Engineering Science and Materials Commons^™

Multiscale Modeling Of Carbon Fibers/Graphene Nanoplatelets/Epoxy Hybrid Composites For Aerospace Applications, Hashim Al Mahmud

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Significant research effort has been dedicated for decades to improve the mechanical properties of aerospace polymer-based composite materials. Lightweight epoxy-based composite materials have increasingly replaced the comparatively heavy and expensive metal alloys used in aeronautical and aerospace structural components. In particular, carbon fibers (CF)/graphene nanoplatelets (GNP)/epoxy hybrid composites can be used for this purpose owing to their high specific stiffness and strength. Therefore, this work has been completed to design, predict, and optimize the effective mechanical properties of CF/GNP/epoxy composite materials at different length scales using a multiscale modeling approach. The work-flow of modeling involves a first step of using …

Synthesis Of Graphene Using Plasma Etching And Atmospheric Pressure Annealing: Process And Sensor Development, Andrew Robert Graves

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Having been theorized in 1947, it was not until 2004 that graphene was first isolated. In the years since its isolation, graphene has been the subject of intense, world-wide study due to its incredibly diverse array of useful properties. Even though many billions of dollars have been spent on its development, graphene has yet to break out of the laboratory and penetrate mainstream industrial applications markets. This is because graphene faces a ‘grand challenge.’ Simply put, there is currently no method of manufacturing high-quality graphene on the industrial scale. This grand challenge looms particularly large for electronic applications where the …

Topological Wave Insulators: A Review, Farzad Zangeneh-Nejad, Andrea Alù, Romain Fleury

Advanced Science Research Center

Originally discovered in condensed matter systems, topological insulators (TIs) have been ubiquitously extended to various fields of classical wave physics including photonics, phononics, acoustics, mechanics, and microwaves. In the bulk, like any other insulator, electronic TIs exhibit an excessively high resistance to the flow of mobile charges, prohibiting metallic conduction. On their surface, however, they support one-way conductive states with inherent protection against certain types of disorder and defects, defying the common physical wisdom of electronic transport in presence of impurities. When transposed to classical waves, TIs open a wealth of exciting engineering-oriented applications, such as robust routing, lasing, signal …

Ab Initio Modeling Of An Electron Transport Layer Interface In Hybrid Perovskite Solar Cells, Krantikumar Subhash Pawar

Browse all Theses and Dissertations

Hybrid organic-inorganic perovskite solar cell is an emerging technology which has shown the fastest advancement in power conversion efficiency within a few years since introduction, thus making it one of the clean energy breakthroughs. These cells are based on thin-film technology which makes them suitable to manufacture using low-cost solution processing methods. As these types of cells are easily tunable with the selection of different materials, interfacial engineering is an important approach to increasing their efficiency. One of the main hurdles in this regard is the loss caused by the recombination of separated charges. An approach to tackle these issues …

Jominy Hardenability Tester With In-Situ Heating, Luke Allen

Williams Honors College, Honors Research Projects

This project centers on building a Jominy Hardenability tester with In-Situ heating for the manufacturing lab at the University of Akron. A new process and setup will be designed using engineering concepts in order to make the testing more efficient and safer for the teaching and testing of metal hardness. The current Jominy testing setup has efficiency issues within the transfer of specimen from induction heater to testing rig. Our design will simplify the design by creating a test rig that removes the traveling aspect of the specimen which will limit the amount of premature cooling done and will be …

Automated Runout Measurement Tool, Ethan Tisch

Williams Honors College, Honors Research Projects

A new measurement process and tool is to be developed to improve the existing method for measuring runout on the commutators of brushed DC product.

After an armature is manufactured, the commutator is inspected by placing the completed rotor assembly in one of several non-standard measurement fixtures. An indicator is then positioned on the commutator. A trained operator proceeds to rotate the armature while taking runout and bar-to-bar measurement at various positions along the length of the commutator.

This existing process is slow, costly, and unreliable. For these reasons, there is substantial economic pressure to develop a superior method for …

Determination And Validation Of Mechanical Properties Of Materials And Substructures, Karl Bates

Williams Honors College, Honors Research Projects

The nature of this project is confidential and cannot be disclosed in detail. Generally, this project involves the manufacturing of an original design, which is subjected to a variety of tests – including tensile, compressive, bending, fatigue, and environmental testing, as well as qualitative destructive tests – to determine the mechanical properties of the component. This testing data compares with values predicted using Finite-Element Analysis. The validation of predicted FEM values is crucial to the success of this component, as it is designed for lifecritical applications. If test results indicate poor structural performance, considerable redesign will be necessary.

