As sessões práticas com equipamentos de teste são a maneira ideal de expor os alunos aos princípios centrais do comportamento dos materiais. Mas maximizar o tempo de cada aluno com esses sistemas pode ser difícil, especialmente quando os recursos do laboratório são limitados. Em uma janela de oportunidade muito pequena, os alunos em uma sessão típica de laboratório precisam passar pela configuração do teste antes de poderem observar os diferentes modos de deformação e resposta à ruptura dos materiais. Realizar um bom teste simplesmente leva tempo.
Para ajudar os instrutores a melhorar os resultados de aprendizado, a MTS fornece dois recursos críticos:
- Currículo básico de testes de materiais que inclui planos de aula e tarefas de casa
- Software de simulação para que os alunos possam realizar testes virtuais e fortalecer sua compreensão dos conceitos de testes de materiais.
Juntos, esses recursos permitem que os alunos testemunhem um teste virtual na sala de aula, realizem testes virtuais em um laboratório de informática e realizem testes reais no laboratório com maior facilidade e eficiência.
Desenvolvido pelo Dr. Christoph Leser, o currículo foi inspirado pela abordagem que os laboratórios de teste adotam para a resolução de problemas durante o desenvolvimento de produtos. Especificamente, o ambiente de engenharia frequentemente introduz uma camada de simulação entre o design teórico e a construção do protótipo. Isso é feito por razões conhecidas pelos instrutores universitários: os recursos do laboratório são limitados, mas a pressão para realizar mais testes em menos tempo – sem sacrificar a precisão – é intensa.
“Usar software para simular testes mecânicos pode transformar a maneira como os alunos de ciência dos materiais aprendem,” disse o Dr. Leser. “Quando a mesma interface gráfica é usada para conduzir testes de materiais virtuais e físicos, isso melhora a compreensão de cada aluno sobre a fluência plástica do material, as relações tensão-deformação, fadiga, crescimento de fissuras e fratura, seja assistindo na sala de aula, estudando sozinhos ou trabalhando com um sistema de teste real.”
Estabelecer consistência da sala de aula ao laboratório ajuda os instrutores a oferecer um currículo mais completamente integrado, tanto virtual quanto físico. Isso capacita os alunos a lidar com todas as tarefas associadas à configuração do teste, execução e análise de dados de forma mais rápida, o que torna a experiência do laboratório mais eficiente. Um currículo integrado também ajuda os alunos a entender e apreciar tanto o valor quanto as limitações das abordagens de modelagem na descrição do comportamento dos materiais.
CONEXÃO ENTRE O FÍSICO & O VIRTUAL
Para uma discussão sobre resistência ao escoamento, por exemplo, os alunos são apresentados ao design de uma ligação de embreagem. O link do acoplador é um membro de duas forças que experimenta uma força de tração de 4,5 kN. Se a força for muito alta, a peça irá ceder. Os alunos são solicitados a projetar o link escolhendo uma largura apropriada “w” para um link feito com uma espessura “t” de 6 mm de chapa de aço. Para completar o design, os alunos precisam conhecer a resistência ao escoamento da chapa de aço. A seção do laboratório ensina ao aluno como medir a resistência ao escoamento através da medição da curva tensão-deformação e do cálculo da resistência ao escoamento com deslocamento.
O Software MTS TestSuite™ permite que os alunos definam e executem testes e analisem os dados de teste tanto no laboratório quanto na sala de aula. Licenças offline que replicam o software do sistema do laboratório oferecem aos alunos um ambiente de simulação com software que pode ser carregado em um laptop ou outros computadores não conectados ao sistema de teste. Os professores podem então usar tanto os ambientes físicos quanto virtuais para otimizar a eficiência do ensino.
Os modelos de teste do MTS TestSuite podem ser executados virtualmente ou com um sistema de teste de materiais interno. Em ambos os casos, a experiência do usuário é idêntica. O software MTS TestSuite facilita a transição com o uso da linguagem de programação Python™, que tem muito pouca abstração e torna mais fácil para os alunos passarem da equação para o programa de teste. O código é escrito da mesma forma que uma calculadora manual seria usada. Além disso, como o Python é uma linguagem de código aberto, muitos programas de exemplo e documentação estão disponíveis gratuitamente.
VANTAGENS DA INTEGRAÇÃO
Existem várias vantagens importantes na integração de palestras, simulação e testes físicos. Os alunos ganham experiência direta com a propriedade do material necessária para concluir com sucesso o exercício de design. A integração também fornece uma ilustração direta do comportamento dos materiais, estimulando a discussão de conceitos mais avançados, como por que os materiais cedem, o que define a ductilidade e por que alguns materiais são mais fortes que outros.
Além disso, os alunos se familiarizam com os detalhes dos métodos de teste, conceitos, procedimentos e vocabulário, bem como com como coletar e interpretar dados, extrair valores de propriedades e identificar onde resultados empíricos são usados na análise. Em outras palavras, um currículo integrado prepara efetivamente os alunos para realizar testes reais de materiais. E eles podem fazer isso em seu próprio ritmo.
“Todos os aspectos de realizar um bom teste físico, desde a seleção de espécimes até o alinhamento, montagem, execução do teste e análise de dados, levam tempo e experiência para serem dominados,” disse o Dr. Leser. “Nenhum desses é fácil para um novato. Mas com um currículo integrado, os alunos podem praticar todas essas etapas de uma maneira mais rápida e fácil em um ambiente simulado.”
