Applied Mechanics Commons^™

Implementation Of Multiscale Mechanisms In Finite Element Analysis Of Active Composite Structures, Amany Micheal, Yehia Bahei-El-Din

Centre for Advanced Materials

Interrogation of composite structures for inherent damage is investigated by implementing a three-tier analysis scheme. The analysis starts at the structure level where a general-purpose Finite Element code ABAQUS is employed to obtain the stress field in the second level of analysis which is the composite laminate. A special material routine is prepared to propagate the local fields to the individual plies and hence to the third level of analysis which is the microstructure modeling of the composite. Through the third level of analysis, interface damage between fiber and matrix is checked implementing a certain failure criteria. The interaction between …

R/C Baja Truck Suspension, Chassis And Steering, Ryan Lafrombois

All Undergraduate Projects

The ASME RC Baja Challenge is an annual competition that the Central Washington University Mechanical Engineering and Technology (MET) department takes part in. Senior level engineers divided the work between the drivetrain and the chassis/suspension while designing and manufacturing to meet a set of requirements. Next, a device was to be developed to be able to withstand the extreme forces to be successful in the competition at the end of the year. The process would require that the students use their acquired knowledge and skills to design, manufacture, and analyze a capable device. Designing involved the completion of 12 analyses …

Zips Racing Electric 2022 Brakes Subsystem Design, Nicholas Thomas

Williams Honors College, Honors Research Projects

This project will include the design, manufacture, and assembly of the entire brakes subsystem for the Zips Racing Electric (ZRE) 2022 car. Goals of the brakes system include a lightweight, modular, machinable, and rigid design. The project will begin in the Fall semester with the design of the pedals and rotors as well as calculations to specify master cylinders, calipers, pads, etc. Software such as SolidWorks CAD, SolidWorks FEA, and Mastercam CAM will be employed. Next, the second semester will involve manufacturing or purchasing necessary components. Prototype pedals will be manufactured for physical testing.

The project will be completed individually. …

Atomistic-Continuum Membrane And Machine Learning Models For Two-Dimensional Materials, Upenda Yadav

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

“What could we do with layered structures with just the right layers?” asked Richard Feynman in his famous 1959 lecture, “There’s plenty of room at the bottom.” With the help of the amazing developments of the past several years, we are coming close to answering that question. In 2004, graphene was first isolated from graphite and only six short years later it won the Nobel Prize in Physics. Graphene is one atomic layer of Carbon, it is the thinnest and yet the strongest materials we have ever seen. It is 200 times stronger than its equivalent weight in steel and …

Peridynamic Material Correspondence Models: Bond-Associated And Higher-Order Formulations, Wailam Chan

Theses and Dissertations--Mechanical and Aerospace Engineering

Peridynamic material correspondence model is able to incorporate material constitutive models directly from classical continuum mechanics theory. However, conventional correspondence model faces two major technical issues for its application to practical problems. The first is the material instability, which results severe oscillations in the predicted displacement fields. The second issue is the length scale effects of materials mechanical behavior at low length scales. This research journey mainly consists of three stages. The first two stages of this research journey focus on the development of the bond-associated peridynamic material correspondence model to inherently remove the material instability. The last stage focuses …

Oxidative Aging And Fracture Behavior Of Polymers And Composites: Theory, Modeling And Experiments, Shabnam Konica

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Polymers and their composites (PMC) have emerged as effective alternative materials in structural, aerospace, and automotive industries due to their lightweight and tunable properties compared to metals. However, these materials tend to degrade during their operations in extreme environments. In this work, two extreme conditions are considered: - i) high-temperature oxidative degradation of polymers and polymer-based composites ii) Fracture and damage of polymer-based composites under thermo-mechanical loading.

Polymer oxidation starts when oxygen from the ambient diffuses into the bulk material and initiates chemical reactions to develop a coarse, brittle oxide layer on the exposed surface. The oxidative degradation process is …

Adhesively Bonded Multi-Material Single Lap Joints Under Static Tensile Loading, Yesim Kokner

Dissertations and Theses

Adhesive joints are widely used in a variety of industrial applications utilizing the improved mechanical properties they provide over traditional mechanical joining methods. [1] The lap joint is a usual test specimen with a view to assessing the strength and properties of joints.

