Applied Mechanics Commons^™

การพัฒนาเบ้าข้อสะโพกเทียมแบบโททัลฮิปสำหรับคนไทย, ธนชาติ ธนากรพิพัฒนกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัจจุบันสังคมไทยกำลังก้าวเข้าสู่สังคมผู้สูงอายุ ซึ่งสิ่งที่พบตามมามากขึ้นคือการป่วยจากการเสื่อมสภาพของร่างกาย ซึ่งพบว่าอาการปวดข้อสะโพกจากการเสื่อมที่ข้อสะโพกเป็นอาการที่พบมาก วิธีการรักษาให้หายขาดจะต้องเปลี่ยนข้อสะโพกเทียมแต่เพราะราคาที่สูงอันเนื่องมาจากการนำเข้าจากต่างประเทศ (200,000-600,000 บาทต่อข้าง) คนไทยส่วนใหญ่จึงไม่สามารถเข้าถึงได้ งานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์เพื่อพัฒนาสะโพกเทียมแบบโททัลฮิปที่มีขนาดเหมาะสมกับกายวิภาคคนไทย และมีความแข็งแรงไม่ด้อยกว่าท้องตลาด เพื่อต่อยอดในอนาคตให้คนไทยผู้มีรายได้น้อยมีโอกาสเข้าถึงได้ โดยออกแบบคอนเนคเตอร์เพื่อปรับระยะคอสะโพกได้ที่ 30-56 มิลลิเมตร หัวสะโพกขนาด 36-52 มิลลิเมตรเพื่อใช้ในสะโพกเทียมแบบ unipolar และเบ้าสะโพกขนาด 40-56 มิลลิเมตร ซึ่งมีขนาดครอบคลุมกายวิภาคคนไทย โดยทดสอบความแข็งแรงเบื้องต้นตามมาตรฐานด้วยวิธีการทางไฟไนต์เอลิเมนต์ก่อนทำการผลิตจริงด้วยเครื่องกลึงซีเอ็นซี โดยทำการผลิตให้ได้ตามมาตรฐาน (ASTM F2033) โดยที่หัวสะโพกมีความหยาบผิวต่ำกว่า 50 นาโนเมตร เบ้าพลาสติก liner มีความหยาบผิวต่ำกว่า 2 ไมโครเมตร และเมื่อทดสอบข้อสะโพกทั้งหมดในชุดทดสอบตามแนวทางมาตรฐานด้านความล้าและการดึงหัวสะโพกออกจากคอสะโพกพบว่าผ่านการทดสอบทั้งหมด (ISO 7206-4, ISO 7206-6 และ ISO 7206-10) และ ออกแบบผลิตและทดสอบระบบความแข็งแรงของระบบล็อคภายในเบ้าสะโพกตามมาตรฐานเพื่อเปรียบเทียบกับท้องตลาด (ASTM 1820-98) พบว่าระบบล็อคที่ออกแบบทนแรงได้ไม่ด้อยกว่าท้องตลาดที่ 1,251 นิวตัน (ท้องตลาด 440-3,100 นิวตัน) และนำเบ้าสะโพกไปทดสอบความแข็งและการใช้ตามแบบธรรมชาติด้วยเครื่องทดสอบตามมาตรฐาน ASTM F2582 พบว่าหลังการทนสอบจนครบ 1,000,000 รอบ ระบบล็อคไม่เกิดการพังตัวซึ่งเป็นการยืนยันว่าระบบล็อคมีความแข็งแรงเพียงพอ

