Method Article

역학의 가상 시뮬레이션 실험: 주사 전자 현미경을 기반으로 한 재료 변형 및 파손

DOI:

10.3791/64521

⸱

January 20th, 2023

 ,  ,  , 
1School of Civil Engineering, Wuhan University, 2Department of Artificial Intelligence and Automation, Wuhan University

In This Article

Summary

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이 작업은 시각화된 실험 프로세스를 제공하는 재료 변형 및 파손에 대한 3차원 가상 시뮬레이션 실험을 제시합니다. 일련의 실험을 통해 사용자는 장비에 익숙해지고 몰입형 대화형 학습 환경에서 작업을 배울 수 있습니다.

Abstract

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이 작업은 재료 변형 및 파손을 감지하기 위한 일련의 포괄적인 가상 실험을 제시합니다. 금속 조직 절단기 및 고온 범용 크리프 시험기와 같은 기계 및 재료 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 장비는 웹 기반 시스템에 통합되어 몰입형 대화형 학습 환경에서 사용자에게 다양한 실험 서비스를 제공합니다. 이 작업의 프로토콜은 재료 준비, 시편 성형, 시편 특성화, 시편 로딩, 나노 압자 설치 및 SEM 현장 실험의 5개 하위 섹션으로 나뉘며, 이 프로토콜은 사용자에게 다양한 장비 및 해당 작업에 대한 인식과 실험실 인식 향상에 관한 기회를 제공하는 것을 목표로 합니다. 등, 가상 시뮬레이션 접근 방식을 사용합니다. 실험에 대한 명확한 지침을 제공하기 위해 시스템은 다음 단계에서 사용할 장비/시편을 강조 표시하고 장비로 이어지는 경로를 눈에 띄는 화살표로 표시합니다. 실습 실험을 최대한 모방하기 위해 3차원 실험실, 장비, 운영 및 실험 절차를 설계하고 개발했습니다. 또한 가상 시스템은 실험 중에 화학 물질을 사용하기 전에 대화식 연습 및 등록을 고려합니다. 잘못된 작업도 허용되어 사용자에게 경고 메시지가 표시됩니다. 이 시스템은 다양한 수준의 사용자에게 대화형 및 시각화된 실험을 제공할 수 있습니다.

Introduction

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역학은 수학 역학과 이론 지식의 기초에 중점을 두고 학생들의 실무 능력 배양에 대한 관심에서 알 수 있듯이 공학의 기본 분야 중 하나입니다. 현대 과학 기술의 급속한 발전으로 나노 과학과 기술은 인간의 삶과 경제에 큰 영향을 미쳤습니다. 미국 국립과학재단(NSF)의 전 이사인 리타 콜웰(Rita Colwell)은 2002년에 나노스케일 기술이 산업혁명1과 같은 영향을 미칠 것이라고 선언했으며, 나노기술은 진정한 새로운 세계로 가는 관문이라고 언급했다2. 나노 스케일에서 재료의 기계적 특성은 나노 장치 3,4,5와 같은 하이테크 응용 프로그램의 개발에 가장 기본적이고 필요한 요소 중 하나입니다. 나노 스케일에서 재료의 기계적 거동과 응력 하에서의 구조적 진화는 현재의 나노 기계 연구에서 중요한 문제가되었습니다.

최근 몇 년 동안, 나노 인덴테이션 기술, 전자 현미경 기술, 주사 프로브 현미경 등의 개발 및 개선으로 인해 "현장 역학"실험은 나노 역학 연구

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Protocol

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이 작업에서는 균열을 이용한 마이크로 캔틸레버 빔 파괴 실험의 절차가 다음과 같이 논의되며, 이는 http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd 통해 무료로 액세스 할 수 있습니다. 모든 단계는 가상 시뮬레이션 접근 방식을 기반으로 온라인 시스템에서 수행됩니다. 이 연구에는 Institutional Review Board의 승인이 필요하지 않았습니다. 이 연구에 참여한 학생 지원자로부터 동의를 얻었습니다.

1. 시스템 액세스 및 인터페이스 진입

  1. 웹 브라우저를 열고 URL http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd 입력하여 시스템에 액세스합니다.
    참고: 제공된 URL은 사용자 이름과 암호 없이 주류 웹 브라우저를 통해 액세스할 수 있습니다.
  2. 수직 스크롤바를 사용하여 가상 시뮬레이션 인터페이스를 찾습니다.
    참고: 가상 장면은 웹에 포함됩니다.
  3. 오른쪽 하단 모서리에 있는 전체 화면 아이콘을 클릭하여 전체 화면 인터페이스를 활성화합니다.
  4. 실험 시작 버튼을 클릭하여 시작합니다.
  5. Enter....

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Results

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이 시스템은 사용자의 작업에 대한 명확한 지침을 제공합니다. 첫째, 사용자가 시스템에 들어갈 때 초급 수준의 교육이 통합됩니다. 둘째, 다음 단계 작업에 사용할 장비와 실험실이 강조 표시됩니다.

이 시스템은 다양한 수준의 학생들을 위해 여러 가지 교육 목적으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 그림 1에는 기계 및 재료 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 7가지 유형의 장비, 즉 금속 조직 절단기, 고온 범용 크리프 시험기, 금속 조직 시편 상감 기계, 연마기, 광학 현미경, SEM, 마이크로 및 나노 역학 테스트 시스템이 포함되어 있습니다. 초보자를 위한 지침에서 사용자는 실험에 사용된 모든 장비에 대한 설명을 배울 수 있습니다. 그런 다음 모든 장비를 하나씩 사용하여 실험을 완료합니다. 학생들은 작동 기술을 습득할 때까지 반복적인 실험을 위한 장비를 선택할 수 있습니다.

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Discussion

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가상 시뮬레이션 실험의 장점 중 하나는 사용자가 물리적 시스템을 손상시키거나 자신에게 해를 끼칠 염려 없이 실험을 수행할 수 있다는 것입니다(11). 따라서 사용자는 올바른 작업 또는 잘못된 작업을 포함하여 모든 작업을 수행할 수 있습니다. 그러나 시스템은 잘못된 작업이 수행될 때 실험을 올바르게 수행하도록 안내하기 위해 대화형 실험에 통합된 경고 메시지를 사용자에게 제공합니다. 이러한 방식으로 사용자는 올바른 작업을 배울 수 있습니다. 예를 들어, 사용자가 그림 9와 같이 SEM에서 작업을 수행할 때 SEM 검출기의 레벨이 너무 높아져 실수로 손상될 수 있습니다.

물리적 실험실의 실습 실험과 마찬가지로 가상 실험을 수행하는 사용자도 올바른 절차를 따라야 하며, 이는 잠재적으로 실험 및 안전 인식을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 도 10

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Disclosures

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저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgements

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이 작업은 보조금 2042022kf1059에 따라 중앙 대학을 위한 기초 연구 기금에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 보조금 2022CFB757에 따른 후베이성 자연 과학 재단; 보조금 2022TQ0244에 따른 중국 박사후 과학 재단; 보조금 WHU-2021-SYJS-11에 따른 우한 대학 실험 기술 프로젝트 자금 지원; 보조금 2021038에 따라 2021년 후베이성 대학의 지방 교육 및 연구 프로젝트; 그리고 보조금 HBSY2021-01에 따라 후베이성 대학의 지방 실험실 연구 프로젝트.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
가상 인터페이스NoneNoneNone, http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd
: , ,

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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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