This study deals with the stiffness, strength and fracture behavior of multi-material single-lap joints. It describes the mechanical behavior of a multi-material single lap joints subjected to static tensile loading in the longitudinal direction. First, steel-to-steel and aluminum-to-aluminum joints are tested to establish baseline data. Subsequently, multi-material joints consisting of aluminum-to-steel, aluminum-to-composite, and steel-to-composite joints were tested …

Wireless Power Transfer In Autonomous Mobile Microgrids, Carl Greene

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The ability to autonomously dock unmanned ground vehicles plays a key role in mobile micro-grids, where efficient power transfer is paramount. The approach utilized in this work allows for near-field wireless power transfer in remote locations with minimal support. Establishing a micro-grid power system connection autonomously using wireless power eliminates the arduous task of designing a complex, multiple degrees of freedom (MDOF) robotic arm. The work presented in this thesis focuses on both the hardware and software within the micro-grid system. This particular near-field wireless system consists of a primary and secondary set of modules, comprised of Litz wire coils, …

An Experimental Study Towards Underwater Propulsion System Using Structure Borne Traveling Waves, Shreyas Suhas Gadekar

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The method of generating steady-state structure-borne traveling waves underwater in an infinite media creates abundant opportunities in the field of propulsive applications, and they are gaining attention from several researchers. This experimental study provides a framework for harnessing traveling waves in a 1D beam immersed under quiescent water using two force input methods and providing a motion to an object floating on the surface of the water.

In this study, underwater traveling waves are tailored using structural vibrations at five different frequencies in the range of 10Hz to 300Hz. The resulting fluid motion provides a propulsive thrust that moves a …

Human Powered Vehicle Team Challenge, Sydney Nedlik, Spencer Brodie, Maria Griffin, William Schell, Ryan Serraglio

Williams Honors College, Honors Research Projects

Design and build a Human Powered Vehicle in a team of five. Compete at the ASME HPVC competition in March of 2022. Re-establish the Human Powered Vehicle Team at the University of Akron.

Analysis Of Vehicle Stability When Using Two-Post Above-Ground Automotive Lifts: Support Pad Slippage, Damien Burlet-Vienney, Bertrand Galy, Kariane Cusson Bertrand, Sylvie Beaugrand, Maud Gonella, Élise Ledoux

Études primaires

Vehicles falling off two-post above-ground (2PAG) lifts is a fairly frequent occurrence. As only limited knowledge is available about the determinants influencing the stability of lifting vehicles with a 2PAG lift, two experimental designs were carried out in order to have quantitative data. This paper addresses support pad slippage as a result of external forces being exerted on a vehicle. The experimental design is based on the consultation of the key players that identify the main issues related to the support pads. The controlled factors chosen in this experimental design were lift support pad type and position, smear on pads, …

Grinding And Super-Finishing Test Machine Project, Michael Simon

Williams Honors College, Honors Research Projects

A research project in The University of Akron to study grinding and super-finishing of silicon nitride ceramic was initiated by Dr. Siamak Farhad and sponsored by the Timken Company, with the assistance of undergraduate students Michael Simon, Ryan Hosso and Mathew Rozmajzl. The study required analysis of forces and scratches generated during grinding processes of silicon nitride samples. A testing assembly was designed and constructed to record the forces generated during grinding and super-finishing of silicon nitride samples in a computer-numerical-control machine. Silicon nitride samples were subjected to desired grinding and super-finishing operations and all forces generated during the process …

Concept Evaluation And Development Of A Novel Approach For Integration Of Turbogeneration, Electrification And Supercharging On Heavy Duty Engines, Satyum Joshi

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

While many technologies such as electrically assisted turbocharging, exhaust energy recovery and mild hybridization have already proven to significantly increase heavy-duty engine efficiency, the key challenge to their widespread adoption has been their cost effectiveness and packaging. This research specifically addresses these challenges through evaluation and development of a novel technology concept termed as the Integrated Turbogeneration, Electrification and Supercharging (ITES) system. The concept integrates a secondary compressor, a turbocompound/expander turbine and an electric motor through a planetary gearset into the engine cranktrain. The approach enables a reduced system cost and space-claim, while maximizing the efficiency benefits of independent technologies. …