การวิเคราะห์ความไม่แน่นอนของการติดตามความยาวรอยร้าวด้วยวิธีคอมพลายแอนซ์, กิตติภณ รุ่งวชิรา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้นำเสนอขั้นตอนการคำนวณความไม่แน่นอนของความยาวรอยร้าวที่คำนวณจากคอมพลายแอนซ์ (Ua) (การคำนวณคอมพลายแอนซ์ (C) ใช้วิธีที่มาตรฐาน ASTM E647 แนะนำ) และศึกษาผลของปัจจัยต่าง ๆ จากสภาวะทดสอบ 1) รูปร่างคลื่น (Wave shape) 2) ภาระสูงสุด 3) อัตราส่วนภาระ (R ratio) 4) ความยาวรอยร้าว 5) ความถี่ภาระ (Load frequency) 6) Sampling rate 7) จำนวนข้อมูลต่อรอบ (Number of data per cycle) 8) เปอร์เซ็นต์ของจำนวนข้อมูลช่วงปลดภาระนับจากตำแหน่งภาระสูงสุด (%Unload) 9) จำนวนรอบที่เก็บข้อมูลต่อเนื่อง 10) นิยามของความยาวรอยร้าวที่วัดจากขอบหน้ารอยร้าวเริ่มต้น (as0) ต่อ Ua นอกจากนี้จะศึกษาความสอดคล้องระหว่างความยาวรอยร้าวที่วัดจากขอบหน้ารอยร้าว (as) นิยามต่าง ๆ กับความยาวรอยร้าวที่คำนวณจากคอมพลายแอนซ์ (a) การนำเสนอขั้นตอนการคำนวณ Ua จะศึกษาขั้นตอนการคำนวณความไม่แน่นอนของปริมาณทั่วไป จากนั้นนำมาประยุกต์กับ a โดยพบว่าการคำนวณ Ua จะต้องมีข้อมูล 3 อย่างคือ ค่าเฉลี่ยและความไม่แน่นอนของปริมาณที่ใช้คำนวณ a (ความกว้างชิ้นทดสอบ, as0 และ C) และสมการลดข้อมูล (Data reduction equation) ที่ใช้คำนวณ a จากนั้นนำข้อมูลทั้งสามไปคำนวณ Ua ด้วยวิธีอนุกรมเทย์เลอร์ การศึกษาผลของปัจจัยต่าง ๆ ต่อ Ua จะให้ภาระล้าแก่ชิ้นทดสอบที่สภาวะทดสอบต่าง ๆ ในข้างต้น แล้วเก็บข้อมูล ความเครียดที่ตำแหน่งกึ่งกลางด้านหลังชิ้นทดสอบ (Back-face strain, BFS), ระยะอ้าปากรอยร้าว (Crack mouth opening displacement, CMOD) และภาระ เพื่อคำนวณ C จากนั้นหาความไม่แน่นอน …

การประเมินปริมาณพลังงานที่ลดลงเมื่อนำรถยนต์ไฟฟ้ามาใช้ทดแทนในพื้นที่กรุงเทพมหานคร, ภูดิศ จตุสิทธางกูรณ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

