Les sessions pratiques avec des équipements de test sont le moyen idéal d'exposer les apprenants aux principes centraux du comportement des matériaux. Cependant, maximiser le temps de chaque étudiant avec ces systèmes peut être difficile, surtout lorsque les ressources de laboratoire sont limitées. Dans une fenêtre d'opportunité très courte, les étudiants lors d'une session de laboratoire typique doivent passer par la configuration du test avant de pouvoir observer les différents modes de déformation des matériaux et la réponse à la rupture. Réaliser un bon test prend simplement du temps.
Pour aider les instructeurs à améliorer les résultats d'apprentissage, MTS fournit deux ressources essentielles :
- Un curriculum de test de matériaux de base qui comprend des plans de leçon et des devoirs
- Un logiciel de simulation afin que les étudiants puissent effectuer des tests virtuels et renforcer leur compréhension des concepts de test de matériaux.
Ensemble, ces ressources permettent aux étudiants d'assister à un test virtuel en classe, de réaliser des tests virtuels dans un laboratoire informatique et d'effectuer des tests réels en laboratoire avec plus de facilité et d'efficacité.
Développé par le Dr. Christoph Leser, le curriculum a été inspiré par l'approche adoptée par les laboratoires de test pour résoudre des problèmes lors du développement de produits. Plus précisément, le milieu de travail en ingénierie introduit souvent une couche de simulation entre la conception théorique et la construction de prototypes. Cela se fait pour des raisons familières aux instructeurs universitaires : les ressources de laboratoire sont limitées, mais la pression pour réaliser plus de tests dans un temps réduit – sans sacrifier la précision – est intense.
« Utiliser des logiciels pour simuler des tests mécaniques peut transformer la manière dont les étudiants en sciences des matériaux apprennent », a déclaré le Dr. Leser. « Lorsque l'interface graphique identique est utilisée pour réaliser des tests matériels virtuels et physiques, cela améliore la compréhension de chaque étudiant des propriétés plastiques du matériau, des relations contrainte-déformation, de la fatigue, de la croissance des fissures et de la rupture, qu'ils soient en classe, en étude autonome ou en train de travailler avec un véritable système de test. »
Établir une cohérence entre le amphithéâtre et le laboratoire aide les instructeurs à offrir un programme plus intégré de curriculum virtuel et physique. Cela permet aux étudiants de gérer toutes les tâches associées à la configuration des tests, à leur exécution et à l'analyse des données plus rapidement, rendant ainsi l'expérience en laboratoire plus efficace. Un curriculum intégré aide également les étudiants à comprendre et à apprécier à la fois la valeur et les limites des approches de modélisation dans la description du comportement des matériaux.
CONNECTER LE PHYSIQUE ET LE VIRTUEL
Pour une discussion sur la résistance à la traction, par exemple, les étudiants sont présentés avec la conception d'un lien d'embrayage. Le lien de couplage est un membre à deux forces subissant une force de traction de 4,5 kN. Si la force est trop élevée, la pièce cédera. Les étudiants doivent concevoir le lien en choisissant une largeur appropriée « w » pour un lien fabriqué avec une épaisseur « t » de 6 mm de plaque d'acier. Pour compléter la conception, les étudiants doivent connaître la résistance à la traction de la plaque d'acier. La section de laboratoire enseigne à l'étudiant comment mesurer la résistance à la traction à travers la mesure de la courbe contrainte-déformation et le calcul de la résistance à la traction décalée.
Le logiciel MTS TestSuite™ permet aux étudiants de définir et d'exécuter des tests et d'analyser des données de test, que ce soit en laboratoire ou en classe. Des licences hors ligne qui reproduisent le logiciel système du laboratoire offrent aux étudiants un environnement de simulation avec un logiciel pouvant être chargé sur un ordinateur portable ou d'autres ordinateurs non connectés au système de test. Les professeurs peuvent alors utiliser à la fois les environnements physique et virtuel pour optimiser l'efficacité de l'enseignement.
Les modèles de tests MTS TestSuite peuvent être exécutés virtuellement ou avec un système de test de matériaux interne. Dans les deux cas, l'expérience utilisateur est identique. Le logiciel MTS TestSuite facilite la transition grâce à l'utilisation du langage de programmation Python™, qui présente très peu d'abstraction et rend plus facile pour les étudiants le passage de l'équation au programme de test. Le code est écrit de la même manière qu'un calcul manuel serait effectué. De plus, comme Python est un langage open source, de nombreux programmes d'exemple et documentations sont disponibles gratuitement.
AVANTAGES DE L'INTÉGRATION
Il y a plusieurs avantages importants à intégrer les cours, la simulation et les tests physiques. Les étudiants acquièrent une expérience directe avec la propriété matérielle nécessaire pour mener à bien l'exercice de conception. L'intégration fournit également une illustration directe du comportement des matériaux, suscitant des discussions sur des concepts plus avancés, tels que pourquoi les matériaux cèdent, ce qui définit la ductilité et pourquoi certains matériaux sont plus résistants que d'autres.
De plus, les étudiants se familiarisent avec les détails des méthodes de test, des concepts, des procédures et du vocabulaire, ainsi qu'avec la manière de collecter et d'interpréter des données, d'extraire des valeurs de propriétés et d'identifier où les résultats empiriques sont utilisés dans l'analyse. En d'autres termes, un curriculum intégré prépare efficacement les étudiants à réaliser de véritables tests de matériaux. Et ils peuvent le faire à leur propre rythme.
« Tous les aspects de la réalisation d'un bon test physique, de la sélection de l'échantillon à l'alignement, au montage, à l'exécution du test et à l'analyse des données, prennent du temps et de l'expérience à maîtriser », a déclaré le Dr. Leser. « Aucun de ces aspects n'est facile pour le novice. Mais avec un curriculum intégré, les étudiants peuvent pratiquer toutes ces étapes de manière plus rapide et plus facile dans un environnement simulé. »