ระบบฝาแฝดดิจิทัลสำหรับอุปกรณ์คัดแยกวัตถุอัตโนมัติด้วยเทคโนโลยีโลกเสมือนจริง, กฤษฏ์ สกุลกวินกร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ระบบฝาแฝดดิจิทัลหรือ คู่ฝาแฝดดิจิทัล นั้นเข้ามามีบทบาทสำคัญในก้าวพัฒนาระบบอุตสาหกรรมไปยังอุตสาหกรรม 4.0 โดยตัวอย่างที่เห็นได้อย่างชัดเจนคืองานในกระบวนการผลิตที่สามารถนำระบบฝาแฝดดิจิทัลเข้ามาประยุกต์ใช้เพื่อเพิ่มศักยภาพในการผลิตได้ โดยระบบฝาแฝดดิจิทัลนั้นสามารถรับส่งข้อมูลกันระหว่างคู่ฝาแฝดดิจิทัล และ ชุดอุปกรณ์จริง ในเวลาจริงได้ โดยสื่อสารผ่านระบบที่มีศักยภาพในการรับส่งข้อมูล ทั้งในเรื่องของ ค่าความหน่วง และ เสถียรภาพในการรับส่ง และ ด้วยระบบการสื่อสารแบบ IoT นั้นจะช่วยให้ระบบฝาแฝดดิจิทัลสามารถตรวจสอบการทำงานของชุดอุปกรณ์เซนเซอร์ต่างๆได้อย่างหลากหลายมากยิ่งขึ้น โดยการนำเทคโนโลยี VR เข้ามาประยุกต์ใช้ในระบบนั้นจะสามารถช่วยให้ผู้ใช้งานรู้สึกเหมือนอยู่หน้าชุดอุปกรณ์และสามารถควบคุม และ ตรวจสอบระบบต่างๆผ่านระบบเครือข่าย IoT จากทุกที่ที่สามารถเชื่อมต่อกับระบบสื่อสารอินเตอร์เน็ตได้ โดยวิทยานิพนธ์ฉบับนี้ได้นำเสนอกระบวนการพัฒนาระบบฝาแฝดดิจิทัลสำหรับชุดอุปกรณ์คัดแยกวัตถุอัตโนมัติสำหรับสาธิตด้วยเทคโนโลยีโลกเสมือนจริง โดยตัวชุดอุปกรณ์คัดแยกวัตถุอัตโนมัตินั้นจะประกอบไปด้วยชุดอุปกรณ์เซนเซอร์และชุดอุปกรณ์ตัวสั่งการที่ถูกควบคุมการทำงานผ่านระบบไร้สายแบบ UDP(User Datagram Protocol) และ TCP(Transmission Control Protocol) บนเครือข่ายไร้สายเดียวกันกับชุดบอร์ดคอนโทรลเลอร์ โดยจะมีตัวประมวลผลกลาง Node-RED ที่ติดตั้งเป็นชุดประมวลผลหลักโดยจะเก็บรวบรวมข้อมูลจากทุกชุดของบอร์ดคอนโทรลเลอร์บนชุดอุปกรณ์คัดแยกวัตถุอัตโนมัติ และทำการเชื่อมต่อข้อมูลไปยัง แอพพลิเคชั่น VR ผ่านระบบการสื่อสารแบบ MQTT ผ่านคลาวน์แพลทฟอร์มของ NETPIE2020 โดยจะนำค่าความหน่วงและเสถียรภาพของระบบสื่อสารที่กล่าวมาข้างต้นมานำเสนอและวิเคราะห์ประมวลผล

การพัฒนาระบบป้องกันการชนสำหรับยานยนต์อัตโนมัติโดยใช้การตรวจจับวัตถุด้วยกล้อง ร่วมกับการสื่อสารระหว่างยานพาหนะอัตโนมัติและโครงสร้างพื้นฐานผ่านเครือข่ายเซลลูลาร์, วริทธิ์ ดิษยครินทร์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

