Le sessioni pratiche con l'attrezzatura di test sono il modo ideale per esporre gli studenti ai principi fondamentali del comportamento dei materiali. Tuttavia, massimizzare il tempo di ogni studente con questi sistemi può essere difficile, specialmente quando le risorse del laboratorio sono limitate. In un breve lasso di tempo, gli studenti in una tipica sessione di laboratorio devono affrontare la configurazione del test prima di poter osservare i diversi modi di deformazione e risposta al rottura dei materiali. Eseguire un buon test richiede semplicemente tempo.
Per aiutare gli insegnanti a migliorare i risultati di apprendimento, MTS fornisce due risorse fondamentali:
- Curriculum di base per il testing dei materiali che include piani di lezione e compiti a casa
- Software di simulazione affinché gli studenti possano eseguire test virtuali e rafforzare la loro comprensione dei concetti di testing dei materiali.
Queste risorse consentono agli studenti di assistere a un test virtuale in aula, eseguire test virtuali in un laboratorio informatico e condurre test reali in laboratorio con maggiore facilità ed efficienza.
Sviluppato dal Dr. Christoph Leser, il curriculum è stato ispirato dall'approccio che i laboratori di prova adottano per risolvere problemi durante lo sviluppo del prodotto. In particolare, l'ambiente ingegneristico introduce spesso uno strato di simulazione tra il design teorico e la costruzione del prototipo. Questo avviene per motivi familiari agli insegnanti universitari: le risorse di laboratorio sono limitate, ma la pressione per eseguire più test in meno tempo – senza sacrificare l'accuratezza – è intensa.
„Utilizzare software per simulare i test meccanici può trasformare il modo in cui gli studenti di scienze dei materiali apprendono“, ha affermato il Dr. Leser. „Quando la stessa interfaccia grafica viene utilizzata per condurre test materiali virtuali e fisici, migliora la comprensione di ciascun studente sulla plasticità, le relazioni tensione-deformazione, l'affaticamento, la crescita delle fessure e la rottura del materiale, che si trovino in aula, studino da soli o lavorino con un sistema di test reale.”
Stabilire coerenza dall'aula al laboratorio aiuta gli insegnanti del corso a offrire un curriculum più completamente integrato, sia virtuale che fisico. Questo prepara gli studenti a gestire più rapidamente tutte le attività associate alla preparazione del test, all'esecuzione e all'analisi dei dati, rendendo l'esperienza di laboratorio più efficiente. Un curriculum integrato aiuta anche gli studenti a comprendere e apprezzare sia il valore sia i limiti degli approcci di modellazione nella descrizione del comportamento dei materiali.
COLLEGARE IL FISICO E IL VIRTUALE
Per una discussione sulla resistenza allo snervamento, ad esempio, agli studenti viene presentato il design di un collegamento della frizione. Il collegamento è un membro a due forze che subisce una forza di trazione di 4,5 kN. Se la forza è troppo alta, il pezzo si deformerà. Gli studenti sono invitati a progettare il collegamento scegliendo una larghezza appropriata “w” per un collegamento realizzato con una piastra di acciaio di spessore “t” di 6 mm. Per completare il design, gli studenti devono conoscere la resistenza allo snervamento della piastra di acciaio. La sezione di laboratorio insegna allo studente come misurare la resistenza allo snervamento attraverso la misurazione della curva tensione-deformazione e il calcolo della resistenza allo snervamento offset.
Il software MTS TestSuite™ consente agli studenti di definire ed eseguire test e analizzare i dati di test sia in laboratorio che in aula. Le licenze offline che replicano il software di sistema del laboratorio forniscono agli studenti un ambiente di simulazione con software che può essere caricato su un laptop o su altri computer non collegati al sistema di test. I professori possono quindi utilizzare sia gli ambienti fisici che quelli virtuali per ottimizzare l'efficienza didattica.
Le modelli di test della MTS TestSuite possono essere eseguiti virtualmente o con un sistema di test materiali interno. In entrambi i casi, l'esperienza dell'utente è identica. Il software MTS TestSuite facilita la transizione attraverso l'uso del linguaggio di programmazione Python™, che presenta poca astrazione e rende più semplice per gli studenti passare dall'equazione al programma di test. Il codice è scritto nello stesso modo in cui verrebbe eseguita una calcolazione manuale. Inoltre, poiché Python è un linguaggio open source, molti diversi programmi di esempio e documentazione sono disponibili gratuitamente.
VANTAGGI DELL'INTEGRAZIONE
Ci sono diversi importanti vantaggi nell'integrare lezioni, simulazione e test fisici. Gli studenti acquisiscono esperienza diretta con le proprietà del materiale necessarie per completare con successo l'esercizio di design. L'integrazione fornisce anche un'illustrazione diretta del comportamento dei materiali, stimolando discussioni su concetti più avanzati, come perché i materiali si deformano, cosa definisce la duttilità e perché alcuni materiali sono più forti di altri.
Inoltre, gli studenti si familiarizzano con i dettagli dei metodi di test, dei concetti, delle procedure e del vocabolario, nonché con come raccogliere e interpretare i dati, estrarre i valori delle proprietà e identificare dove i risultati empirici vengono utilizzati nell'analisi. In altre parole, un curriculum integrato prepara efficacemente gli studenti a eseguire test materiali reali. E possono farlo al proprio ritmo.
„Tutti gli aspetti della conduzione di un buon test fisico, dalla selezione del campione all'allineamento, al montaggio, all'esecuzione del test e all'analisi dei dati, richiedono tempo ed esperienza per essere padroneggiati“, ha affermato il Dr. Leser. „Nessuno di questi è facile per il neofita. Ma con un curriculum integrato, gli studenti possono praticare tutti questi passaggi in modo più veloce e semplice in un ambiente simulato.”
