Engineering Mechanics Commons^™

Magnetic Field-Induced Transformation In Polycrystalline Ni2mnal Heusler Type Magnetic Shape Memory Alloy, Choji J. Daches, Joseph W. Newkirk, Mario Buchely, Laura N. Bartlett

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

The martensitic and magnetic transformations, as well as the mechanical properties, of Ni₂MnAl alloys in as-cast (AC) and heat-treated (HT) conditions were investigated. Magnetic-field-induced strain was evaluated via magnetostriction, with reversible strains of 0.14% and 0.2% achieved in the martensitic phase at 2 K for the AC and HT alloys, respectively. Transformation temperatures and Curie temperatures were determined under constant applied magnetic field, revealing that γ-phase inclusions in the AC microstructure suppress antiferromagnetic domain response, yielding a lower magnetization (∼8.4 emu g⁻¹) compared to the HT alloy (∼13.4 emu g⁻¹). Both alloys exhibited hysteretic behavior in the martensitic state and …

An Analytical Framework For Quantifying Urban And Community Resilience To Natural Hazards From Cell-Phone Gps-Location And Traffic-Flow Data, Georgios Chatzikyriakidis

Civil and Environmental Engineering Theses and Dissertations

Urban areas are increasingly exposed to natural hazards while accommodating a growing share of the global population, yet a consistent science-based framework for quantifying urban and community resilience remains lacking. This dissertation develops a physics-based analytical framework grounded in statistical mechanics and the quantitative theory of Brownian motion. A city is conceptualized as a complex medium in which citizens move analogously to Brownian particles within a viscoelastic environment, influenced by socioeconomic interactions and infrastructure functionality.

A central premise is that urban resilience, interpreted as engineering resilience (an outcome), can be quantified through a single metric: the mean-square displacement MSD=⟨r²(t)⟩, of …

Thermal Transformations And Mechanical Properties Of All-D-Metal Mn2fecu Heusler-Type Shape Memory Alloy, Choji J. Daches, Joseph W. Newkirk, Mario Buchely

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

All-d-metal Heusler alloys are emerging functional materials in which magnetic ordering, lattice distortion, and mechanical behavior are strongly coupled through d–d electronic interactions. This study systematically investigates the structural, thermal, magnetic, and mechanical properties of Mn₂FeCu synthesized within a Heusler-type compositional framework. SEM/EDS revealed a dual-phase FCC-based microstructure consisting of Mn–Fe–rich and Mn–Cu–rich domains, while XRD confirmed FCC symmetry with compositional partitioning rather than full L2₁ ordering. Differential scanning calorimetry identified partial melting of the Cu-rich phase near ~ 900 °C. Dilatometry showed a thermoelastic FCC → FCT transformation at ~ 770–780 °C with a recoverable strain of ~ 0.067%. …

The Effects Of Mold Flux Contamination On Oxide Scale Formation And Hydro-Descaling Efficiency During Steel Processing, Tochukwu Princewill Ojiako, Richard Osei, Mario Buchely, Haiming Wen, Simon Lekakh, Ronald O'Malley

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Oxide scale formation during thin-slab continuous casting has a complex structure, which is influenced by mold flux contamination, that modifies interfacial reactions during solidification, subsequent reheating, and descaling. While individual aspects of the oxidation behavior of carbon steel have been previously examined, the synergetic effects of mold flux contamination during continuous casting and subsequent reheating on scale modification and the efficiency of hydraulic descaling remain inadequately studied. This study quantitatively examines the effect of flux composition on oxide scale evolution, adhesion, and hydraulic removal in low-carbon steel under simulated industrial conditions. Slab samples with as-cast, cleaned, and flux-coated surfaces were …

Critical Parameters Controlling Oxide Scale Formation And Hydro-Descaling Efficiency During Steelmaking, Tochukwu Princewill Ojiako

Doctoral Dissertations

In modern steelmaking, cast slabs are exposed to high-temperature oxidizing environments during secondary cooling, reheating, and hot rolling, resulting in the formation of multilayer oxide scales on the steel surface. These scales interact with mold-flux residues originating from the casting process (CC). The morphology, chemistry, and adhesion of oxide scale strongly influence its removability during high-pressure hydraulic descaling and ultimately determine the surface quality of hot-rolled products. However, the mechanistic relationship between oxide scale evolution, scale-steel interfacial structure, and hydraulic descaling performance remains poorly understood.

This dissertation investigates oxide scale formation, modification, and removal in low-carbon thin-slab steels produced by …

Modeling Of Transformation Temperatures In Cast Martensitic Stainless Steels-Ca6nm: Effects Of Composition, Heating Rate, And Grain Size, Ugochukwu Agbedo, Mario Buchely, Laura Bartlett, Caelan Kennedy

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Accurate prediction of the critical transformation temperatures Ac1 and Ac3 is one of the essential factors in the heat treatment of CA6NM cast martensitic stainless steel. In this study, the influence of alloy composition, heating rate, and prior austenite grain size on the critical temperatures was quantified using dilatometric measurements and statistical modeling. Six heat treatment conditions produced prior austenite grain sizes ranging from ~75 to 247 µm. Experimental results showed that grain size variations produced only minor changes in Ac1 and Ac3, indicating a weak dependence of transformation temperatures on prior austenite grain size within the investigated range. In …

