Wirtualny eksperyment symulacyjny mechaniki: deformacja i uszkodzenie materiału na podstawie skaningowej mikroskopii elektronowej

System może być wykorzystywany do instruowania naszych studentów w zakresie protokołów eksperymentalnych, obsługi sprzętu i weryfikacji teoretycznej, co pozwala im na ciągłe doskonalenie swoich działań i umiejętności laboratoryjnych. Boczne eksperymenty z trójwymiarową wirtualną symulacją mogą być przeprowadzane w celu wykrycia deformacji materiału i awarii bez obawy o uszkodzenie systemu fizycznego lub zranienie się. Po uzyskaniu dostępu i wejściu do interfejsu, postępuj zgodnie ze wskazówkami podanymi na rysunku, aby wirtualnie dotrzeć do uniwersalnej maszyny do testowania pełzania w wysokiej temperaturze i umieścić próbki stosu między płytami clamps maszyny.

Po podświetleniu komputera wirtualnego po lewej stronie maszyny testującej kliknij komputer wirtualny i ustaw schemat testu na komputerze sterującym maszyny. Następnie kliknij podświetlone urządzenia grzewcze i pompujące próżniowo i włącz zasilanie. Otwórz wirtualną pompę mechaniczną i zawór zwrotny w interfejsie, klikając odpowiednie podświetlone przyciski, aby zakończyć ustawienia kontroli podciśnienia w systemie.

Na panelu sterowania w uniwersalnej maszynie do pełzania kliknij przycisk wyczyść, aby wyczyścić dane, a następnie kliknij przycisk uruchom, aby zakończyć eksperyment kopiowania wzoru na formie do blachy przy użyciu metody formowania ściskanego z równoległą płytą. Po zakończeniu odlewania formy należy ponownie kliknąć na komputer wirtualny i sprawdzić dane eksperymentalne na komputerze sterującym uniwersalnej maszyny do badania pełzania. Otwórz pokrywę na maszynie do inkrustacji próbek metalograficznych i umieść próbkę.

Aby wsypać przygotowany proszek, kliknij podświetlony popolimetakrylan metylu lub proszek PMMA. Następnie kliknij podświetloną formę, aby umieścić ją na wierzchu proszku PMMA. Następnie kliknij podświetlone pokrętło ręczne i dostosuj położenie formy, aby automatycznie zakryła pokrywę.

Kliknij przycisk włączania, wyłączania, aby włączyć inkrustator. Po schłodzeniu wyjmij inkrustowaną próbkę PMMA. Wejdź do pomieszczenia do polerowania i korozji, postępując zgodnie ze wskazówkami dotyczącymi ścieżki pokazanymi na rysunku.

Znajdź podświetloną maszynę do polerowania i kliknij chwytak maszyny, aby zamontować inkrustowaną próbkę do chwytaka. Ustaw prędkość, aby zmielić i wypolerować próbkę, usuwając podłoże z formowanego materiału. Zmiel formę z jednej strony, aż wzór na formie zostanie odsłonięty.

Aby wykonać charakterystykę próbki, należy wirtualnie otworzyć szafkę do przechowywania chemikaliów i wyjąć stały wodorotlenek potasu. Kliknij podświetloną zlewkę i stały wodorotlenek potasu, aby przygotować płyn korozyjny, aby uzyskać 10% roztwór wodorotlenku potasu. Wybrać zaznaczony roztwór wodorotlenku potasu i próbkę, aby skorodować drabinę w próbkę metalograficzną.

Następnie należy oczyścić próbkę po usunięciu podłoża krzemowego i przeprowadzić scharakteryzowane badanie z przygotowaną próbką pod mikroskopem optycznym. Załaduj próbkę na stolik na próbkę nanoindenter i wybierz stożek i wgłębnik, aby zamontować go na sterowniku systemu testowania mikro i nano mechaniki. Kliknij podświetlony dysk, aby połączyć go z nanoindenterem.

Po zainstalowaniu nanoindentera i załadowaniu próbki do oprogramowania sterującego SEM, kliknij przycisk odpowietrzania. Otwórz komorę SEM po przerwaniu podciśnienia, zainstaluj nanoindenter na stoliku próbki SEM i podłącz przewody, jak pokazano na rysunku. Następnie otwórz oprogramowanie sterujące nanoindentera i kolejno wybierz załadowany zakres wgłębnika.

Wybierz protokół eksperymentalny. Uruchom kontroler i inicjalizację, aby zainicjować inicjalizację etapu próbki. Po inicjalizacji zamknij komorę SEM i kliknij przycisk pompy w oprogramowaniu sterującym SEM.

Następnie kliknij przycisk w górę lub w dół w oprogramowaniu sterującym SEM, aby dostosować położenie stolika próbki wzdłuż pola widzenia SEM. Napraw pozycję, klikając przycisk OK. Włącz działo elektronowe, wybierając podświetlony przycisk EHT.

Przełącz się na tryb obserwacji mikroskopii elektronowej, wybierając przycisk aparatu. Na koniec kliknij uruchom w oprogramowaniu sterującym nanoindenterem. Aby zakończyć eksperyment, kliknij przycisk stop w oprogramowaniu sterującym nanoindentera.

System udoskonalił projekt schematu eksperymentalnego, łącząc go z operacjami, zapewniając natychmiastową walidację. Na przykład, gdy użytkownik wybrał kierunek umieszczania próbki, interfejs do korzystania z maszyny do inkrustacji próbek metalograficznych pokazywał wyniki. Podobnie, analizując wynikowy czas przemieszczenia i krzywe naprężenia odkształcenia z eksperymentu mechanika wewnętrznego mikrobelki wspornikowej z obecnymi pęknięciami, użytkownik mógł określić, w jaki sposób uzyskano wyniki.

W symulowanym scenariuszu studenci musieli ocenić wielkość ładunku i czas ładowania zgodnie ze stosunkiem długości do średnicy próbki, która miała być przygotowana przed przeprowadzeniem eksperymentu reologicznego, zamiast często stosowanego podejścia prób i błędów. Ponadto, dzięki zintegrowanym ćwiczeniom po eksperymentach, użytkownicy mogą systematycznie przeglądać cały proces eksperymentu i łączyć teorię z eksperymentem. Korzystając z wirtualnej symulacji internetowej, studenci ukończyli eksperyment średnio w około 73 minuty, weryfikując skuteczność tego podejścia.

Wyniki egzaminów online przeprowadzonych w dwóch grupach studentów inżynierii mechaniki wykazały, że osoby z doświadczeniem w wirtualnym interfejsie radziły sobie lepiej niż te, które go nie miały, co dodatkowo demonstruje skuteczność tego podejścia. To uczy studentów zainteresowania badawczego i poczucia innowacyjności poprzez szkolenie ich w zakresie opanowania technik testowania, metod i zasad zaawansowanych eksperymentów mechanicznych mikro i nano umiejętności.