มาตรการอนุรักษ์พลังงาน 20 ปี (EEP2015) ได้กำหนดเป้าหมายในการลดความเข้มการใช้พลังงานลง 25% ในปี พ.ศ.2573 เทียบกับปี 2548 สำหรับสาขาเศรษฐกิจที่กำหนดเป้าหมายไว้สูงสุดคือ ภาคการขนส่งคิดเป็น 46% ของเป้าหมายทั้งหมด หนึ่งในมาตรการอนุรักษ์พลังงานภาคการขนส่งคือ การใช้รถยนต์ไฟฟ้าทดแทนรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ตั้งเป้าหมายลดพลังงานลง 1,123 ktoe งานวิจัยนี้ศึกษาแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงไปของปริมาณพลังงานเมื่อมีการใช้รถยนต์ไฟฟ้าทดแทนรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน ในพื้นที่กรุงเทพมหานคร จำนวน 1.2 ล้านคัน ตามแผนขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า พ.ศ.2558-2573 ด้วยการใช้แบบจำลองค่ากำลังจำเพาะของยานยนต์และการศึกษาพฤติกรรมการขับขี่ของรถยนต์ที่ใช้งานจริงในกรุงเทพมหานคร ทั้งนี้วิธีการศึกษาทำให้ได้ฐานข้อมูลพฤติกรรมการขับขี่ในเชิงอัตราการใช้พลังงานที่วิเคราะห์ข้อมูลจากการขับขี่จริงของรถยนต์ที่ใช้ในกรุงเทพมหานคร ครอบคลุมช่วงความเร็วในการขับขี่, ประเภทถนน และระยะทางของถนน มากกว่า 65.98% ในกรุงเทพมหานคร ฐานข้อมูลดังกล่าวได้ถูกนำมาพัฒนาเป็นแบบจำลองเพื่อวิเคราะห์อัตราการใช้พลังงานของเมือง และวิเคราะห์ปริมาณพลังงานเมื่อสถานการณ์เปลี่ยนแปลงไป สำหรับผลของปริมาณพลังงานที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อดำเนินการตามแผน EEP2015 บนสมมุติฐานสภาพจราจรและประสิทธิภาพเครื่องยนต์ไม่เปลี่ยนแปลงไป (กรณีฐาน) จะสามารถลดปริมาณพลังงานลงได้ 992.91 ktoe ซึ่งต่ำกว่าเป้าหมาย 130.09 ktoe หากต้องการให้บรรลุเป้าหมายจะต้องเพิ่มสัดส่วนการทดแทนด้วยรถยนต์ไฟฟ้าจาก 1.20 ล้านคัน (19.15%) เป็น 1.36 ล้านคัน (21.66%) และเพื่อเพิ่มทางเลือกในการประเมินความเป็นไปได้และการกำหนดทิศทางของนโยบายให้สามารถบรรลุเป้าหมายได้มากยิ่งขึ้น งานวิจัยนี้จึงใช้แบบจำลองดังกล่าววิเคราะห์ปริมาณพลังงานที่เปลี่ยนแปลงไปจากสถานการณ์ที่แตกต่างกัน 3 แบบคือ 1)เมื่อสภาพจราจรเปลี่ยนแปลงไปจากการปรับปรุงและพัฒนาโครงข่ายถนน, 2)เมื่อมี Carsharing และ 3)เมื่อน้ำหนักรถยนต์ลดลง จากการวิเคราะห์ผลของปริมาณพลังงานที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อสถานการณ์จำลองเปลี่ยนแปลงไป 3 แบบและมีสัดส่วนการทดแทนด้วยรถยนต์ไฟฟ้าตามแผน EEP2015 พบว่า การมี Carsharing จะสามารถลดปริมาณพลังงานลงได้มากที่สุด รองลงมาคือ การเปลี่ยนแปลงสภาพจราจร และการลดน้ำหนักรถยนต์ คิดเป็น 46.91, 17.83 และ17.81% ตามลำดับเมื่อเทียบกับกรณีฐาน จากการศึกษานี้สามารถนำไปใช้เพื่อศึกษาแนวโน้มและทิศทางการเปลี่ยนแปลงไปของปริมาณพลังงานจากสถานการณ์ต่างๆเพื่อใช้ในการกำหนดนโยบายให้สามารถบรรลุผลตามเป้าหมายได้ นอกจากนั้น การทดสอบรถในการใช้งานจริงกับสภาพจราจรในกรุงเทพมหานครที่มีลักษณะการขับขี่แบบขับๆ หยุดๆ พบว่ารถยนต์ไฟฟ้าที่เหมาะสมจะใช้ในกรุงเทพมหานคร ควรเป็นรุ่นที่มี regenerative braking มาก ซึ่งจะให้อัตราการใช้พลังงานได้ลดลงกว่า 13-16% เทียบกับรุ่นที่มี regenerative braking น้อยกว่า

การสร้างและตรวจสอบคุณลักษณะของแอคชัวเอเตอร์นิวเมติกส์สำหรับระบบของไหลจุลภาค, ศิวพล ฉายแก้ว

