posta sulle basi della meccanica matematica e delle conoscenze teoriche e l'attenzione data alla coltivazione delle abilità pratiche degli studenti. Con il rapido progresso della scienza e della tecnologia moderne, la nanoscienza e la tecnologia hanno avuto un enorme impatto sulla vita umana e sull'economia. Rita Colwell, ex direttrice della National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti, ha dichiarato nel 2002 che la tecnologia su scala nanometrica avrebbe avuto un impatto pari alla rivoluzione industriale1 e ha osservato che la nanotecnologia è davvero un....

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Protocol

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In questo lavoro, le procedure dell'esperimento di frattura del fascio microcantilever con le crepe sono discusse come segue, che è aperto all'accesso gratuito tramite http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd. Tutte le fasi sono condotte nel sistema online basato sull'approccio della simulazione virtuale. Per questo studio non è stata richiesta l'approvazione dell'Institutional Review Board. Il consenso è stato ottenuto dagli studenti volontari che hanno preso parte a questo studio.

1. Accesso al sistema e accesso all'interfaccia

  1. Aprire un browser Web e immettere l'URL http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd p....

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Results

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Il sistema fornisce una guida chiara per le operazioni dell'utente. Innanzitutto, la formazione di livello principiante viene integrata quando un utente entra nel sistema. In secondo luogo, vengono evidenziate le attrezzature e la sala laboratorio da utilizzare per l'operazione successiva.

Il sistema può essere utilizzato per diversi scopi educativi per diversi livelli di studenti. Ad esempio, la Figura 1 include sette dei tipi di apparecchiature più comunemente u.......

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Discussion

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Uno dei vantaggi degli esperimenti di simulazione virtuale è che consentono agli utenti di condurre gli esperimenti senza preoccuparsi di danneggiare il sistema fisico o causare danni a se stessi11. Pertanto, gli utenti possono eseguire qualsiasi operazione, comprese le operazioni corrette o errate. Tuttavia, il sistema fornisce all'utente un messaggio di avviso integrato nell'esperimento interattivo per guidarlo a condurre correttamente gli esperimenti quando viene eseguita un'operazione errata. .......

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Disclosures

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgements

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Questo lavoro è stato sostenuto in parte dai fondi di ricerca fondamentale per le università centrali nell'ambito della sovvenzione 2042022kf1059; la Nature Science Foundation della provincia di Hubei nell'ambito della sovvenzione 2022CFB757; la China Postdoctoral Science Foundation nell'ambito della sovvenzione 2022TQ0244; il finanziamento del progetto tecnologico sperimentale dell'Università di Wuhan nell'ambito della sovvenzione WHU-2021-SYJS-11; i progetti provinciali di insegnamento e ricerca nei college e nelle università della provincia di Hubei nel 2021 nell'ambito del Grant 2021038; e il progetto di ricerca di laboratorio provinciale nei college e nelle unive....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Interfaccia virtualeNessunoNessunohttp://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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