Engineering Science and Materials Commons^™

Fluid Mechanics Education Using Japanese Anime: Examples From “Castle In The Sky” By Hayao Miyazaki, Sangjin Ryu, Haipeng Zhang, Markeya S. Peteranetz, Tareq Daher

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Current K-12 and undergraduate student have grown up with constant exposure to visual popular culture (e.g., movies, TV programs, graphic novels, etc.). Because youth find pop culture references in the classroom to be engaging, many science and engineering instructors have shown that examples found in visual pop culture can be used to teach science and engineering concepts.1,2 One recent study on the efficay os using pop ulture for instruction found that high school studetns learning from graphic-novel styles comics acquired deeper understanding of complex subject matter and reported higher engagement with the instructional materials as compared to students learning from …

Rotating-Liquid-Based Hydrogel Bead Generator, Haipeng Zhang, Sangjin Ryu

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Hydrogel beads are widely used in various applications, but producing such beads often requires complicated devices. Instead, we propose an easy-to-adopt, cost effective, open source hydrogel bead generator. This generator consists of two modules. The first module rotates two immiscible liquids in rigid body motion: mineral oil as the continuous phase (CP) liquid on top, and a hydrogel cross-linking (CL) liquid at bottom. The second module injects a hydrogel pre-polymer solution as the dispersed phase (DP) liquid into the rotating CP liquid. As the DP liquid flows out of a syringe needle, its drops are pinched off by the shear …

Assistive Rehabilitation Elliptical System, Carl Nelson, Cale J. Stolle, Judith M. Burnfield, Thad W. Buster, Bernadette Mccrory

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

An elliptical system is disclosed having a crank assembly configured to be adjusted in length to accommodate users having varying gaits. In some embodiments, the crank assembly includes a crank and an axle connection bracket that is slidably adjustable with respect to the crank. For example, the crank assembly can include a crank link having a longitudinal body, where the longitudinal body is connected to the crank at one end and includes a longitudinal slots slidably coupled with the axle connection bracket. The axle connection bracket is configured to slide through a plurality of positions along the longitudinal body. In …

Role Of Active Nanoliposomes In The Surface And Bulk Mechanical Properties Of Hybrid Hydrogels, R. Kadri, J. Bacharouch, K. Elkhoury, G. Ben Messaoud, C. Kahn, S. Desobry, M. Linder, Ali Tamayol, G. Francius, J.F. Mano, L. Sanchez-Gonzalez, E. Arab-Tehrany

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Nanoliposomes are widely used as delivery vehicles for active compounds. Nanoliposomes from rapeseed phospholipids were incorporated into interpenetrating polymer network hydrogels of gelatin methacryloyl and alginate. The multiscale physicochemical properties of the hydrogels are studied both on the surface and through the thickness of the 3D network. The obtained composite hydrogels exhibited strong mechanical properties and a highly porous surface. The blend ratio, as well as the concentration of nanoliposomes, affects the properties of the hydrogels. Nanofunctionalized hydrogels induced keratinocyte growth. These advantageous characteristics may open up many applications of the developed hydrogels in drug delivery and tissue engineering

Narrow Band Perovskite Single Crystal Photodetectors With Tunable Spectral Response, Jinsong Huang, Yanjun Fang

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Photoelectronic devices using perovskite single-crystal materials having a narrow spectral response, e.g., with a full-width-at-half-maximum response of less than about 20 nm, are provided. The response spectra are continuously (in frequency band) settable or tunable, e.g., from blue to red, by changing the halide composition and thus the band gap of the single crystals. The narrow-band response can be explained by the strong surface charge recombination of the excess carriers lose to the crystal surfaces generated by short wavelength light. The excess carriers generated by below-band gap excitation locate away from the surfaces and can be much more efficiently collect …

Crystallographic Orientation Dependence [email protected] Mechanical Responses Of Fecral Micropillars, Dongyue Xie, Binqiang Wei, Wenqian Wu, Jian Wang