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ได้พัฒนาแอคชัวเอเตอร์นิวเมติกส์ซึ่งมีโครงสร้างที่สำคัญอยู่ 3 ส่วน คือ ชั้นควบคุมสำหรับลมอัด ชั้นของไหลสำหรับของไหลที่มีอนุภาคพลาสติกหรือเซลล์ ฟิล์มบางที่กั้นกลางระหว่างชั้นควบคุมและชั้นของไหล อย่างไรก็ตามวิธีการสร้างฟิล์มบางในอดีตค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นวัตถุประสงค์ในการศึกษาจึงมี 2 ประเด็น คือ การศึกษากระบวนการสร้างชิพของไหลจุลภาคและฟิล์มบางด้วยชั้นสังเวย กับการศึกษาผลของขนาดของแอคชัวเอเตอร์กับการเปลี่ยนแปลงแรงดันต่อระยะกระดกของฟิล์มบาง ขั้นตอนการสร้างแอคชัวเอเตอร์เริ่มจากชั้นควบคุม ที่สามารถสร้างได้ด้วยวิธีซอฟต์ลิโทกราฟ (Soft Lithography) ด้วยสารโพลีไดเมททิลไซโลเซน (Polydimethylsiloxane-PDMS) ในขณะที่ฟิล์มบางจำเป็นต้องใช้เทคนิคการปั่นเหวี่ยงสารโพลีไดเมททิลไซโลเซนบนชั้นสังเวย โดยชั้นสังเวยได้ใช้สารโพลีไวนิลแอลกฮอลล์ (Polyvinyl Alcohol) หลังจากจึงนำชิ้นงานทั้งสองมาประสานกันด้วยเทคนิคการคายประจุแบบโคโรน่า แล้วกำจัดชั้นสังเวยออกด้วยน้ำอุ่นที่อุณหภูมิ 120 oC ในขั้นตอนสุดท้ายจึงนำพอร์ตลมอัดมาเชื่อมต่อและประสานกับกระจกสไลด์ สำหรับการทดสอบสมบัติของแอคชัวเอเตอร์นิวเมติกส์จะเริ่มจากการหาค่าความแข็งแรงสำหรับการเชื่อมประสานชิ้นงานทั้งสองส่วน ซึ่งพบว่าแรงดันอากาศสูงสุดที่ไม่ทำให้ชิ้นงานฉีกขาดเท่ากับ 25 kPa ในขั้นตอนต่อไปจึงหาระยะกระดกในช่วงความดัน 0-27 kPa สำหรับแอคชัวเอเตอร์ทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีฟิล์มบางหนาประมาณ 100 µm ผลการทดลองแสดงว่าการควบคุมพารามิเตอร์ในกระบวนการผลิตชิ้นงานยังทำได้ไม่ดีนัก และมีผลต่อระยะกระดกตัวค่อนข้างมาก โดยระยะกระดกที่ 25 kPa สำหรับแอคชัวเอเตอร์ขนาด 1500, 2000 และ 2500 µm เท่ากับ 238±52, 354±43 and 493±33 µm ตามลำดับ เมื่อกระตุ้นแอคชัวเอเตอร์ที่ 1, 5 และ 20 Hz ที่แรงดันอากาศคงที่เท่ากับ 25 kPa พบว่าแอคชัวเตอร์ทุกขนาดจะตอบสนองได้ดีที่ความถี่ 1 Hz นอกจากนั้นยังพบว่าเมื่อกระตุ้นไปแล้วจำนวน 50,000 ครั้ง ระยะกระดกของแอคชัวเตอร์ทุกขนาดก็ไม่เปลี่ยนแปลงนัก ส่วนการทดสอบการรั่วไหลของของเหลวที่แรงดันอากาศ 35 kPa พบว่าสามารถใช้แอคชัวเอเตอร์นิวเมติกส์ขนาด 2000 µm ปิดกั้นการไหลของของเหลวที่ 0.5 ml/min แต่ไม่สามารถปิดกั้นการไหลที่ 1 ml/min ในท่อลึก 300 µm ได้

Turbulent Transition Simulation And Particulate Capture Modeling With An Incompressible Lattice Boltzmann Method, John R. Murdock