Tabletop Mechanical Tester, Jamie Dombroski, Brian English, Richard Leffler, Andrew Shirk

Williams Honors College, Honors Research Projects

The need for hands-on and face-to-face experiences in the engineering classroom is very great. The equations, principles, and concepts can all be learned, but without the visual and tactile application, these don’t always sink in or become concrete. A small-scale tensile test machine was designed, sourced, manufactured, and tested for the purpose of being applied in classroom settings to provide this experience to engineering students. Extensive research was performed concerning tensile machines on the market, the essential elements of which are the load cell, grips, crosshead, extensometer, motor, and frame. The raw materials for the frame were purchased and drawings …

Metal Coupon Testing In An Axial Rotating Detonation Engine For Wear Characterization, Gary S. North

Browse all Theses and Dissertations

Rotating Detonation Engines (RDE) are being explored as a possible way to get better fuel efficiency for turbine engines than is otherwise possible. The walls of the RDE are subjected to cyclic thermal and mechanical shock loading at rates of approximately 3 KHz, with gas temperatures as high as 2976 K. This project performed testing with Inconel 625 and 304 stainless steel coupons in an RDE outer body to attempt to measure material ablation rates. Significant microstructural changes were observed to include grain growth in both alloys, carbide formation and grain boundary melting in Inconel, and formation of delta ferrite …

Stabilization Of Β-Cristobalite In The Sio2-Alpo4-Bpo4 System, Kathryn Doyle

Browse all Theses and Dissertations

Fused silica (silica glass) is transparent in the optical and near-infrared and has a low dielectric constant, making it suitable as a window material for radio frequency radiation. However, at high temperatures (>1100C), fused silica will easily creep and lose dimensional stability. Crystallized silica is much more creep resistant than fused silica. Silica crystallizes to many different structures including quartz, tridymite, and α- and β cristobalite. The only cubic polymorph, which is suitable for both optical and radio frequency transmission in polycrystalline form, is β -cristobalite. Unfortunately, this polymorph transforms to α-cristobalite at ~300C, and the volume change during …

Experimental And Field Evaluation Of Frp Pedestrian Bridge Decks, Kalrav Singh Tomer

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Traditional materials such as steel, timber, and concrete have continued to dominate their usage in civil infrastructure. They offer great advantages like strength and stiffness but at the same time they pose major issues in terms of durability and maintenance. Fiber reinforced polymer (FRP) exhibits outstanding properties like lightness, excellent corrosion and wear resistance along with superior thermo-mechanical properties. Glass FRPs (GFRPs) have emerged as one of the best alternatives in the field of civil infrastructure. It has been more than four decades since fiber reinforced polymer (FRP) composites have gained notable applications in civil infrastructure industry. However, FRPs have …

Additive Manufacturing Of Magnesium Alloys, Rakeshkumar Karunakaran, Sam Ortgies, Ali Tamayol, Florin Bobaru, Michael P. Sealy

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Magnesium alloys are a promising new class of degradable biomaterials that have a similar stiffness to bone, which minimizes the harmful effects of stress shielding. Use of biodegradable magnesium implants eliminates the need for a second surgery for repair or removal. There is a growing interest to capitalize on additive manufacturing's unique design capabilities to advance the frontiers of medicine. However, magnesium alloys are difficult to 3D print due to the high chemical reactivity that poses a combustion risk. Furthermore, the low vaporization temperature of magnesium and common biocompatible alloying elements further increases the difficulty to print fully dense structures …

อิทธิพลของการใช้บริการ Cu Toyota Ha:Mo ที่ส่งผลกระทบต่อการเดินทางภายในจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, ธนพนธ์ มธุรเวช

