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

O sistema pode ser usado para instruir nossos alunos em protocolos experimentais, uso de equipamentos e verificação teórica, permitindo que eles aprimorem repetidamente suas operações e as habilidades de laboratório. Um lado de experimentos de simulação virtual tridimensional pode ser conduzido para detectar a deformação do material e a falha sem medo de danificar o sistema físico ou ferir-se. Depois de acessar e entrar na interface, siga as orientações fornecidas na imagem para alcançar virtualmente a máquina de teste de fluência universal de alta temperatura e coloque os corpos de prova da pilha entre as abraçadeiras da placa da máquina.

Uma vez que o computador virtual no lado esquerdo da máquina de teste é realçado, clique no computador virtual e defina o esquema de teste no computador de controle da máquina. Em seguida, clique no equipamento de aquecimento e bombeamento a vácuo destacado e ligue a fonte de alimentação. Abra a bomba mecânica virtual e a válvula de apoio na interface clicando nos respectivos botões destacados para concluir as configurações de controle de vácuo do sistema.

No painel de controle da máquina universal de teste de fluência, clique no botão limpar para limpar os dados, seguido de clicar no botão Executar para concluir o experimento de copiar o padrão no molde para a chapa metálica usando o método de moldagem por compressão de placa paralela. Após concluir a fundição do molde, clique novamente no computador virtual e verifique os dados experimentais no computador de controle da máquina universal de ensaio de fluência. Abra a placa de cobertura na máquina de incrustação do espécime metalográfico e coloque o espécime.

Para despejar o pó preparado, clique no polimetilmetacrilato destacado, ou pó de PMMA. Em seguida, clique no molde destacado para colocá-lo em cima do pó de PMMA. Em seguida, clique no volante destacado e ajuste a posição do molde para cobrir a placa de cobertura automaticamente.

Clique no botão ligar, desligar para ligar a máquina de incrustação. Retire a amostra de PMMA incrustada após o resfriamento. Entre na sala para polimento e corrosão seguindo a orientação do caminho mostrada na imagem.

Encontre a máquina de polimento destacada e clique na garra da máquina para montar a amostra incrustada na pinça. Ajuste a velocidade para moer e polir o corpo de prova removendo o substrato do material moldado. Triture o molde de um lado até que o padrão no molde fique exposto.

Para realizar a caracterização do espécime, abra virtualmente o gabinete de armazenamento químico e retire o hidróxido de potássio sólido. Clique no copo destacado e no hidróxido de potássio sólido para preparação líquida de corrosão para fazer uma solução de hidróxido de potássio a 10%. Selecione a solução de hidróxido de potássio destacada e o espécime para corroer a escada em um espécime metalográfico.

Em seguida, limpe o espécime após a remoção do substrato de silício e execute um teste caracterizado com um espécime preparado sob um microscópio óptico. Coloque o espécime no estágio de amostra do nanoindenter e escolha o cone e o indenter para montá-lo no driver do sistema de teste de micro e nanomecânica. Clique na unidade destacada para conectá-la com o nanoindenter.

Depois de instalar o nanoindenter e carregar o espécime no software de controle de MEV, clique no botão de ventilação. Abra a câmara de MEV depois de quebrar o vácuo, instale o nanoindenter no estágio de amostra de MEV e conecte os fios como mostrado na imagem. Em seguida, abra o software de controle do nanoindenter e selecione sequencialmente o intervalo indenter carregado.

Selecione o protocolo experimental. Inicie o controlador e inicie para iniciar a inicialização do estágio de exemplo. Após a inicialização, feche a câmara de MEV e clique no botão da bomba no software de controle de MEV.

Em seguida, clique no botão para cima ou para baixo no software de controle de MEV para ajustar a posição do estágio de amostra ao longo do campo de visão de MEV. Corrija a posição clicando no botão OK. Ligue o canhão de elétrons selecionando o botão EHT realçado.

Alterne para o modo de observação de microscopia eletrônica selecionando o botão da câmera. Finalmente, clique em executar no software de controle nanoindenter. Para encerrar o experimento, clique no botão parar no software de controle do nanoindenter.

O sistema aprimorou o desenho do esquema experimental combinando-o com as operações, proporcionando validação instantânea. Por exemplo, à medida que o usuário escolhia a direção de colocação do espécime, a interface para o uso da máquina de incrustação metalográfica mostrava os resultados. Da mesma forma, analisando o tempo de deslocamento resultante e as curvas de tensão de tensão de um experimento mecânico interno de uma viga de microcantiléver com fissuras presentes, o usuário pôde determinar como os resultados foram obtidos.

No cenário simulado, os alunos tiveram que avaliar o tamanho da carga e o tempo de carregamento de acordo com a relação comprimento/diâmetro do corpo de prova a ser preparado antes da realização do experimento reológico, ao invés da abordagem de tentativa e erro frequentemente utilizada. Além disso, com o exercício integrado após os experimentos, os usuários poderiam revisar sistematicamente todo o processo do experimento e conectar a teoria com a experimentação. Usando a simulação virtual baseada na web, os alunos completaram em média o experimento em cerca de 73 minutos, verificando a eficiência da abordagem.

Os resultados do exame on-line de dois grupos de estudantes de engenharia mecânica mostraram que aqueles com a experiência de interface virtual tiveram um desempenho melhor do que aqueles sem, demonstrando ainda mais a eficiência da abordagem. Isso tem ensinado aos alunos o interesse em pesquisa e o senso de inovação, treinando-os para dominar as técnicas de teste, método e princípios de experimentos mecânicos avançados de micro e nano habilidades.