Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται η ανάπτυξη ενός πειραματικά επιβεβαιωμένου μοντέλου προσομοίωσης της κατεργασίας χάραξης με παλμούς δέσμης Laser διάρκειας νανοδευτερολέπτων κάνοντας χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Στόχος είναι η πρόβλεψη της τελικής γεωμετρίας χάραξης και η βελτιστοποίηση της κατεργασίας μελετώντας την επίδραση των συνθηκών κατεργασίας στην ποιότητα του κατεργασμένου τεμαχίου και την παραγωγικότητα της διαδικασίας. Χρησιμοποιήθηκε ένα γενικευμένο μοντέλο μετάδοσης θερμότητας στο οποίο η προσπίπτουσα δέσμη Laser που είναι υπεύθυνη για την αφαίρεση του υλικού, μοντελοποιήθηκε ως μια πηγή με κατανομή Gauss λαμβάνοντας υπόψη τις μεταβολές από την κλίση αλλά και τη σύγκλησή της. Ο χάρτης σάρωσης που εμπεριέχει τις θέσεις στις οποίες πρόκειται να σταλούν οι παλμοί της δέσμης δημιουργήθηκε σύμφωνα με την μονοκατευθυντική διασταυρούμενη στρατηγική σάρωσης. Μοντελοποιήθηκε η παλμική συμπεριφορά της δέσμης λόγω της τεχνικής μεταγόμενου Q για τον ορισμό της πυκνότητας ισχύος συναρτήσει του χρόνου. Μοντελοποιήθηκε ο μηχανισμός απορρόφησης της δέσμης λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες λόγω της ανακλαστικότητας του υλικού, τις απώλειες λόγω της θωράκισης της δέσμης κατά τη διέλευσή της από το πλούμιο πλάσματος ατμών μετάλλου και τη ροή θερμότητας που επιστρέφει στο τεμάχιο λόγω της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από το πλάσμα. Ο μηχανισμός αφαίρεσης υλικού μοντελοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μια τεχνική μετακίνησης πλέγματος για τον προσδιορισμό των αλλαγών της γεωμετρίας που προκαλούνται από την ατμοποίηση του υλικού. Προσομοιώσεις χαράξεων πραγματοποιήθηκαν για υλικά όπως ανοξείδωτος χάλυβας SAE304, χάλυβας κατασκευής δοχείων πίεσης P355GH, ορείχαλκος C26000 και κράμα αλουμινίου Al7075-T6 για διάφορους συνδυασμούς των βασικών συνθηκών κατεργασίας: μέση ισχύς, ταχύτητα δέσμης και συχνότητα επανάληψης παλμών. Από τις προσομοιώσεις προβλέφθηκε η γεωμετρία χάραξης με τον ίδιο τρόπο όπως αυτή θα σχηματιζόταν εάν η κατεργασία πραγματοποιείτο στην πράξη, σε πραγματικές συνθήκες σε ένα κέντρο κατεργασιών Laser χάραξης. Επιπλέον, για κάθε περίπτωση, υπολογίστηκαν οι τιμές του πάχους στρώματος αφαίρεσης υλικού και του ρυθμού αποβολής υλικού. Επιπλέον έγινε μια εκτίμηση των ατελειών που εμφανίζονται στη γεωμετρία χάραξης λόγω λοξοποίησης (kerf), όπως η κλίση που εμφανίζεται στα πλευρικά τοιχώματα υπολογίζοντας τις τιμές της γωνίας κλίσης των τοιχωμάτων αυτών καθώς και του άνω πλάτους χάραξης και του κάτω πλάτους χάραξης. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων μελετήθηκαν διεξοδικά και εξήχθησαν συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση των συνθηκών κατεργασίας στο τελικό αποτέλεσμα της κατεργασίας χάραξης. Για την επιβεβαίωση του προσομοιωτικού μοντέλου ένας μεγάλος αριθμός από πειραματικές χαράξεις πραγματοποιήθηκαν με σκοπό τη σύγκριση μεταξύ των πειραματικών αποτελεσμάτων και αυτών από τις προσομοιώσεις. Οι χαράξεις υλοποιήθηκαν με τη χρήση του κέντρου κατεργασιών Laser χάραξης DMG MORI LASERTEC 40 και μετρήθηκαν με τη χρήση του τρισδιάστατου οπτικού προφιλόμετρου Bruker Contour GT-K. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την ορθή λειτουργία και την υψηλή ακρίβεια του προσομοιωτικού μοντέλου.
