Engineering Mechanics Commons^™

Predicting The Mechanical Properties Of Nanocomposites Reinforced With 1-D, 2-D And 3-D Nanomaterials, Scott Edward Muller

Graduate Theses and Dissertations

Materials with features at the nanoscale can provide unique mechanical properties and increased functionality when included as part of a nanocomposite. This dissertation utilizes computational methods at multiple scales, including molecular dynamics (MD) and density functional theory (DFT), and the coupled atomistic and discrete dislocation multiscale method (CADD), to predict the mechanical properties of nanocomposites possessing nanomaterials that are either 1-D (carbyne chains), 2-D (graphene sheets), or 3-D (Al/amorphous-Si core-shell nanorod).

The MD method is used to model Ni-graphene nanocomposites. The strength of a Ni-graphene nanocomposite is found to improve by increasing the gap between the graphene sheet and a …

Transferring Power Through A Magnetic Couple, Nickolas Cruz Villalobos Jr.

Senior Theses

Properties of several working magnetic coupled rotors have been measured and their performance compared to theoretical models. Axial magnetic couplers allow rotors to work within harsh environments, without the need for seals, proper alignment, or overload protection on a motor. The influence of geometrical parameters, such as distance from the center of the rotors, polarity arrangement, and the number of dipole pairs were experimentally tested. These results can be used to improve rotor designs, to increase strength and efficiency.

A Discrete Curvature Estimation Based Low-Distortion Adaptive Savitzky-Golay Filter For Ecg Denoising, Hui Huang, Shiyan Hu, Ye Sun

Department of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics Publications

Electrocardiogram (ECG) sensing is an important application for the diagnosis of cardiovascular diseases. Recently, driven by the emerging technology of wearable electronics, massive wearable ECG sensors are developed, which however brings additional sources of noise contamination on ECG signals from these wearable ECG sensors. In this paper, we propose a new low-distortion adaptive Savitzky-Golay (LDASG) filtering method for ECG denoising based on discrete curvature estimation, which demonstrates better performance than the state of the art of ECG denoising. The standard Savitzky-Golay (SG) filter has a remarkable performance of data smoothing. However, it lacks adaptability to signal variations and thus often …

A Novel Correlation Model For Horizontal Axis Wind Turbines Operating At High-Interference Flow Regimes, Anurag Rajan, Fernando L. Ponta

Department of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics Publications

Driven by economics-of-scale factors, wind-turbine rotor sizes have increased formidably in recent years. Larger rotors with lighter blades of increased flexibility will experiment substantially higher levels of deformation. Future turbines will also incorporate advanced control strategies to widen the range of wind velocities over which energy is captured. These factors will extend turbine operational regimes, including flow states with high interference factors. In this paper we derive a new empirical relation to both improve and extend the range of Blade Element Momentum (BEM) models, when applied to high interference-factor regimes. In most BEM models, these flow regimes are modeled using …

Computational Aerothermodynamic Analysis Of Satellite Trans-Atmospheric Skip Entry Survivability, John J. Runco

Theses and Dissertations

Computational aerothermodynamic analysis is presented for a spacecraft in low Earth orbit performing an atmospheric skip entry maneuver. Typically, atmospheric reentry is a terminal operation signaling mission end-of-life and, in some instances, executed for spacecraft disposal. A variation on reentry – skip entry – is an aeroassisted trans-atmospheric maneuver in which a spacecraft utilizes the effects of aerodynamic drag in order to reduce energy prior to a terminal entry, pinpoint a targeted entry, or change orbital elements such as inclination. Spacecraft performing a skip entry enable new modes of maneuver to enhance operations in nominal or possibly contested mission environments. …

Application Of Computational Tools To Spaghetti-Based Truss Bridge Design, Jin Xu, Jiliang Li, Nuri Zeytinoglu, Jinyuan Zhai

ASEE IL-IN Section Conference

Application of Computational Tools to Spaghetti-Based Truss Design

Statics and Strength of Materials are two foundational courses for Mechanical/Civil Engineering. In order to assist students in better understanding and applying concepts to a meaningful design task, SolidWorks and theoretical calculation were used for a spaghetti-bridge design contest with the constraints of given maximum weight and allowable support-material weight. As the first step of this iterative designing process, both extrude feature and structural member were introduced to model planar bridge trusses. Then SolidWorks’ Statics module was used to run FEA analysis of the structural performance in efforts to optimize the …

Problem Of A Particle Solid Particles With A Ground Surface Airflow Formed Due To High-Speed Train Movement, Sh.S. Fayzibayev, R.Sh. Isanov, M.Sh. Valiyev

Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers

The paper deals with the problem of entrainment of particles by air flow with increasing speed of a high-speed train. We have obtained solutions to the problem in the case when the particles in the section have the shape of a trapezoid. If the speed of a high-speed train increases at the end of the train, a whirlwind may occur, which we will study

Me-Em Enewsbrief, March 2019, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics eNewsBrief

No abstract provided.