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Derivation of an unambiguous incompressible form of the lattice Boltzmann equation is pursued in this dissertation. Further, parallelized implementation in developing application areas is researched. In order to achieve a unique incompressible form which clarifies the algorithm implementation, appropriate ansatzes are utilized. Through the Chapman-Enskog expansion, the exact incompressible Navier-Stokes equations are recovered. In initial studies, fundamental 2D and 3D canonical simulations are used to evaluate the validity and application, and test the required boundary condition modifications. Several unique advantages over the standard equation and alternative forms found in literature are found, including faster convergence, greater stability, and higher fidelity …

Frontal Crash Analysis Of A Conformable Cng Tank Using Finite Element Analysis, Datta Sandesh Manjunath

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The purpose of this study is to computationally model and analyze a Conformable Compressed Natural Gas (CNG) fuel tank for frontal crashes using Finite Element Analysis. Researchers have developed a CNG fuel tank, which is conformable, non-conventional and non-cylindrical. This tank increases cost efficiency, volumetric efficiency and cargo efficiency in CNG vehicle applications. A lightweight pickup truck (2015 Chevrolet Silverado) has been used to integrate the CNG tanks and field-testing has been conducted to demonstrate the application.

The report mainly focuses on the effective finite element modeling of the chassis, brackets and tanks using HYPERMESH and RADIOSS. The frontal crash …

Numerical Computation Of Transient Response Of 2d Wedge Impact, Naresh Kumar Koyyapu

LSU New Orleans Theses and Dissertations

The diverse applications of advanced marine craft ascribed to their high speed and technological advancements has led to the use of stronger and lighter metals in such crafts. High speed, in effect also increases slamming loads as higher speed increases frequency of wave encounter while operating in waves. The present study is limited to wedge impact models. Fundamentally, the study is thus about two-dimensional (2D) wedge impact in water. In an attempt to predict the structural response to impact hydrodynamic force, a beam element based finite element (FE) computer program is written and the results of the code are presented …

A Sharp Interface Isogeometric Strategy For Moving Boundary Problems, Tao Song

Open Access Dissertations

The proposed methodology is first utilized to model stationary and propagating cracks. The crack face is enriched with the Heaviside function which captures the displacement discontinuity. Meanwhile, the crack tips are enriched with asymptotic displacement functions to reproduce the tip singularity. The enriching degrees of freedom associated with the crack tips are chosen as stress intensity factors (SIFs) such that these quantities can be directly extracted from the solution without a-posteriori integral calculation.

As a second application, the Stefan problem is modeled with a hybrid function/derivative enriched interface. Since the interface geometry is explicitly defined, normals and curvatures can be …

Final Design Report: Polymer Fatigue Characterization Test Method, Wyatt Ayling, Tyler Price, Brandon Stell, Michela Upson

Mechanical Engineering

Polylogix is a team dedicated to the design, build, and testing of a fatigue machine to simulate cyclic loading on a biomedical polymer. This project is sponsored by Endologix, Inc. to provide test data characterizing mechanical material properties of various formulations of polymer used in abdominal aortic aneurysm surgeries. With this project goal, the machine must be able to test the polymer at body conditions; these include a testing temperature of 37°C and a cycling frequency ranging from 1 Hz to 10 Hz. This report proposes the following solution to this design challenge: an AC motor-driven mechanism utilizing a planetary …

Analysis Of Composite Plates By Using Mechanics Of Structure Genome And Comparison With Ansys, Banghua Zhao

Open Access Theses

Motivated by a recently discovered concept, Structure Genome (SG) which is defined as the smallest mathematical building block of a structure, a new approach named Mechanics of Structure Genome (MSG) to model and analyze composite plates is introduced. MSG is implemented in a general-purpose code named SwiftComp™, which provides the constitutive models needed in structural analysis by homogenization and pointwise local fields by dehomogenization. To improve the user friendliness of SwiftComp™, a simple graphic user interface (GUI) based on ANSYS Mechanical APDL platform, called ANSYS-SwiftComp GUI is developed, which provides a convenient way to create some common SG models or …