จากการที่ศูนย์วิจัยยานยนต์อัจฉริยะได้ทำการทดสอบยานยนต์อัตโนมัติพบว่าจำเป็นต้องขับเคลื่อนเข้าสู่ทางร่วมที่ไม่มีสัญญาณเตือนและซึ่งมีสิ่งกีดขวางบริเวณในการใช้งานเซนเซอร์ ซึ่งยานยนต์อัตโนมัติจำเป็นต้องทำการทดสอบร่วมกับยานยนตฺ์คนขับเคลื่อนบนท้องถนน จึงจำเป็นต้องทำการติดตั้งระบบตรวจจับสำหรับลดความเสี่ยงในการเกิดอุบัติเหตุ ในงานวิจัยนี้จัดทำเพื่อพัฒนาระบบ C-V2I สำหรับกระบวนการตรวจจับยานยนต์คนขับที่เคลื่อนที่ภายในทางหลักและส่งตัวแปรเข้าสู่กระบวนการการตัดสินใจของยานยนต์อััติโนมัติเนื่องจากยานยนต์อัตโนมัติที่เคลื่อนที่เข้าสู่ทางโทไม่สามาถตรวจจับและรับรู้ได้ โดยทดลองในบริเวณหน้าคณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ซึ่งเป็นตัวอย่างของทางร่วมที่ไม่มีสัญญาณเตือนและเป็นทางที่ใช้สำหรับกระบวนการทดลองยานยนต์อัตโนมัติเพื่อที่โดยในระบบนี้จะแบ่งออกเป็น 3 ส่วนคือ ระบบการตรวจจับและติดตามวัตถุ ระบบการสื่อสารระหว่างยานยนต์อัตโนมัติและ ระบบการตัดสินใจของยานยนต์อัตโนมัติ ซึ่งการทำงานของระบบสามารถอธิบายอย่างง่ายโดยเมื่อยานยนต์อัตฺโนมัติเคลื่อนที่เข้าสู่บริเวณที่กำหนดไว้จะทำการรับค่าจากระบบตรวจจับซึ่งในงานวิจัยนี้ทำการทดลองโดยใช้กล้อง 2 มิติ ซึ่งระบบตรวจจับและติดตามวัตถุด้วยกล้องโดยในระบบนี้จะทำการส่งตัวแปรที่ได้จากระบบตรวจจับและติดตามวัตถุเข้าสู่กระบวนการประมาณหาค่าตำแหน่งของวัตถุที่เคลื่อนที่บนระนาบของถนนโดยค่าที่ ต่อมาค่าตัวแปรที่ได้จากระบบตรวจจับทจะถูกส่งเข้าสู่ระบบของยานยนต์อัติโนมัติผ่านระบบสื่อสารด้วยผ่านระบบ MQTTเพื่อส่งค่าสู่กระบวนการตัดสินใจของยานยนต์อัตโนมัติ การทดลองพบว่ากล้อง สามารถวัดระยะทางและความเร็ว ของยานยนต์ที่ต้องการตรวจจับได้ด้วยระยะ 30 เมตรและได้ทำการนำค่าตัวแปรมาคำนวนหาค่าระยะปลอดภัยของยานยนต์อัตโนมัติจากระบบจำลอง

Ternary Flow Simulation Based On The Conservative Phase Field Lattice Boltzmann Method, Chunheng Zhao

Dissertations and Theses

In this thesis, we numerically investigated multi-phase fluid dynamics (2 and 3-phase flow) by solving the Navier-Stokes equations coupled with the conservative phase field (CPF) equations using the Lattice Boltzmann method (LBM). To effectively simulate the large-scale multi-phase physics, we developed an open-source software, IMEXLBM, which can be easily parallelized on both CPUs and GPUs without significant modifications to the code. We first validated various parts of this software and then used this method to study the interaction of rising bubbles with a static oil droplet as well as the engulfment of the water droplet on solids coated with a …

A Coupled Viscoplastic-Damage Constitutive Model For Semicrystalline Polymers, Jeffrey Wiersma