A Hamiltonian Surface-Shaping Approach For Control System Analysis And The Design Of Nonlinear Wave Energy Converters, Shadi Darani, Ossama Abdelkhalik, Rush D. Robinett Iii, David Wilson

Department of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics Publications

The dynamic model of Wave Energy Converters (WECs) may have nonlinearities due to several reasons such as a nonuniform buoy shape and/or nonlinear power takeoff units. This paper presents the Hamiltonian Surface-Shaping (HSS) approach as a tool for the analysis and design of nonlinear control of WECs. The Hamiltonian represents the stored energy in the system and can be constructed as a function of the WEC’s system states, its position, and velocity. The Hamiltonian surface is defined by the energy storage, while the system trajectories are constrained to this surface and determined by the power flows of the applied non-conservative …

Optimal Control Of Wave Energy Converters, Ossama Abdelkhalik, Rush D. Robinett Iii, Shangyan Zou, Giorgio Bacelli, David G. Wilson, Umesh Korde

Michigan Tech Patents

A wave energy converter and method for extracting energy from water waves maximizes the energy extraction per cycle by estimating an excitation force of heave wave motion on the buoy, computing a control force from the estimated excitation force using a dynamic model, and applying the computed control force to the buoy to extract energy from the heave wave motion. Analysis and numerical simulations demonstrate that the optimal control of a heave wave energy converter is, in general, in the form of a bang-singular-bang control; in which the optimal control at a given time can be either in the singular …

Me-Em 2018-19 Annual Report, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics Annual Reports

Table of Contents

• Faculty Research
• Enrollment & Degrees
• Department News
• Graduates
• Faculty & Staff
• Alumni
• Donors
• Contracts & Grants
• Patents & Publications

Smart Roads: Investigating Roadways As Energy Sources For Potential Application Of In-Lane Charging, Dhruvalkumar Hitendrakumar Patel

Theses, Dissertations and Capstones

The main aim of this thesis is to explore the potential for using pavements as part of energy harvesting infrastructure. Asphalt pavements can be used for multiple purposes such as for energy harvesting, eco-friendly use of the car, and the utilization of the natural renewable resources to produce electricity and that electricity use for in-lane charging technology which helps to charge a car when it is being driven on the road. The wireless charger is set-up under the asphalt pavement, and it will produce the magnetic field. The piezoelectric material and wind turbine are the electric source for applications such …

Landing-Gear Impact Response: A Non-Linear Finite Element Approach, Tuan H. Tran

UNF Graduate Theses and Dissertations

The primary objective of this research is to formulate a methodology of assessing the maximum impact loading condition that will incur onto an aircraft’s landing gear system via Finite Element Analysis (FEA) and appropriately determining its corresponding structural and impact responses to minimize potential design failures during hard landing (abnormal impact) and shock absorption testing. Both static and dynamic loading condition were closely analyzed, compared, and derived through the Federal Aviation Administration’s (FAA) airworthiness regulations and empirical testing data.

In this research, a nonlinear transient dynamic analysis is developed and established via NASTRAN advanced nonlinear finite element model (FEM) to …

In Situ Mechanical Characterization Of The Mixed- Mode Fracture Strength Of The Cu/Si Interface For Tsv Structures, Chenglin Wu, Congjie Wei, Yanxiao Li

Civil, Architectural and Environmental Engineering Faculty Research & Creative Works

In situ nanoindentation experiments have been widely adopted to characterize material behaviors of microelectronic devices. This work introduces the latest developments of nanoindentation experiments in the characterization of nonlinear material properties of 3D integrated microelectronic devices using the through-silicon via (TSV) technique. The elastic, plastic, and interfacial fracture behavior of the copper via and matrix via interface were characterized using small-scale specimens prepared with a focused ion beam (FIB) and nanoindentation experiments. A brittle interfacial fracture was found at the Cu/Si interface under mixed-mode loading with a phase angle ranging from 16.7° to 83.7°. The mixed-mode fracture strengths were extracted …