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาอิสระและทางเลือกในการเดินทาง โดยในการศึกษานี้จะพิจารณาความแตกต่างของบริเวณพื้นที่ทั้งบริเวณที่มีสถานีบริการ Ha:mo และบริเวณที่ไม่มีสถานีบริการ Ha:mo เพื่อให้ทราบถึงผลจากการพัฒนาของพื้นที่ดังกล่าว การศึกษานี้ใช้ดัชนีชี้วัดการเข้าถึงพื้นที่ โดยแสดงผลลัพธ์ในรูปแบบของโครงข่ายปริภูมิ การเก็บข้อมูลได้จากกลุ่มผู้ใช้บริการ Ha:mo ในระยะยาว ตั้งแต่เดือน ตุลาคม - พฤศจิกายน พ.ศ. 2562 จํานวน 3,587 ข้อมูล ในขณะนั้นมีสถานีบริการ Ha:mo ทั้งหมด 22 สถานี และมีการเก็บข้อมูลในสถานการณ์เดินทางจริง จากรูปแบบการเดินทางต่าง ๆ ได้แก่ การเดิน, การใช้รถโดยสารสาธารณะประจําทาง, การใช้รถ ปอ.พ. ของจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และการใช้บริการ Ha:mo จากผลการวิเคราะห์ พบว่า การใช้บริการ Ha:mo สามารถอํานวยความสะดวกในการเดินทางได้มากกว่าการใช้รถโดยสารสาธารณะ และรถ ปอ.พ. ของจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ผู้เดินทางที่กําลังวางแผนจะเดินทางด้วยระบบขนส่งสาธารณะ จะมีช่วงเวลาในการเดินทางที่นานกว่าปกติ ในขณะที่ ผู้เดินทางที่ กําลังรออยู่ที่ป้ายโดยสาร ก็จะต้องใช้เวลาในการรอค่อนข้างนานเช่นเดียวกัน หากมีจํานวนเที่ยวรถโดยสารที่ ให้บริการไม่เพียงพอ ก็จะต้องใช้เวลาในการรอที่นานขึ้น ในขณะที่ การเลือกใช้บริการ Ha:mo ในการเดินทาง โดยยอมจ่ายอัตราค่าบริการสูงกว่ารถโดยสารสาธารณะ หรือรถ ปอ.พ.ของจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย สามารถอํานวยความสะดวกได้มากกว่า รวมถึงยังส่งผลทำให้เพิ่มระยะการเดินทางส่วนบุคคลอีกด้วย นอกจากนี้ การศึกษานี้ได้สำรวจข้อมูล First-Last Mile Travel จากกลุ่มผู้ใช้บริการ Ha:mo ตั้งแต่ เดือนกันยายน – พฤศจิกายน พ.ศ. 2563 โดยใช้การสํารวจแบบ Stated Preference ผลการวิเคราะห์ข้อมูลจากกลุ่มตัวอย่างจํานวน 149 ตัวอย่าง พบว่า การใช้บริการ Ha:mo ส่งผลกระตุ้นการเดินเพื่อมาใช้บริการ Ha:mo ในปริมาณที่มากกว่าการเดินเพื่อไปใช้ระบบขนส่งสาธารณะ และบทบาทของการใช้บริการ Ha:mo ในพื้นที่การศึกษาต่อระบบขนส่งสาธารณะ มีหลากหลายขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการเดินทาง ซึ่งการใช้บริการ Ha:mo สามารถทดแทนการใช้ ระบบขนส่งสาธารณะได้ 30%, เดินทางเพื่อเข้ามาในพื้นที่การศึกษา 24%, เดินทางออกจากพื้นที่การศึกษา 22%, …

Capillary Forces And Wetting Dynamics By Diffuse-Interface Modeling, Fanny Thomas

Dissertations and Theses

Wetting phenomena underlie many natural and industrial processes, from the proper functioning of the lungs to the thin coating of surfaces. The three-phase interactions involved at microscopic scales play a critical role. Adding solid particles to an emulsion, for example, can drastically change the flow behavior due to capillary bridging between the particles. The study of these three-phase systems is especially relevant to the petroleum industry, where gas hydrates forming large clusters in subsea pipelines during crude oil transportation is a major concern. The dynamics of such systems is also of great interest from a fundamental perspective. Indeed describing non-equilibrium …

Nonhydrostatic Modeling Of Flow Interactions With Highly Flexible Vegetation, Navid Tahvildari, Ramin Familkhalili, Gangfeng Ma

Civil & Environmental Engineering Faculty Publications

Improving our understanding of the interactions between gravity waves, currents, and coastal vegetation, which are nonlinear in nature, enables coastal engineers and managers to better estimate hydrodynamic forces on coastal infrastructure and utilize natural elements to mitigate their impacts. Aquatic vegetation is ubiquitous in coastal waters and it is well-known that flow loses energy over vegetation. Computational modeling of wave-vegetation interaction has been the subject of numerous recent studies and many improvements have been achieved in reducing limitations applied on wave and vegetation behavior in these models. Mechanisms for highly flexible vegetation have been incorporated in a Boussinesq-type model and …