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Iron-chromium-aluminum (FeCrAl) alloys are used in automobile exhaust gas purifying systems and nuclear reactors due to its superior high-temperature oxidation and excellent corrosion resistance. Single-phase FeCrAl alloys with a body centered cubic structure plastically deform through dislocation slips at room temperature. Here, we investigated the orientation dependence of mechanical responses of FeCrAl alloy through testing single-crystal and bi-crystal micropillars in a scanning electron microscopy at room temperature. Single-crystal micropillars were fabricated with specific orientations which favor the activity of single slip system or two slip systems or multiple slip systems. The strain hardening rate and flow strength increase with increasing …

Hydrogel Microphone, Li Tan, Yang Gao, Qin Zhou, Yongmei Chen

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

A device includes a capacitive sensor having a hydrogel structure that includes a first surface and a second surface. A first electrode is provided at the first surface of the hydrogel structure, the first electrode including a network of conductive nanoparticles extending into the hydrogel structure. A second electrode is provided at the second surface of the hydrogel structure.

Microstructural Evolution Of Nanotwinned Al-Zr Alloy With Significant 9r Phase, N.A. Richter, Y.F. Zhang, D. Y. Xie, R. Su, Q. Li, S. Xue, T. Niu, J. Wang, H. Wang, Xinghang Zhang

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Aluminum (Al) alloys have a multitude of applications, notably in the automotive, aerospace and coating industries, yet they exhibit significantly lower mechanical strength than conventional steels. Nanotwins drastically improve mechanical strength while retaining ductility. However, the high SFE of Al largely prevents twinning. Here, we synthesize Al-Zr alloy films containing an abundance of incoherent twin boundaries and 9R phases. These alloys exhibit an extended solid solubility of Zr, retaining a columnar nanotwinned structure across all compositions. These films reach a hardness up to 4.2 GPa with 10 at% Zr and demonstrate the capacity for producing strong Al alloys with nanotwins.

Bending Behavior And Deflection Prediction Of High-Strength Sfrc Beams Under Fatigue Loading, Dan Ying Gao, Zhi Qiang Gu, Chenglin Wu

Civil, Architectural and Environmental Engineering Faculty Research & Creative Works

The experiments of high-strength steel-fiber-reinforced concrete (SFRC) beams subjected to fatigue bend loading were conducted in this work. A total of 12 beams were tested to failure, including 2 under static loading and 10 under fatigue loading. The main varying parameters of the tested beams included the stress level, fiber volume fraction, and strength of the steel reinforcement. The fatigue life, mid-span deflection, residual deflection, and crack width were measured and evaluated. The stiffness degradation of high-strength SFRC beams was analyzed. The results indicated that both the stress level and fiber volume fraction have significant influences on the fatigue life …

Buckling Load Study On Pop Nut (Rivet) Using Finite Element Analysis, Saurabh Shankar Shegokar

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

This study highlights the material behavior in riveting operation that includes buckling load analysis using ABAQUS. Finite Element Analysis is used to find the buckling load vs. Displacement results and validated with the results obtained in physical testing of rivet (POP Nut). A mesh sensitivity study is performed using ABAQUS to understand the optimum mesh size for this analysis. An axisymmetric model with contact properties is created and simulated to reduce the simulation time using ABAQUS. The results obtained through Finite Element Analysis show a good resemblance with the testing results. Design changes were suggested to achieve better results that …

Increasing Access To Pv Technology Through Sustainable Racking: A Review Of Existing Literature And Ground Mounted Fixed Tilt Designs, And What Can Be Done Next, Parijata Prabhakara

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

There is a lack of literature on the structural balance of systems (BOS), also called racking, for ground mount, fixed-tilt solar PV systems. Literature that exists discusses mostly rooftop racking and installations, additional wind loading, and weight considerations imposed on roofs, and little guidance is provided in building codes. The lack of peer-reviewed guidance on design requirements for domestic and large-scale application solar PV racking systems leaves most consumers relying on expensive, patented, off-the-shelf hardware. As PV cell technology and module costs have improved, we can start to focus on PV BOS improvements (particularly racking) and move towards sustainable designs …