Reliability Estimation Of Reciprocating Seals Based On Multivariate Dependence Analysis And It's Experimental Validation, Chao Zhang, Rentong Chen, Shaoping Wang, Yujie Qian, Mileta M. Tomovic

Engineering Technology Faculty Publications

Accurate reliability estimation for reciprocating seals is of great significance due to their wide use in numerous engineering applications. This work proposes a reliability estimation method for reciprocating seals based on multivariate dependence analysis of different performance indicators. Degradation behavior corresponding to each performance indicator is first described by the Wiener process. Dependence among different performance indicators is then captured using D-vine copula, and a weight-based copula selection method is utilized to determine the optimal bivariate copula for each dependence relationship. A two-stage Bayesian method is used to estimate the parameters in the proposed model. Finally, a reciprocating seal degradation …

Path Following And Obstacle Avoidance For Autonomous Vehicle Based On Gnss Localization, Kanin Kiataramgul

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Nowadays, many systems, formerly operated by human beings, are now developed to minimize user control effort. One outstanding system that receives close attention is the autonomous driving system. However, several autonomous driving systems that are currently developed utilize expensive sensing devices, e.g., camera and laser scanner. Moreover, these devices cannot be solely employed but a high-performance processing unit is also required. These pricey components result in an expensive system that does not worth to be used in some practical applications. Therefore, this research intends to utilize other low-cost sensing devices so that the final price of the developed system can …

Fe Modeling Methodology For Load Analysis And Preliminary Sizing Of Aircraft Wing Structure, Jun Hwan Jang, Sang Ho Ahn

International Journal of Aviation, Aeronautics, and Aerospace

It is a critical part at the basic design phase of aircraft structural design to build a finite element model and it will have a direct impact on time and cost for airframe structure development. In addition, the objective of finite element model will be varied depending on each design review phase and the modelling methodology varied accordingly. In order to build an effective and economic finite element model, it is required to develop adequate level of modelling methodology based on each design phase and its objectives. Therefore, in this paper, the finite element modeling methodology was presented for internal …

การพัฒนาแบบจำลองการถ่ายเทความร้อนของการระบายความร้อนด้วยการระเหยผ้าเปียกบนแผ่นเรียบเพื่อประยุกต์ใช้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์, บรรณพงศ์ กลีบประทุม