Generation Of Warm Dense Plasma On Solar Panel Infrastructure In Exo-Atmospheric Conditions, Harrison C. Wenzel

Theses and Dissertations

The use of a weaponized thermo-nuclear device in exo-atmospheric conditions would be of great impact on the material integrity of orbiting satellite infrastructure. Particular damage would occur to the multi-layered, solar cell components of such satellites. The rapid absorption of X-ray radiation originating from a nuclear blast into these layers occurs over a picosecond time scale and leads to the generation of Warm Dense Plasma (WDP). While incredibly difficult and costly to replicate in a laboratory setting, a collection of computational techniques and software libraries may be utilized to simulate the intricate atomic and subatomic physics characteristics of such an …

การศึกษาการใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วนสำหรับร้านสะดวกซื้อ, ไกรวิชญ์ เศาภายน

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัจจุบันประชากรในประเทศไทยนิยมเลือกใช้บริการร้านสะดวกซื้อมากขึ้น เนื่องจากร้านสะดวกซื้อมีทำเลที่ตั้งที่เข้าถึงได้อย่างสะดวกรวดเร็วเหมาะสมกับการใช้ชีวิตประจำวัน ดังนั้นการเลือกระบบปรับอากาศที่มีความเหมาะสมกับร้านสะดวกซื้อจึงเป็นสิ่งที่สำคัญในเรื่องการจัดการการใช้พลังงานของร้านสะดวกซื้อ งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายในการวิเคราะห์การใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วนสำหรับร้านสะดวกซื้อ ซึ่งเป็นระบบปรับอากาศที่พบว่ามีการใช้งานภายในร้านสะดวกซื้อเป็นส่วนใหญ่ในสภาพอากาศแบบร้อนชื้น โดยการเปรียบเทียบการใช้พลังงานของค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ในลักษณะของค่าเฉลี่ย ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ กำลังไฟฟ้า และการใช้พลังงาน สามารถแบ่งการวิเคราะห์การใช้พลังงานได้ 2 รูปแบบ คือ การวิเคราะห์การใช้พลังงานในแต่ละโซนอุณหภูมิและการวิเคราะห์การใช้พลังงานในแต่ละเดือนของร้านสะดวกซื้อ ในการคำนวณการทำงานของระบบปรับอากาศตลอดทั้งปีนั้นจะใช้โปรแกรม EnergyPlus และโปรแกรม Openstudio โดยจะทำการจำลองพลังงานของระบบปรับอากาศสำหรับร้านสะดวกซื้อ โดยตัวอาคารแห่งนี้มีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า อาคารเดี่ยว 1 ชั้น ติดตั้งระบปรับอากาศแบบแยกส่วนอยู่ภายในทั้งหมด 4 เครื่อง ในการสร้างโมเดลของร้านสะดวกซื้อจำลองแห่งนี้อ้างอิงจากแบบพิมพ์เขียวของร้านสะดวกซื้อและสร้างขึ้นโดยโปรแกรม SketchUp โดยนำข้อมูลสภาพอากาศที่ใช้ในการจำลองพลังงานจากกรมอุตุนิยมวิทยา สำหรับวัตถุประสงค์ในการเปรียบเทียบการใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วน จะใช้ข้อมูลแผ่นข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ที่อยู่ในระบบปรับอากาศที่มีการติดตั้งและใช้งานจริง ผลของการเปรียบเทียบค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ จากการแบ่งโซนอุณหภูมิ 8 ตำแหน่ง สามารถสรุปได้ 3 กลุ่ม คือ โซนที่อยู่บริเวณด้านหน้า ตรงกลาง และด้านหลังของร้านสะดวกซื้อ ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งการติดตั้งเครื่องปรับอากาศ พบว่า บริเวณจุดอับลมมีสัดส่วนการใช้พลังงานสูงที่สุดคิดเป็นร้อยละ 28.1 และ 28.7 และสัดส่วนการใช้พลังงานตลอดทั้งปีของอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้แก่ เครื่องปรับอากาศแบบแยกส่วน ตู้เย็น อุปกรณ์ต่าง ๆ และระบบแสงสว่าง คิดเป็นร้อยละ 15.8 39.5 22.3 และ 22.4 ตามลำดับ ถึงแม้จะพบว่าสัดส่วนการใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วนมีค่าน้อยที่สุด แต่ก็ยังส่งผลกระทบต่อโซนอุณหภูมินั้น ๆ อีกด้วย โดยการใช้พลังงานโดยรวมของร้านสะดวกซื้อในเดือนมีนาคมมีค่ามากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบตลอดทั้งปี นอกจากนี้การใช้พลังงานโดยรวมในแต่ละโซนอุณหภูมิต่อพื้นที่ใช้งานจริงสำหรับพื้นที่ปรับอากาศและสำหรับพื้นที่ทั้งหมดของร้านสะดวกซื้อตลอดทั้งปี มีค่าเท่ากับ 429.32 และ 403.22 kWh/m2 ตามลำดับ และยังพบว่า เดือนมีนาคมมีค่ามากที่สุด เท่ากับ 34.90 kWh/m2 ซึ่งมีความสอดคล้องกับการวิเคราะห์ผลการใช้พลังงานในแต่ละเดือนของร้านสะดวกซื้อแห่งนี้อีกด้วย