3-Axis Automated Probe Traverse For Aerodynamic Testing, Tananant Boonya-Ananta, Ricky Wai, Zander Oostman, Teyvon Brooks

Mechanical Engineering

Our primary objective is to design, build, and test an automated traverse to hold measurement probes in Cal Poly’s low speed wind tunnel. The device should cause minimal flow disturbance. It’s movements must be able to cover eighty percent of the three-dimensional test section. The device should have a mounting point for interchangeable probes. The assembly is to be integrated with the current frame structure on the wind tunnel test section, and should allow very minimal deflection of the measurement probe. The user should be able to control the motion of the traverse via a computer interface which supports automatic …

Finite Element Simulation Of Pzt-Aided Interrogation Of Composite Laminates Exhibiting Damage, Amany Micheal, Yehia Bahei-El-Din

Centre for Advanced Materials

Piezoelectricity has proved effective in capturing changes in structures caused by various damage mechanisms. In one approach, piezoelectric wafer active sensors (PWAS) are mounted on the surface of the host structure and utilized as both actuators and sensors to interrogate the structure and monitor its health. This is achieved by subjecting the PWAS to a transient electric pulse and reading the resulting voltage. Changes in the stiffness of the substrate due to structural damage affect the response of the PWAS, which could be correlated to integrity of the structure. Applying this technique to fibrous composite laminates encounters particular challenges due …

High Altitude Ballooning And The Effect Of Temperature On Balloon Ascent Rate, Christopher D. Young

Posters-at-the-Capitol

Abstract

High Altitude Ballooning and The Effect of Temperature on Balloon Ascent Rate.

Christopher Young

High-altitude balloons are unmanned balloons, usually filled with helium or hydrogen, that after release, ascend into the stratosphere, generally attaining an altitude of between 60,000 to 100,000 feet. The balloon payload includes scientific experiments on organisms, equipment to study radiation, temperature, ultra- violet radiation, and pressure. The balloon flights and experiments are logged by means of video devices and are tracked from the ground through multiple tracking devices. The effect of temperature on the ascent rate of the balloon could change how the balloon expands …

Collapse Resistance Of Moment Resisting Frame And Shear Wall Rc Structural Systems Exposed To Blast, Alaa I. Chehab, Christopher D. Eamon, Joshua Griffin

Civil and Environmental Engineering Faculty Research Publications

Various characteristics of a structure influence its response when subjected to a blast load. This has important implications for survivability and resistance to progressive collapse. In this study, the effect of the type of lateral load resisting system on reinforced concrete building resistance to progressive collapse when exposed to blast load is examined. Fourteen different reinforced concrete structures were considered for analysis, with five structures designed as moment resisting frames and nine designed as shear walls systems. Buildings with 3, 6, and 10 stories with 3, 4, and 5-bay symmetric configurations were considered. The structures were exposed to external and …

Study On The Impact Abrasive Wear Of New Super-High Manganese Steel, Wenyan Wang

The 8th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing

No abstract provided.

Numerical And Experimental Characterization Of Material Flow In Forged Aluminum Wheel, Jong-Ning Aoh, Ming-Chiu Li, Chong-Jin Li

The 8th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing

No abstract provided.

Numerical Modeling And Simulation Of Welding Residual Stresses Using Finite Element Method, Jing Zheng, Ayhan Ince

The 8th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing

No abstract provided.

Modeling On Tail Pinch In Finishing Rolls During Hot Strip Rolling, Jong-Ning Aoh, Han-Kai Hsu, Ming-Fa Chen

The 8th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing

No abstract provided.

Simulation On The Sealing Of Aluminum Ball Joint, Haobin Tian, Xiaohang Liu, Xuelei Li, Jun Feng

The 8th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing

No abstract provided.

Research Of The Metal Flow Picture In The Upsetting Based On Computer And Physical Simulation, Konstantin Nikolaevich Solomonov

The 8th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing

No abstract provided.