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัจจุบันการใช้พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีแนวโน้มสูงขึ้น เนื่องจากเป็นพลังงานหมุนเวียนและ ไม่ปล่อยมลพิษสู่ สิ่งแวดล้อม นักวิจัยพบว่าประสิทธิภาพในการผลิตกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย โดยปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อ ประสิทธิภาพมากที่สุด คือ อุณหภูมิดังนั้นจึงต้องมีการลดอุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อรักษาประสิทธิภาพไว้งานวิจัยนี้จึงนำเสนอ แบบจำลองทางทฤษฎีสำหรับการลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบด้วยวิธีการระเหยผ้าเปียกซึ่งสามารถไปประยุกต์ใช้งานกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อ ทำนายผลการลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบและใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบติดตั้งจริง แบบจำลองแบ่งออกเป็น 3 กรณีได้แก่ กรณีแผ่นเรียบ ทั่วไป กรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลัง และกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังพร้อมกับแหล่งน้ำ สำหรับแบบจำลองกรณีแผ่น เรียบทั่วไปและกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังจะถูกตรวจสอบความถูกต้องจากการทดลองด้วยแผ่นเรียบที่ประดิษฐ์ขึ้นจากแผ่น อลูมิเนียมบางพร้อมกับติดแผ่นทำความร้อนซิลิโคนด้านบน โดยจะทำการทดลองภายในห้องจำลองสภาวะอากาศคงที่ ผลการทดลองพบว่าการ ติดตั้งผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังสามารถลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้24.5 องศาเซลเซียส และแบบจำลองทางทฤษฎีสามารถทำนายผลลัพธ์ได้ ใกล้เคียงกับผลการทดลอง ดังนั้นแบบจำลองนี้มีความเป็นไปได้ที่จะนำไปใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบติดตั้งผ้าเพื่อลดอุณหภูมิเซลล์ แสงอาทิตย์จริงได้แต่ข้อจำกัดของการติดตั้งเฉพาะผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลัง คือ ผ้าไม่สามารถลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้ตลอดเวลา เนื่องจากเมื่อ ผ้าระเหยน้ำออกไปหมดแล้วจะทำให้อุณหภูมิของแผ่นเรียบเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพลดลงอีกครั้ง สำหรับการแก้ไขปัญหานี้ทำได้โดยการเลือกใช้ ผ้าที่หนาขึ้นหรือมีความพรุนมากเพื่อยืดระยะเวลาในการลดอุณหภูมิส่วนกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหหลังพร้อมกับแหล่งน้ำ เป็นการ ติดตั้งแหล่งน้ำเพิ่มเติมเพื่อให้ผ้าสามารถดูดน้ำจากแหล่งน้ำขึ้นมาลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้ตลอดเวลา ซึ่งวิธีนี้จะต้องคำนึงถึงระยะความสูง ของผ้าจากแหล่งน้ำถึงขอบบนของแผ่นเรียบที่เหมาะสมที่จะสามารถลดอุณหภูมิได้ตลอดและเกิดการสูญเสียน้ำน้อยที่สุด สำหรับกรณีนี้จะเป็น การศึกษาจากการคำนวณจากแบบจำลองเพียงอย่างเดียว ผลการจำลองพบว่าระยะติดตั้งผ้าที่เหมาะสมที่สุดมีค่าเท่ากับ 11.9 เซนติเมตร นอกจากนี้พบว่าสภาวะอากาศภายนอกส่งผลต่อความสามารถในการลดอุณหภูมิด้วย หากอุณหภูมิอากาศสูงขึ้นหรือความชื้นสัมพัทธ์ต่ำลงจะ ส่งผลให้ผ้าสามารถระเหยน้ำได้ดีและลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้มากขึ้น สุดท้ายงานวิจัยนี้ได้ทำการพัฒนาแบบจำลองที่สร้างขึ้นเพื่อนำไป ประยุกต์ใช้กับการจำลองเซลล์แสงอาทิตย์จริง ซึ่งจะทำการจำลองภายใต้สภาวะอากาศที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเป็นระยะเวลา 1 ปีโดยทำการ เปลี่ยนแปลงระยะติดตั้งผ้าและความหนาผ้าต่าง ๆ เพื่อประมาณค่าพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ปริมาณน้ำที่ใช้และปริมาณน้ำที่สูญเสียใน 1 ปีแล้ว นำผลที่ได้มาวิเคราะห์หาระยะความสูงในการติดตั้งผ้าและความหนาผ้าที่เหมาะสมที่สุด ผลการจำลองพบว่าการเลือกติดตั้งผ้าความหนา 3 เท่า ที่ระยะความสูง 10 เซนติเมตร หรือติดตั้งผ้าความหนา 4 เท่า ที่ระยะความสูง 12.5 เซนติเมตร เป็นการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด เพราะ สามารถเพิ่มการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูง และปริมาณน้ำที่สูญเสียไม่ถึงร้อยละ 10 เมื่อเทียบกับปริมาณน้ำที่ใช้ต่อปี

