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

Il sistema può essere utilizzato per istruire i nostri studenti nei protocolli sperimentali, nell'uso delle attrezzature e nella verifica teorica, consentendo loro di migliorare ripetutamente le loro operazioni e le competenze di laboratorio. Un lato di esperimenti di simulazione virtuale tridimensionale può essere condotto per rilevare la deformazione del materiale e il cedimento senza timore di danneggiare il sistema fisico o ferirsi. Dopo aver effettuato l'accesso e l'accesso all'interfaccia, seguire le indicazioni fornite nell'immagine per raggiungere virtualmente la macchina di prova universale ad alta temperatura e posizionare i campioni di stack tra i morsetti a piastre della macchina.

Una volta evidenziato il computer virtuale sul lato sinistro della macchina di test, fare clic sul computer virtuale e impostare lo schema di test sul computer di controllo della macchina. Quindi fare clic sull'apparecchiatura di riscaldamento e pompaggio del vuoto evidenziata e accendere l'alimentatore. Aprire la pompa meccanica virtuale e la valvola di supporto nell'interfaccia facendo clic sui rispettivi pulsanti evidenziati per completare le impostazioni di controllo del vuoto del sistema.

Sul pannello di controllo della macchina di prova universale dello scorrimento, fare clic sul pulsante Cancella per cancellare i dati, seguito da un clic sul pulsante Esegui per completare l'esperimento di copia del modello sullo stampo sulla lamiera utilizzando il metodo di stampaggio a compressione della piastra parallela. Dopo aver completato la colata dello stampo, fare nuovamente clic sul computer virtuale e controllare i dati sperimentali sul computer di controllo della macchina di prova universale dello scorrimento. Aprire la piastra di copertura sulla macchina metallografica per l'intarsio del campione e posizionare il campione.

Per versare la polvere preparata, fare clic sul polimetilmetacrilato evidenziato o sulla polvere di PMMA. Quindi fare clic sullo stampo evidenziato per posizionarlo sopra la polvere PMMA. Quindi, fare clic sul volantino evidenziato e regolare la posizione dello stampo per coprire automaticamente la piastra di copertura.

Fare clic sul pulsante on, off per accendere la macchina intarsio. Estrarre il campione di PMMA intarsiato dopo il raffreddamento. Entrare nella stanza per la lucidatura e la corrosione seguendo la guida del percorso mostrata nell'immagine.

Trova la lucidatrice evidenziata e fai clic sulla pinza della macchina per montare il campione intarsiato sulla pinza. Impostare la velocità per macinare e lucidare il campione rimuovendo il substrato del materiale stampato. Macinare lo stampo su un lato fino a quando il motivo sullo stampo è esposto.

Per eseguire la caratterizzazione dei campioni, aprire virtualmente l'armadio di stoccaggio chimico ed estrarre l'idrossido di potassio solido. Fare clic sul becher evidenziato e sull'idrossido di potassio solido per la preparazione del liquido di corrosione per ottenere una soluzione di idrossido di potassio al 10%. Selezionare la soluzione di idrossido di potassio evidenziata e il campione per corrodere la scala in un campione metallografico.

Quindi, pulire il campione dopo aver rimosso il substrato di silicio ed eseguire un test caratterizzato con un campione preparato al microscopio ottico. Caricare il campione sullo stadio di campionamento del nanopenetratore e scegliere il cono e il penetratore per montarlo sul driver del sistema di test micro e nano meccanica. Fare clic sull'unità evidenziata per collegarla al nanoindenter.

Dopo aver installato il nanopenetratore e caricato il campione nel software di controllo SEM, fare clic sul pulsante di sfiato. Aprire la camera SEM dopo aver rotto il vuoto, installare il nanopenetratore sullo stadio di campionamento SEM e collegare i fili come mostrato nell'immagine. Quindi aprire il software di controllo del nanopenetratore e selezionare in sequenza l'intervallo di penetratori caricato.

Selezionare il protocollo sperimentale. Avviare il controller e init per avviare l'inizializzazione della fase di esempio. Dopo l'inizializzazione, chiudere la camera SEM e fare clic sul pulsante della pompa sul software di controllo SEM.

Quindi, fare clic sul pulsante su o giù nel software di controllo SEM per regolare la posizione dello stadio campione lungo il campo visivo SEM. Correggi la posizione facendo clic sul pulsante OK. Accendere la pistola elettronica selezionando il pulsante EHT evidenziato.

Passare alla modalità di osservazione al microscopio elettronico selezionando il pulsante della fotocamera. Infine, fai clic su esegui sul software di controllo nanoindenter. Per terminare l'esperimento, fare clic sul pulsante di arresto sul software di controllo del nanoindenter.

Il sistema ha migliorato la progettazione dello schema sperimentale combinandolo con le operazioni, fornendo una convalida immediata. Ad esempio, quando l'utente ha scelto la direzione di posizionamento del campione, l'interfaccia per l'utilizzo della macchina metallografica per l'intarsio del campione ha mostrato i risultati. Allo stesso modo, analizzando il tempo di spostamento risultante e le curve di deformazione da sforzo da un esperimento meccanico interno di una trave micro a sbalzo con crepe presenti, l'utente ha potuto determinare come sono stati ottenuti i risultati.

Nello scenario simulato, gli studenti hanno dovuto valutare le dimensioni del carico e il tempo di caricamento in base al rapporto lunghezza/diametro del campione da preparare prima di condurre esperimenti reologici, invece dell'approccio di prova ed errore spesso utilizzato. Inoltre, con l'esercizio integrato che segue gli esperimenti, gli utenti potrebbero rivedere sistematicamente l'intero processo dell'esperimento e collegare la teoria con la sperimentazione. Utilizzando la simulazione virtuale basata sul web, gli studenti hanno completato in media l'esperimento in circa 73 minuti, verificando l'efficienza dell'approccio.

I risultati degli esami online di due gruppi di studenti di ingegneria meccanica hanno mostrato che quelli con l'esperienza dell'interfaccia virtuale hanno ottenuto risultati migliori rispetto a quelli senza, dimostrando ulteriormente l'efficienza dell'approccio. Questo ha insegnato agli studenti l'interesse per la ricerca e il senso di innovazione addestrandoli a padroneggiare le tecniche di test, il metodo e i principi di esperimenti meccanici avanzati di micro e nano abilità.