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The ease of processing, recyclability, and ideal cost to weight ratio makes the semi-crystalline polymers attractive in the aerospace, automotive, and defense industries. Use of semicrystalline polymers for engineering design requires a thorough understanding of their response to mechanical deformation, rate of loading, temperature, and failure mechanisms. However, there lacks a generally agreed upon constitutive model to capture the large deformation elastic-viscoplastic response of semicrystalline polymers while incorporating the strain-rate dependence and damage behavior. To address this aspect, the objective of this dissertation is to develop an elastic-viscoplastic constitutive model to predict the rate dependent, large deformation response of semicrystalline …

การวัดขนาดของกล่องพัสดุทรงสี่เหลี่ยมด้วยกล้องวัดความลึกเพื่อนำไปใช้สำหรับออกแบบการจัดวางกล่องในตู้เก็บสินค้า, ณพล ลัดพลี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Robotic Process Automation (RPA) กำลังกลายเป็นส่วนสำคัญของการดำเนินงานโรงงานและการจัดการคลังสินค้าในปัจจุบัน แทนที่จะอาศัยมนุษย์ในการทำงานซ้ำๆ ระบบอัตโนมัติสามารถทำงานดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำลง ในอุตสาหกรรมโลจิสติกส์งานทั่วไปอย่างหนึ่งคือการวัดขนาดของกล่องพัสดุที่มาถึงคลังสินค้าเพื่อวัตถุประสงค์ในการจัดการสินค้าคงคลัง โดยทั่วไปแล้วผู้ปฏิบัติงานจะต้องวัดขนาดกล่องด้วยตนเอง ในงานนี้เรานำเสนอการวัดขนาดของกล่องพัสดุทรงสี่เหลี่ยมด้วยกล้องวัดความลึกเพื่อนำไปใช้สำหรับออกแบบการจัดวางกล่องในตู้เก็บสินค้า ระบบนี้จับภาพความลึกของกล่องที่จะวัดและใช้อัลกอริทึม Flood fill เพื่อตรวจจับระนาบด้านบนและคำนวณหาขนาดของกล่องพัสดุ มีขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติม เช่น การสุ่มตัวอย่างแบบกริดและการชดเชยความสูง เพื่อปรับปรุงความแม่นยำเมื่อกล่องผิดรูป ข้อมูลขนาดกล่องจากการวัดจะอัปเดตไปยังฐานข้อมูลออนไลน์ และสามารถส่งข้อมูลไปยังโปรแกรมออกแบบการจัดวางกล่องในตู้เก็บสินค้าได้ ด้วยการศึกษา Gage R&R ระบบที่นำเสนอแสดงผลลัพธ์ที่ยอมรับได้ พร้อมทั้งมี Repeatability และ Reproducibility ที่ดี ในมุมมองด้านความแม่นยำ ข้อผิดพลาดเฉลี่ยของการวัดขนาดกล่องที่แตกต่างกัน 4 ขนาดในตำแหน่งที่แตกต่างกัน คือ 1.12% และเวลาประมวลผลเฉลี่ยคือ 2.38 วินาที

การศึกษาความแม่นยำและความคลุมเคลือในการประมาณตำแหน่งด้วยเครื่องหมายภาพ หลายชิ้น หลายขนาด และหลายระนาบ, ถิรพุทธิ์ ติระพงศ์ธวัช