อุปกรณ์ช่วยเดินแบบพาสซีฟสำหรับผู้มีภาวะเท้าตก, ทศวรรษ กิจศิริเจริญชัย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ภาวะเท้าตก (Foot-drop) คือภาวะที่ไม่สามารถควบคุมบริเวณปลายเท้าและสูญเสียการรับรู้อากัปกิริยา เป็นผลกระทบจากโรคทางระบบประสาทหรืออาจเกิดจากการดำรงชีวิตประจำวัน ภาวะเท้าตกสามารถทำให้เกิดปัญหาทั้งทางด้านร่างกายและจิตใจได้ เช่น การเกิดอุบัติเหตุจากการสะดุดในระหว่างการก้าวเดินและปัญหาด้านบุคลิกภาพ ปัจจุบันมีผู้ประสบภาวะเท้าตกจำนวนมากการรักษาให้หายขาดหรือดีขึ้นจำเป็นต้องใช้ระยะเวลาในการฟื้นตัว ดังนั้นผู้เกิดภาวะเท้าตกแบบใดก็ตามจึงมีความต้องการอุปกรณ์ในการช่วยการเดิน ปัจจุบันมีการใช้กายอุปกรณ์ทั้งแบบล็อกข้อเท้าและแบบให้ข้อเท้าให้ตัวได้ แม้ว่าจะสามารถช่วยการก้าวเดินได้บางส่วน แต่การเดินปกติของมนุษย์จะมีช่วงที่เท้าของคนเราสามารถตกลงมาได้ และเมื่ออุปกรณ์ค้ำขาได้ล็อคข้อเท้าให้อยู่ในตำแหน่งคงที่ตลอดเวลา จึงทำให้ทำท่าการเดินไม่เป็นธรรมชาติเนื่องจากเท้าที่ถูกยึดอยู่ในมุมคงที่ ที่ผ่านมามีงานวิจัยต่าง ๆ ได้นำระบบแอกทีพเช่นการใช้พลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานกล อาทิอากาศอัดความดันมาใช้เพื่อให้สามารถควบคุมการทำงานให้สามารถเดินได้เป็นธรรมชาติมากขึ้น รวมถึงสามารถเพิ่มความสามารถในการเคลื่อนไหวมากขึ้น แต่เนื่องจากอุปกรณ์แอกทีพดังกล่าวมีความซับซ้อนและมีขนาดและน้ำหนักมากรวมถึงราคาที่สูง ทำให้ไม่เหมาะกับการนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน งานวิจัยนี้มุ่งพัฒนาการแก้ปัญหาสภาวะเท้าตกด้วยการออกแบบกายอุปกรณ์ที่ใช้กลไกสภาพพาสซีฟที่สามารถช่วยให้ผู้ใช้ที่มีสภาวะเท้าตก โดยมีกลไกล็อคข้อเท้าไม่ให้ตกในตอนที่ยกเท้าและเมื่อส้นเท้ากระทบกับพื้นกลไกทำให้เท้าตบลงมาได้ ทำให้สามารถเดินได้ต่อเนื่อง โดยมีท่าทางการเดินที่เป็นธรรมชาติมากขึ้น

การศึกษาอิงพารามิเตอร์ของการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบในช่องปิดสองช่องที่ติดกันด้วยการจำลองเชิงเลข, เทิดพงศ์ ช่วยแก้ว

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบในช่องปิดสี่เหลี่ยมจัตุรัสสองช่องที่ติดกันแยกจากกันด้วยผนังร่วม โดยทีแต่ละช่องปิดมีการควบคุมอุณหภูมิด้วยเครื่องทำความร้อนแบบเปิดปิดแยกกันอย่างอิสระ การศึกษาใช้โปรแกรม ANSYS FLUENT 2019 จำลองการถ่ายเทความร้อนแบบการพาความร้อนตามธรรมชาติของอากาศที่มีการไหลแบบราบเรียบในช่องปิดและการนำความร้อนของผนังร่วมเมื่อเรย์เลห์นัมเบอร์มีค่าประมาณ 105 โดยกำหนดให้เครื่องทำความร้อนเปิดเมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยในช่องปิดต่ำกว่า 299 K และปิดเมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยในช่องปิดสูงกว่า 301 K ผลการจำลองแสดงว่าไม่ว่าจะเริ่มการควบคุมอุณหภูมิเมื่อใดก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป คาบของการควบคุมจะเข้าสู่สภาวะคงตัวโดยที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเชิงคาบของทั้งสองช่องจะปรับจนมีค่าสอดคล้องใกล้เคียงกัน นอกจากนี้จากการศึกษาผลของสมบัติของผนังร่วมต่อการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบ 3 ชนิด ได้แก่ ทองแดง อลูมิเนียม และนิกเกิล พบว่าผนังร่วมที่ทำด้วยอลูมิเนียม ซึ่งมีค่า Thermal storage ต่ำที่สุด จะทำให้ของการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบเข้าสู่สภาวะคงตัวและการสอดคล้องของอุณหภูมิของสองช่องได้เร็วที่สุด และในการศึกษาผลของอุณหภูมิภายนอกพบว่าอุณหภูมิภายนอกมีผลต่อคาบของการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบอย่างมาก โดยเมื่ออุณหภูมิภายนอกสูงขึ้นจะทำให้ระยะเวลาเปิดเครื่องทำความร้อนสั้นลงในขณะที่ระยะเวลาปิดยาวขึ้น และใช้เวลาเข้าสู่สภาวะคงตัวของการควบคุมเชิงคาบและการสอดคล้องกันของอุณหภูมิของสองช่องนานขึ้นด้วย ซึ่งส่งผลโดยรวมให้คาบการควบคุมยาวขึ้น เมื่ออุณหภูมิภายนอกสูงเกินกว่า 298.15 K พบว่าอุณหภูมิของช่องปิดทั้งสองช่องไม่มีการปรับตัวเข้าหากัน