Las sesiones prácticas con equipos de prueba son la forma ideal de exponer a los estudiantes a los principios centrales del comportamiento de los materiales. Sin embargo, maximizar el tiempo de cada estudiante con estos sistemas puede ser difícil, especialmente cuando los recursos del laboratorio son limitados. Dentro de una pequeña ventana de oportunidad, los estudiantes en una sesión típica de laboratorio necesitan trabajar en la configuración de la prueba antes de poder observar los diferentes modos de deformación y respuesta a la ruptura de los materiales. Realizar una buena prueba simplemente lleva tiempo.
Para ayudar a los instructores a mejorar los resultados de aprendizaje, MTS proporciona dos recursos críticos:
- Currículo básico de pruebas de materiales que incluye planes de lecciones y tareas
- Software de simulación para que los estudiantes puedan realizar pruebas virtuales y fortalecer su comprensión de los conceptos de pruebas de materiales.
Juntos, estos recursos permiten a los estudiantes presenciar una prueba virtual en el aula, realizar pruebas virtuales en un laboratorio de computación y llevar a cabo pruebas reales en el laboratorio con mayor facilidad y eficiencia.
Desarrollado por el Dr. Christoph Leser, el currículo se inspiró en el enfoque que los laboratorios de pruebas utilizan para resolver problemas durante el desarrollo de productos. Específicamente, el entorno de ingeniería a menudo introduce una capa de simulación entre el diseño teórico y la construcción del prototipo. Esto se hace por razones familiares para los instructores universitarios: los recursos del laboratorio son limitados, pero la presión para realizar más pruebas en menos tiempo —sin sacrificar la precisión— es intensa.
“Usar software para simular pruebas mecánicas puede transformar la forma en que los estudiantes de ciencia de materiales aprenden,” dijo el Dr. Leser. “Cuando se utiliza la misma interfaz gráfica de usuario para realizar pruebas de materiales virtuales y físicas, mejora la comprensión de cada estudiante sobre el flujo plástico del material, las relaciones tensión-deformación, la fatiga, el crecimiento de grietas y la fractura, ya sea que estén observando en el aula, estudiando por su cuenta o trabajando con un sistema de prueba real.”
Establecer consistencia desde el aula hasta el laboratorio ayuda a los instructores del curso a ofrecer un currículo más completamente integrado, tanto virtual como físico. Esto equipa a los estudiantes para manejar todas las tareas asociadas con la configuración, ejecución y análisis de datos de la prueba más rápidamente, lo que hace que la experiencia en el laboratorio sea más eficiente. Un currículo integrado también ayuda a los estudiantes a comprender y apreciar tanto el valor como las limitaciones de los enfoques de modelado para describir el comportamiento de los materiales.
CONEXIÓN ENTRE LO FÍSICO Y LO VIRTUAL
Por ejemplo, para una discusión sobre la resistencia al fluencia, se presenta a los estudiantes el diseño de un enlace de embrague. El enlace acoplador es un miembro de dos fuerzas que experimenta una fuerza de tracción de 4.5 kN. Si la fuerza es demasiado alta, la pieza se deformará. Se pide a los estudiantes que diseñen el enlace eligiendo un ancho adecuado “w” para un enlace hecho con un grosor “t” de 6 mm de placa de acero. Para completar el diseño, los estudiantes necesitan conocer la resistencia al fluencia de la placa de acero. La sección de laboratorio enseña al estudiante cómo medir la resistencia al fluencia a través de la medición de la curva tensión-deformación y el cálculo de la resistencia al fluencia de compensación.
El software MTS TestSuite™ permite a los estudiantes definir y ejecutar pruebas y analizar los datos de prueba, ya sea en el laboratorio o en el aula. Las licencias fuera de línea que replican el software del sistema del laboratorio proporcionan a los estudiantes un entorno de simulación con software que puede cargarse en una computadora portátil u otras computadoras no conectadas al sistema de prueba. Los profesores pueden usar tanto los entornos físicos como virtuales para optimizar la eficiencia instruccional.
Las plantillas de prueba de MTS TestSuite pueden ejecutarse virtualmente o con un sistema de prueba de materiales interno. En ambos casos, la experiencia del usuario es idéntica. El software MTS TestSuite facilita la transición mediante el uso del lenguaje de programación Python™, que tiene muy poca abstracción y hace que sea más fácil para los estudiantes pasar de la ecuación al programa de prueba. El código se escribe de la misma manera que se realizaría un cálculo manual. Además, dado que Python es un lenguaje de código abierto, muchos programas de ejemplo y documentación diferentes están disponibles de forma gratuita.
VENTAJAS DE LA INTEGRACIÓN
Existen varias ventajas importantes al integrar conferencias, simulaciones y pruebas físicas. Los estudiantes obtienen experiencia directa con las propiedades del material necesarias para completar con éxito el ejercicio de diseño. La integración también proporciona una ilustración directa del comportamiento del material, lo que provoca una discusión sobre conceptos más avanzados, como por qué los materiales fluyen, qué define la ductilidad y por qué algunos materiales son más fuertes que otros.
Además, los estudiantes se familiarizan con los detalles de los métodos de prueba, conceptos, procedimientos y vocabulario, así como con cómo recopilar e interpretar datos, extraer valores de propiedades e identificar dónde se utilizan los resultados empíricos en el análisis. En otras palabras, un currículo integrado prepara eficazmente a los estudiantes para realizar pruebas reales de materiales. Y pueden hacerlo a su propio ritmo.
“Todos los aspectos de realizar una buena prueba física, desde la selección de la muestra hasta la alineación, el montaje, la realización de la prueba y el análisis de datos, requieren tiempo y experiencia para dominar,” dijo el Dr. Leser. “Ninguno de estos es fácil para el novato. Pero con un currículo integrado, los estudiantes pueden practicar todos estos pasos de manera más rápida y sencilla en un entorno simulado.”