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการหาตำแหน่งด้วยภาพ โดยใช้การหาตำแหน่งของเครื่องหมาย (markers) ในรูปแบบของ ArUco ซึ่งสามารถหาตำแหน่งและมุมเทียบกับกล้องได้ อย่างไรก็ตามเพื่อเพิ่มความสามารถของการวัดตำแหน่งของวัตถุที่มีหลากหลายเครื่องหมายอยู่ในภาพอย่างแม่นยำ งานวิจัยนี้ได้เสนอแนวทางเป็น 3 ขั้นตอน ได้แก่ 1) การเพิ่มจำนวนเครื่องหมาย 2) การใช้เครื่องหมายหลายขนาด 3) การใช้เครื่องหมายหลายระนาบ จากการศึกษาพบว่า 1) การเพิ่มจำนวนเครื่องหมายเป็น 4 เครื่องหมายกระจายอยู่บนวัตถุ และใช้การหาตำแหน่งด้วยวิธี Perspective-n-Point (PnP) pose computation และปรับปรุงผลต่อด้วยเทคนิค Levenberg-Marquardt minimization จะสามารถลดความคลาดเคลื่อนเชิงตำแหน่งและเชิงมุมที่ระยะ 1 เมตรได้ร้อยละ 19.59 และ 41.89 ตามลำดับ 2) การพัฒนาเพิ่มเติมโดยการใช้เครื่องหมายสองขนาดร่วมกัน สามารถลดความคลาดเคลื่อนเชิงตำแหน่งและเชิงมุมที่ระยะ 1 เมตร ได้เพิ่มเติมอีกร้อยละ 41.99 และ 72.89 ตามลำดับ และในขณะเดียวกันสามารถเพิ่มระยะสูงสุดในการตรวจจับได้ จาก 4 เมตร เป็น 8 เมตร 3) นอกจากนี้ยังได้พัฒนาการลดความคลุมเครือในการหาตำแหน่งจากการตรวจจับเครื่องหมายบนหลายวัตถุพร้อมกัน จากการศึกษาพบว่า ระบบที่พัฒนาขึ้นมาสามารถแยกแยะเครื่องหมายบนวัตถุได้อย่างถูกต้อง

อุปกรณ์ขับเคลื่อนนิ้วมือแบบยืดหยุ่นชนิดโครงข่ายโพรงอากาศโดยการพิมพ์ 3 มิติสำหรับงานกายภาพบำบัด, ชัยวัฒน์ มุสิกะปาน

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โดยปรกติทั่วไประบบช่วยเหลือการทำงานหลักของมือเป็นสิ่งจำเป็น และขาดไม่ได้ในการช่วยเหลือผู้ป่วยในการดำเนินกิจกรรมในชีวิตประจำวันของพวกเขา เป็นเวลาหลายปีที่ soft robot ส่วนนิ้วมือถูกนำมาใช้ช่วยเหลือผู้ป่วยที่รอดชีวิตจากโรคระบบทางเดินประสาทอันมีผลทำให้กล้ามเนื้อมีความผิดปรกติ และระบบประสาทเสียหาย เช่น โรคหลอดเลือดในสมอง และโรคพาร์กินสัน ในขณะเดียวกันมีการนำ soft robot มาใช้รองรับกับโรคการอักเสบของกล้ามเนื้อ เช่น โรคเอ็นข้อมืออักเสบ (de Quervain) และการกระตุ้นที่นิ้วมือ โดยในงานนี้ได้นำเสนอแบบชิ้นงานของ soft robot จากการพิมพ์ 3 มิติแบบเต็มชิ้นที่ปราศจากกระบวนการหล่อขึ้นรูป และใช้วัสดุเดียวในการพิมพ์ นอกจากนี้ชิ้นงานถูกออกแบบด้วยเทคนิคเครือข่ายโพรงอากาศหลายหน่วย (MC Network) ที่มีความยาว 122 มม. โดยการพิมพ์ 3 มิติแบบเต็มชิ้นเพื่อทำการเปรียบเทียบกับ soft robot อื่นโดยวิธีการหล่อขึ้นรูปที่มีความยาว 130 มม. ในขณะที่ปริมาณการปล่อยแรงดันลมในการทดลอง คือ ระหว่าง 100 kPa ถึง 200 kPa สำหรับการงอนิ้วมือ และพยุงการกำมือ ผลการทดลองแสดงประสิทธิภาพในการงอในระยะการเคลื่อนไหวของนิ้วมือ (ROM) นอกจากนี้ยังทำการทดลองควบคุมการงอของข้อต่อนิ้วมือที่สัมพันธ์กับเซนเซอร์ Electromyography (EMG) เมื่อทำงานตรวจพบการหดตัว และการยืดตัวของกล้ามเนื้อ สุดท้ายนี้งานนี้ได้เสนอแนะแนวคิดเกี่ยวกับการออกแบบ และการสร้าง soft robot ส่วนนิ้วมือเพื่อใช้ในการทำกายภาพบำบัดในการแพทย์