การใช้หุ่นยนต์หลายตัวทำงานผ่านระบบเครือข่ายเพื่อขนส่งแผงโซล่าเซลล์, จิราภา ธีรศรัณย์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ระบบหุ่นยนต์หลายตัวส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานหรือถูกนำมาใช้เมื่อไม่สามารถทำงานด้วยหุ่นยนต์ตัวเดียวได้ วิทยานิพนธ์ฉบับนี้กล่าวถึง ระบบหุ่นยนต์หลายตัวสำหรับขนส่งแผงโซล่าเซลล์ที่มีขนาดใหญ่ซึ่งไม่สามารถขนส่งด้วยหุ่นยนต์ตัวเดียวได้ ซึ่งจะเป็นการขนส่งโดยใช้หุ่นยนต์ 2 ตัวในการขนส่ง หุ่นยนต์แต่ละตัวนั้นจะเคลื่อนที่อยู่ภายในรางและเคลื่อนที่ในแนวตรง การควบคุมการเคลื่อนที่ระหว่างหุ่นยนต์เป็นการควบคุมความเร็วในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ให้อยู่ในระดับเดียวกันผ่านการวัดมุมที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ 2 ตัวด้วยการติด Encoder วัดมุมด้านบนตัวหุ่นยนต์ที่อุปกรณ์จับแผงโซล่าเซลล์ การควบคุมดังกล่าวจะช่วยลดระยะความต่างของระยะห่างที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามกัน นอกจากนี้ระบบหุ่นยนต์ได้รับการพัฒนาระบบการสื่อสารไร้สายด้วยเครือข่ายไร้สาย Mesh network เพื่อช่วยพัฒนาการเคลื่อนที่ให้ดียิ่งขึ้นด้วยการส่งข้อมูลสถานะการเคลื่อนที่เพื่อให้หุ่นยนต์ทั้ง 2 ตัวรับทราบการเคลื่อนที่ ณ เวลานั้น ๆ และจากการทดลองทั้งหมดพบว่า ระยะที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามกันมีระยะไม่เกิน 3 เซนติเมตร

Picking-And-Placing Food With Vacuum Pad And Soft Gripper For Industrial Robot Arm, Wiwat Tulapornpipat

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Human with different conditions such as disease, allergy, gender, ethnicity, or religion need different types of food. Nowadays, people prefer to choose diet based on nutrition value over price such as composition of food or the impact on body, so personalized or customized food could potentially be a big market in few years. With this aspect, the assembly robot becomes a good choice in the food industry to produce the small amount of packed meal with highly adjustable ingredients to match with the requirements. With the automation system, the cooking process is faster, cheaper and safer, yet coming with good …

Supercritical Processed Decellularized Extracellualr Matrix As Regeneration Therapeutics Applying 3d Printing, Seungwon Chung

Open Access Theses & Dissertations

Extracellular matrix has been broadly applied and show great promise in medical applications and tissue engineering. Product of extracellular matrix (ECM) should be treated with decellularization and purification process. Supercritical carbon dioxide treatment is of particular interest for purifying ECM because of its medically available and rapid speed of process. However, it is not fully researched in treatment of biomaterials for tissue engineering. Therefore, we investigated optimal conditions of supercritical carbon dioxide processing in different extracting parameters from porcine adipose tissue. The 3-day, dual treatment including enzymatic decellularization and supercritical fluid extraction of pork adipose tissue were performed. Two types …