ผลกระทบของมุมของหลุมจุลภาครูปร่างสี่เหลี่ยมข้าวหลามตัดในการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อ, ธนภัทร ชุนฟ้ง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การศึกษานี้แบ่งออกเป็นสองวัตถุประสงค์หลัก วัตถุประสงค์แรกเป็นการศึกษาผลกระทบของมุมของหลุมจุลภาครูปร่างทรงพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมข้าวหลามตัดทั้ง 3 รูปร่างคือ มุมแหลม (66 องศา) มุมด้านเท่า (90 องศา) และมุมป้าน (106 องศา) ต่อการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อสำหรับการเลี้ยงที่ใช้การไหลแบบต่อเนื่อง โดยแต่ละหลุมจุลภาควางเรียงชิดกันเพื่อลดพื้นที่ว่างไม่ให้เซลล์ไปเกาะหรือเกิดการสูญเสียเซลล์ไป ในบริเวณก้นหลุมจุลภาคมีทรงกระบอกรัศมี 450 ไมโครเมตร ติดตั้งอยู่ ซึ่งเป็นตำแหน่งที่จะเกิดการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อขึ้น และทำให้ความลึกรวมทั้งหมดของหลุมจุลภาคเท่ากับ 550 ไมโครเมตร ในการทดลองได้ใช้อัตราการไหลเท่ากับ 10 ไมโครลิตรต่อชั่วโมง ทั้งจากผลการคำนวณ และผลการทดลองพบว่า ในกรณีหลุมจุลภาคที่มีมุม 66 องศา ของไหลที่ไหลผ่านหลุมมีการเบี่ยงเบนทิศทางเข้าสู่กึ่งกลางหลุมมากกว่าหลุมแบบอื่น และน่าจะทำให้เกิดการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อของเซลล์ลำบาก เพราะถูกรบกวนจากของไหลค่อนข้างสูง ในกรณีหลุมจุลภาคที่มีมุม 90 องศา ของไหลมีการเบี่ยงเบนทิศทางเข้าสู่กึ่งกลางลดลง ทำให้มีการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อหลุมจุลภาคมีมุม 106 องศา ของไหลมีการเบี่ยงเบนทิศทางเข้าหากึ่งกลางหลุมน้อยลงมาก ทำให้เซลล์บางส่วนไม่ถูกพัดพามารวมกันที่บริเวณก้นหลุมทรงกระบอก โดยเซลล์บางส่วนติดอยู่บนบริเวณผนังด้านข้าง ทำให้การสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อลดต่ำลง ดังนั้นผลการศึกษาจึงบ่งชี้ว่าหลุมจุลภาคทรงพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมข้าวหลามตัดมุม 90 องศา มีความเหมาะสมที่สุดในการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อ นอกจากนั้น ผลการทดลองยังแสดงให้เห็นด้วยว่าอัตราการรอดชีวิตของเซลล์มีแนวโน้มดีกว่าหลุมจุลภาคแบบอื่นอีกด้วย วัตถุประสงค์ที่สองคือการสร้างระบบของไหลจุลภาคที่ใช้ต้นทุนต่ำ และรวดเร็ว โดยการสร้างแม่พิมพ์ด้วยการพิมพ์สามมิติด้วยเรซิ่น สำหรับการพิมพ์สามมิติจะทำให้สร้างแม่พิมพ์ที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนมากได้ แต่ขนาดที่เล็กสุดยังจำกัดอยู่ และความแข็งแรงทางกล และความทนทานต่อความร้อนไม่ดีนัก อย่างไรก็ตาม วิธีการที่พัฒนาที่ขึ้นสามารถใช้งานได้ดีในการหล่อสารพอลิไดเมทิลซิโลเซนสำหรับระบบของไหลจุลภาค ซึ่งใช้งานอย่างมากในงานวิจัยทางด้านนี้