Μέσα από τη χρησιμοποίηση της δημοφιλούς γλώσσας προγραμματισμού java, κατασκευάστηκε μια ψηφιακή εκδοχή του παιχνιδιού στρατηγικής ΝΙΜ. Ακολούθως, αναπτύχθηκε ένα διδακτικό σενάριο διδακτικής αξιοποίησης της ψηφιακής εκδοχής του παιχνιδιού, στο οποίο κεντρική θέση είχε η χρησιμοποίηση διαλογικών δραστηριοτήτων. Γενικότερη επιδίωξη της διδακτικής παρέμβασης υπήρξε η καλλιέργεια της μαθηματικής σκέψης των μαθητών, ενώ ειδικότερους στόχους αποτέλεσαν η βελτίωση της ικανότητας επίλυσης προβλημάτων και η δημιουργία ευκαιριών για παραγωγή συλλογισμών και διατύπωση επιχειρημάτων. Με βάση τα παραπάνω, σκοπό της διατριβής αποτέλεσε η εις βάθος μελέτη αυτής της περίπτωσης όπου έγινε διδακτική αξιοποίηση μίας παιγνιώδους εφαρμογής πολυμέσων που δημιουργήθηκε από τον εκπαιδευτικό της σχολικής τάξης. Επιδίωξη του ερευνητή ήταν να παρουσιαστεί λεπτομερώς ο τρόπος συμμετοχής των μαθητών στις επιμέρους δραστηριότητες, καθώς και το κατά πόσον η παρέμβαση αυτή συνολικά μπόρεσε να συμβάλλει στην ανάδειξη της μαθηματικής σκέψης των μαθητών. Η μεθοδολογία έρευνας που ακολουθήθηκε ήταν η μελέτη περίπτωσης, με στόχο την παροχή μιας όσο το δυνατόν πιο πυκνής περιγραφής της δραστηριότητας που αναπτύχθηκε στο παραπάνω πλαίσιο, από τους μαθητές ενός τμήματος Ε΄ τάξης δημοτικού που αποτέλεσε το δείγμα της έρευνας. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου αξιοποιήθηκαν τόσο ποσοτικά δεδομένα (δοκιμασία εκτίμησης της γενικότερης ικανότητας επίλυσης προβλημάτων και της ειδικότερης ικανότητας στο παιχνίδι ΝΙΜ, ερωτηματολόγια, κοινωνιομετρική τεχνική) όσο και ποιοτικά δεδομένα (ατομικές συνεντεύξεις, συζητήσεις στην ολομέλεια της τάξης και σε περιβάλλον chat, τεχνική ομιλούντος υποκειμένου, παρατήρηση), καθώς επίσης και στοιχείων που προέκυψαν από την ανάλυση των ίδιων των παιχνιδιών ΝΙΜ των μαθητών. Με βάση την ανάλυση των αποτελεσμάτων διαφαίνεται ότι οι μαθητές που συμμετείχαν στην έρευνα παρουσίασαν σημαντική βελτίωση τόσο της ικανότητάς τους στο παιχνίδι ΝΙΜ όσο και της γενικότερης ικανότητας επίλυσης προβλημάτων. Το μέγεθος της παρατηρούμενης βελτίωσης φάνηκε να σχετίζεται με παράγοντες όπως η ικανότητα των μαθητών στα μαθηματικά (όπως προέκυψε από τις εκτιμήσεις των εκπαιδευτικών), καθώς επίσης και ο βαθμός εξοικείωσής των μαθητών με παιχνίδια γρίφων και στρατηγικής. Ταυτόχρονα, η ανάλυση των διαλόγων έδειξε ότι οι μαθητές προοδευτικά βελτίωσαν τον τρόπο με τον οποίο συμμετείχαν στις διαλογικές δραστηριότητες, δείχνοντας σταδιακά να υιοθετούν βασικές κοινωνικομαθηματικές νόρμες που θεωρούνται προαπαιτούμενες για την ανάπτυξη παραγωγικών μαθηματικών συζητήσεων. Επιπλέον, μέσα από την αξιοποίηση του σχήματος επιχειρηματολογίας του Toulmin, εντοπίστηκε ένα σύνολο εκφορών όπου οι μαθητές κατάφεραν να διατυπώσουν συλλογισμούς κάνοντας χρήση συγκεκριμένων επιχειρηματολογικών σχημάτων.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.