Method Article

Um Experimento Virtual de Simulação de Mecânica: Deformação e Falha de Material Baseado em Microscopia Eletrônica de Varredura

DOI:

10.3791/64521

January 20th, 2023

In This Article

Summary

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Este trabalho apresenta um experimento de simulação virtual tridimensional para deformação e falha de materiais que fornece processos experimentais visualizados. Através de um conjunto de experimentos, os usuários podem se familiarizar com o equipamento e aprender as operações em um ambiente de aprendizagem imersivo e interativo.

Abstract

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Este trabalho apresenta um conjunto de experimentos virtuais abrangentes para detectar deformação e falha de materiais. Os equipamentos mais comumente usados em mecânica e disciplinas de materiais, como uma máquina de corte metalográfico e uma máquina universal de teste de fluência de alta temperatura, são integrados em um sistema baseado na web para fornecer diferentes serviços experimentais aos usuários em um ambiente de aprendizado imersivo e interativo. O protocolo neste trabalho está dividido em cinco subseções, a saber, a preparação dos materiais, moldagem do corpo de prova, caracterização do corpo de prova, carregamento do corpo de prova, instalação de nanoindenter e experimentos in situ de MEV, e este protocolo visa proporcionar uma oportunidade para os usuários quanto ao reconhecimento de diferentes equipamentos e as operações correspondentes, bem como o aumento da conscientização laboratorial, etc., utilizando uma abordagem de simulação virtual. Para fornecer uma orientação clara para o experimento, o sistema destaca o equipamento/amostra a ser usado na próxima etapa e marca o caminho que leva ao equipamento com uma seta conspícua. Para imitar o experimento prático o mais próximo possível, projetamos e desenvolvemos uma sala de laboratório tridimensional, equipamentos, operações e procedimentos experimentais. Além disso, o sistema virtual também considera exercícios interativos e registro antes do uso de produtos químicos durante o experimento. Operações incorretas também são permitidas, resultando em uma mensagem de aviso informando o usuário. O sistema pode fornecer experimentos interativos e visualizados para usuários em diferentes níveis.

Introduction

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A mecânica é uma das disciplinas básicas da engenharia, como mostra a ênfase dada à fundamentação da mecânica matemática e do conhecimento teórico e a atenção dada ao cultivo das habilidades práticas dos alunos. Com o rápido avanço da ciência e tecnologia modernas, a nanociência e a tecnologia tiveram um enorme impacto na vida humana e na economia. Rita Colwell, ex-diretora da National Science Foundation (NSF) dos EUA, declarou em 2002 que a tecnologia em nanoescala teria um impacto igual ao da Revolução Industrial1 e observou que a nanotecnologia é realmente um portal para um novo mundo2. As propriedades mecânicas dos m....

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Protocol

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Neste trabalho, os procedimentos do experimento de fratura por viga de microcantilever com fissuras são discutidos a seguir, o qual é aberto para livre acesso via http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd. Todas as etapas são realizadas no sistema on-line com base na abordagem de simulação virtual. Não foi necessária a aprovação do Comitê de Ética em Pesquisa para este estudo. O consentimento foi obtido dos estudantes voluntários que participaram deste estudo.

1. Acessando o sistema e entrando na interface

  1. Abra um navegador da Web e insira a URL http://civ.whu.rofall.net/virexp/clqd para acessar o sistema.

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Results

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O sistema fornece orientações claras para as operações do usuário. Primeiro, o treinamento de nível iniciante é integrado quando um usuário entra no sistema. Em segundo lugar, destacam-se os equipamentos e a sala de laboratório a ser utilizada para a operação da próxima etapa.

O sistema pode ser usado para vários fins educacionais diferentes para diferentes níveis de alunos. Por exemplo, a Figura 1 inclui sete dos tipos de equipamentos mais comumente usados nas di.......

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Discussion

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Uma das vantagens dos experimentos de simulação virtual é que eles permitem que os usuários conduzam os experimentos sem preocupações em danificar o sistema físico ou causar qualquer dano a si mesmos11. Assim, os usuários podem realizar quaisquer operações, incluindo operações corretas ou erradas. No entanto, o sistema dá ao usuário uma mensagem de aviso que é integrada ao experimento interativo para orientá-lo a conduzir os experimentos corretamente quando uma operação errada é conduzida. Dessa f.......

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Disclosures

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Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

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Este trabalho foi parcialmente apoiado pelos Fundos de Pesquisa Fundamental para as Universidades Centrais sob o Grant 2042022kf1059; a Fundação de Ciências da Natureza da Província de Hubei sob o Grant 2022CFB757; a Fundação de Ciência de Pós-doutorado da China sob Grant 2022TQ0244; o Financiamento do Projeto de Tecnologia de Experimentos da Universidade de Wuhan sob Grant WHU-2021-SYJS-11; os Projetos Provinciais de Ensino e Pesquisa nas Faculdades e Universidades da Província de Hubei em 2021 sob Grant 2021038; e o Projeto de Pesquisa de Laboratório Provincial nas Faculdades e Universidades da Província de Hubei sob o Grant HBSY2021-01.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Interface virtualNenhumNenhumhttp://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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Virtual Simulation ExperimentMaterial DeformationScanning Electron MicroscopyMaterial FailureCreep Testing MachineMetallographic SpecimenNanoindenter InstallationSpecimen CharacterizationParallel Plate CompressionStress Strain Curves

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