การประมาณปริมาตรของมันสำปะหลังโดยใช้กล้อง Rgb-D, ชนิกานต์ บัญชาจารุรัตน์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

มันสำปะหลังเป็นพืชที่ปลูกง่ายและปลูกเป็นจำนวนมากในประเทศไทย เครื่องมือที่เกี่ยวข้องในการตรวจวัดคุณภาพมันสำปะหลังหลังการเก็บเกี่ยวจนไปถึงก่อนแปรรูปที่ใช้ในปัจจุบันเป็นเครื่องมือที่ใช้หลักการวัดทางกลพื้นฐานและใช้ความรู้สึกของผู้ประเมินร่วมด้วย ทำให้มีโอกาสที่จะได้ผลประเมินที่ไม่เป็นความจริง วิทยานิพนธ์นี้เสนอแนวทางการตรวจวัดคุณภาพมันสำปะหลังในห่วงโซ่อุปทานโดยใช้กล้อง Kinect ซึ่งเป็นกล้อง RGB-D ถ่ายรูปภาพของหัวมันสำปะหลังเพื่อหาปริมาตรของมันสำปะหลัง การศึกษาทำโดยถ่ายภาพมันสำปะหลังพันธุ์เกษตรศาสตร์ 50 จำนวน 90 ตัวอย่างแล้วนำมาวิเคราะห์หาปริมาตรด้วยโปรแกรม MATLAB และใช้วิธีการประมาณปริมาตรมันสำปะหลัง 2 วิธีได้แก่ การประมาณปริมาตรโดยใช้ Depth image และการประมาณปริมาตรโดยใช้ Point Cloud image ทั้งสองวิธีการนี้มีพื้นฐานมาจากการหาปริมาตรของรูปทรงเรขาคณิต ผลการหาปริมาตรของมันสำปะหลังจากการประมาณด้วยวิธีการ depth image และวิธีการ point cloud image เมื่อนำมาพล็อตกับปริมาตรของมันสำปะหลังที่ได้จากวิธีการแทนที่น้ำให้ค่าความคลาดเคลื่อน RMSE เท่ากับ 66.94 มิลลิลิตรและ 41.4 มิลลิลิตร หรือคิดเป็นร้อยละ 21.12 และ 13.06 ตามลำดับเมื่อเทียบกับค่าเฉลี่ยของปริมาตรของหัวมันสำปะหลังจากวิธีการแทนที่น้ำ และค่า R-squared ที่ได้จากการประมาณทั้งสองวิธีมีค่า 0.9561 และ 0.9626 ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าการประมาณปริมาตรหัวมันสำปะหลังด้วยวิธีการใช้รูป point cloud จะดีกว่าจากค่า R-squared ที่มากกว่าและค่า RMSE ที่น้อยกว่า ปริมาตรของมันสำปะหลังที่ประมาณด้วยรูปถ่ายนี้สามารถนำไปประยุกต์หาเปอร์เซ็นต์แป้งมันสำปะหลังได้

Synthesis And Characterization Of Novel Lithium Gallium Phosphate (Ligap2o7) For Extreme Environment Applications, Mohan Raj Rajkumar

Open Access Theses & Dissertations

In this work, we report on the synthesis, characterization, and performance of LiGaP2O7 (LGP), a novel material and fairly new to the scientific & engineering community. LiGaP2O7 materials were was synthesized using the conventional high-temperature, solid-state ceramic reaction. Calcination was done in three steps at the temperatures of 300 °C, 500 °C, and 650 °C for 8 h each to ensure a single phase. Utilizing this, different green pellets were sintered at 800 °C for varying times of 3 h, 6 h, 12 h, and 24 h. The structure, phase, and morphology were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and scanning …

Effect Of Flow Velocity And Geometry On The Signal From A Piezoelectric Flow Rate Sensor, Jad Gerges Aboud

Open Access Theses & Dissertations

.

