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

이 시스템은 학생들에게 실험 프로토콜, 장비 사용 및 이론적 검증을 지시하는 데 사용될 수 있으며, 이를 통해 학생들은 운영 및 실험실 기술을 반복적으로 향상시킬 수 있습니다. 3차원 가상 시뮬레이션 실험의 한 측면을 수행하여 물리적 시스템에 해를 끼치거나 부상을 입을 염려 없이 재료 변형 및 파손을 감지할 수 있습니다. 인터페이스에 액세스하고 들어간 후 그림에 제공된 지침에 따라 고온 범용 크리프 시험기에 가상으로 도달하고 기계의 플레이트 클램프 사이에 스택 시편을 놓습니다.

시험기 왼쪽에 있는 가상 컴퓨터가 강조 표시되면 가상 컴퓨터를 클릭하고 기계의 제어 컴퓨터에서 시험 구성표를 설정합니다. 그런 다음 강조 표시된 가열 및 진공 펌핑 장비를 클릭하고 전원 공급 장치를 켭니다. 강조 표시된 각 버튼을 클릭하여 인터페이스에서 가상 기계식 펌프와 배압 밸브를 열어 시스템 진공 제어 설정을 완료합니다.

범용 크리프 시험기의 제어판에서 지우기 버튼을 클릭하여 데이터를 지운 다음 실행 버튼을 클릭하여 평행판 압축 성형 방법을 사용하여 금형의 패턴을 금속판에 복사하는 실험을 완료합니다. 금형 주조를 완료한 후 가상 컴퓨터를 다시 클릭하고 범용 크리프 시험기의 제어 컴퓨터에서 실험 데이터를 확인합니다. 금속 조직 시편 상감 기계의 커버 플레이트를 열고 시편을 놓습니다.

준비된 분말을 부으려면 강조 표시된 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 또는 PMMA 분말을 클릭하십시오. 그런 다음 강조 표시된 금형을 클릭하여 PMMA 분말 위에 놓습니다. 그런 다음 강조 표시된 핸드 휠을 클릭하고 금형의 위치를 조정하여 커버 플레이트를 자동으로 덮습니다.

켜기, 끄기 버튼을 클릭하여 상감 기계를 켭니다. 냉각 후 상감 PMMA 시편을 꺼냅니다. 그림에 표시된 경로 안내에 따라 연마 및 부식을 위한 공간으로 들어갑니다.

강조 표시된 연마기를 찾아 기계의 그리퍼를 클릭하여 상감 시편을 그리퍼에 장착합니다. 성형재료 기판을 제거하여 시편을 연마 및 연마하는 속도를 설정합니다. 금형의 패턴이 노출될 때까지 금형의 한쪽 면을 연마합니다.

시편 특성 분석을 수행하려면 화학 저장 캐비닛을 가상으로 열고 고체 수산화칼륨을 꺼냅니다. 부식 액체 준비를 위해 강조 표시된 비커와 고체 수산화칼륨을 클릭하여 10% 수산화칼륨 용액을 만듭니다. 강조 표시된 수산화칼륨 용액과 시편을 선택하여 사다리를 금속 조직 시편으로 부식시킵니다.

다음으로, 실리콘 기판을 제거한 후 시편을 세척하고 제조된 시편을 광학현미경으로 특성화 시험을 실행한다. 시편을 나노인덴터의 샘플 스테이지에 로드하고 원뿔과 인덴터를 선택하여 마이크로 및 나노 역학 시험 시스템의 드라이버에 장착합니다. 강조 표시된 드라이브를 클릭하여 나노인덴터와 연결합니다.

나노인덴터를 설치하고 SEM 제어 소프트웨어에 시편을 로드한 후 벤트 버튼을 클릭합니다. 진공을 깨고 SEM 챔버를 열고 SEM에 나노인덴터를 설치합니다.ample, 그림과 같이 전선을 연결합니다. 그런 다음 나노인덴터의 제어 소프트웨어를 열고 로드된 인덴터 범위를 순차적으로 선택합니다.

실험적 프로토콜을 선택합니다. 컨트롤러를 시작하고 init를 사용하여 샘플 단계 초기화를 시작합니다. 초기화 후 SEM 챔버를 닫고 SEM 제어 소프트웨어의 펌프 버튼을 클릭합니다.

그런 다음 SEM 제어 소프트웨어에서 위 또는 아래 버튼을 클릭하여 SEM 시야를 따라 샘플 스테이지의 위치를 조정합니다. 확인 버튼을 클릭하여 위치를 수정합니다. 강조 표시된 EHT 버튼을 선택하여 전자총을 켭니다.

카메라 버튼을 선택하여 전자 현미경 관찰 모드로 전환합니다. 마지막으로, 나노인덴터 제어 소프트웨어에서 실행을 클릭합니다. 실험을 종료하려면 나노인덴터의 제어 소프트웨어에서 중지 버튼을 클릭합니다.

이 시스템은 실험과 결합하여 실험 계획 설계를 향상시켜 즉각적인 검증을 제공했습니다. 예를 들어, 사용자가 시편의 배치 방향을 선택함에 따라 금속 조직 시편 상감 기계를 사용하기 위한 인터페이스가 결과를 보여주었습니다. 유사하게, 균열이 존재하는 마이크로 캔틸레버 빔에 대한 내부 정비사의 실험에서 생성된 변위 시간 및 응력 변형률 곡선을 분석함으로써 사용자는 결과를 얻는 방법을 결정할 수 있습니다.

시뮬레이션 시나리오에서 학생들은 자주 사용되는 시행착오 방식 대신 유변학 실험을 수행하기 전에 준비할 시편의 길이 대 직경 비율에 따라 하중 크기와 하중 시간을 평가해야 했습니다. 또한 실험 후 통합 연습을 통해 사용자는 전체 실험 과정을 체계적으로 검토하고 이론을 실험과 연결할 수 있습니다. 웹 기반 가상 시뮬레이션을 사용하여 학생들은 평균적으로 약 73분 만에 실험을 완료하여 접근 방식의 효율성을 검증했습니다.

두 그룹의 엔지니어링 정비사 학생들의 온라인 시험 결과는 가상 인터페이스 경험이 있는 학생이 그렇지 않은 학생보다 더 나은 성과를 보였으며 접근 방식의 효율성을 더욱 입증했습니다. 이것은 학생들에게 고급 마이크로 및 나노 기술 기계 실험의 테스트 기술, 방법 및 원리를 마스터하도록 교육함으로써 연구 관심과 혁신 감각을 가르칩니다.