Development Of Software Tools And Experimental In Situ Electron Spin Resonance For Characterizing The Magnetic And Electrocatalytic Properties Of Transition Metal Chalcogenide Crystals, Jose Armando Delgado

Open Access Theses & Dissertations

Studying the magnetic properties and crystal defects of transition metal chalcogenide crystals is of paramount importance for utilizing them for next generation spintronics devices and hydrogen evolution reaction catalysts. Hydrothermally grown transition metal chalcogenide nanocrystals (MoS2, Ru2S3, Rh2S3, Co2S8) were chosen as catalysts for the hydrogen evolution reaction due to their low dimensionality and previous utilization as catalysts for hydrodesulfurization. The relationship between crystal defect sites and catalytic activity must be discerned to maximize the efficiency of hydrogen production during the hydrogen evolution reaction. ESR spectroscopy was utilized as a spin sensitive technique to study the defects and local changes …

Fabrication, Development, And Characterization Of Hipco Swcnt - Alginate Hydrogel Composites For Cellular Product Applications, Fabian Armando Alvarez-Primo

Open Access Theses & Dissertations

In this study, we designed, synthesized, and characterized ultrahigh purity single-walled carbon nanotube (SWCNT)-alginate hydrogel composites. Among the parameters of importance in the formation of an alginate-based hydrogel composite with single-walled carbon nanotubes, are their varying degrees of purity, their particulate agglomeration and their dose-dependent correlation to cell viability, all of which have an impact on the resultant compositeâ??s efficiency and effectiveness towards biomedical applications. To promote their homogenous dispersion by preventing agglomeration of the SWCNT, at first, we used three different surfactants-sodium dodecyl sulfate (SDS-anionic), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB-cationic), and Pluronic F108 (nonionic). After experimentation and corroboration through evidence obtained …

Synthesis And Characterization Of Material Systems For 3d Printed Smart Structures, Hilda Fontes

Open Access Theses & Dissertations

The silica hollow spheres have demonstrated excellent results in multiple applications such as light-weight composites, and optical applications as a glass coating. This material also exhibits excellent thermal, shock impact, and hydrophilic properties extremely useful for industrial applications. However, a controllable size of the particle is desired to further increase the number of applications of the silica hollow spheres.

This Thesis aims a method to fabricate silica hollow spheres in a single step with a controlled diameter size. A study was developed to demonstrate the particle size change when adjusting the molecular weight of the medium by using different alcohol …

Investigation Of Iron Doped Gallium Oxide (Ga-Fe-O) System: Structure Property Relationship And Performance Evaluation For Optical And Catalytic Applications, Swadipta Roy

Open Access Theses & Dissertations

From September 2012 to May 2015, a phenocam monitored the seaward edge of a protected mangrove forest. Calculated GCC revealed seasonal greening patterns of a mangrove species, Rhizophoa apiculata, and an overall increase in the GCC, suggesting mangrove expansion. In comparing temperature and precipitation effects, it was found that this particular mangrove species had a greening optima at temperatures between 28°C and 28.5°C, and greening and canopy development response lag time of 10 weeks in response to precipitation. Tree saplings were monitored and showed to grow by 50%, mostly during a three month period during the rainy season. The establishment …

Attainment Of Rigorous Thermodynamic Consistency And Surface Tension In Single-Component Pseudopotential Lattice Boltzmann Models Via A Customized Equation Of State, Cheng Peng, Luis F. Ayala, Zhicheng Wang, Orlando M. Ayala

Engineering Technology Faculty Publications

The lack of thermodynamic consistency is a well-recognized problem in the single-component pseudopotential lattice Boltzmann models which prevents them from replicating accurate liquid and vapor phase densities; i.e., current models remain unable to exactly match coexisting density values predicted by the associated thermodynamic model. Most of the previous efforts had attempted to solve this problem by introducing tuning parameters, whose determination required empirical trial and error until acceptable thermodynamic consistency was achieved. In this study, we show that the problem can be alternatively solved by properly designing customized equations of state (EOSs) that replace any cubic EOS of choice during …