Multiphysics Simulation And Experimental Validation Of Phase Transformation And Hardness In Jominy End-Quenched Low-Alloy Steels, J. S. Alabi, E. Heidari, M. F. Buchely, K. Chandrashekhara, S. N. Lekakh, R. J. O'Malley, V. A. Athavale, A. Kumar

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

High-volume industrial continuous hot-rolled steel heat treatment processes involve sophisticated multi-phase modeling. The performance of a given process can be optimized by coupling phase transformation kinetics with the cooling conditions of the process. This study develops a multiphysics model to simulate an intensive quenching process for steel, which is inherently transient and highly dependent on numerous parameters. The simulated object was a Jominy end-quenched specimen geometry using two commercial steels, AISI 4130 and AISI 4140, with the goal of transferring a verified methodology to the heat treatment process for industrial heavy-section products (bars, slabs). The simulation employs thermal, mechanical, and …

Investigations On The Fatigue Strength Of Threads Produced By Different Fabrication Techniques, Philippe Du Maire, Jürgen Hoffmeister, Andreas Öchsner, Michael Johlitz

15th International Conference on Shot Peening

The increasing importance of sustainability in engineering demands the development of long-lasting, high-performance components that reduce material and energy consumption over time. This study investigates how different thread manufacturing processes, i.e., cutting, rolling, and deep rolling, affect the fatigue strength of bolts made from 42CrMo4+QT steel. Cylindrical specimens with M12 threads were subjected to cyclic tensile loading with constant mean stress. Fatigue strength was evaluated using the staircase method, and supporting analyses included X-ray diffraction for residual stress, and full width half maximum examination and Vickers microhardness measurements. Results show that thread rolling significantly improves fatigue strength, achieving 113.8 MPa …

Numerical Assessment Of Shot Peening Contribution To The Fatigue Strength Of Gear Tooth Root, Gurutz Cortabitarte Laucirica, Xuban Telleria, Iñigo Llavori, Ibai Ulacia, Miren Larrañaga, Jon Ander Esnaola

15th International Conference on Shot Peening

Gears are commonly treated with shot peening (SP) and/or case hardening to enhance fatigue resistance. However, their effects are often conservatively assessed using standardized methods, which can limit their optimal application in industrial components. Particularly, the effect of SP over case-hardened gears remains insufficiently explored. Therefore, the present study evaluates the contribution of SP on single tooth bending fatigue (STBF) strength of raw and case-hardened spur gears, commonly used in automotive and heavy machinery industries. In the study four conditions are addressed: (i) untreated, (ii) case-hardened, (iii) shot-peened, and (iv) case-hardened and shot-peened. First, the residual stress field of the …

Cellulose Recovery From Waste Denim Fabrics Through Indigo Vat Dye Reduction And Spandex Dissolution, Tito N. Venance

Tanzania Journal of Engineering and Technology (TJET)

This study addresses environmental conservation by tackling end-of-life management for post-consumer denim garments through the recycling of cotton fibres from waste denim. The purification process involved dithionite reduction of vat dyes in the presence of an alkali followed by selective dissolution of spandex using N,N-dimethylformamide (DMF). Optimal conditions for dye removal were determined at 90°C for 120 minutes with sodium hydroxide at 25 g/L, sodium dithionite at 6 g/L and PVP at 4.5 g/L, while spandex extraction was achieved using a 5% DMF solution at 70°C for 4 hours. Ultraviolet (UV)-vis spectrophotometric analysis indicated a significant increase in whiteness (DL*). …

Intelligent Turning Cyber-Physical Systems Modeling Using Sysml, Prithbey Raj Dey, David Lee Enke, Mario F. Buchely

Engineering Management and Systems Engineering Faculty Research & Creative Works

Cyber-Physical Systems (CPS) support industrial automation that incorporates people, hardware, signal, computation, and control using networking to achieve desired results. The complex automated CPS design demands a standard and comprehensive approach to appropriately identify the system requirements, define the architecture, and model the relationships among the software and hardware components. Systems Modeling Language (SysML) provides the capability for a comprehensive modeling to capture the desired design requirements in the systems architecture. SysML enables performance estimation of the model by analyzing constraints while identifying interactions among the components through various behavioral diagrams. In this paper, SysML is applied to the design …

Development Of Microfluidic Device To Monitor The Contamination In Drinking Water Using Impedance Spectroscopy, Pornpipat Oupchan

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Microplastic contamination is a growing concern, as microplastics have been found in brain tissue and can enter the body through consumption. The objective of this research is to develop a microfluidic device to monitor microplastic particles by using electrical impedance spectroscopy principles. The device operates based on a flow-through principle. The configuration of electrode consists of copper-based cylindrical electrode with diameter of 300 micrometer and a center-to-center spacing of 2000 micrometer. The electrodes are designed to be replaceable. The microchannel has a rectangular cross-section with a width of 2000 micrometer and a height of 1000 micrometer. The microfluidic device was …

การทำความเย็นส่วนบุคคลโดยใช้วัสดุเปลี่ยนสถานะสำหรับบุคลากรที่สวมใส่ชุดป้องกันการติดเชื้อส่วนบุคคล, พรพุทธ วิสุทธิวัชรกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ชุดป้องกันส่วนบุคคล (PPE) เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ช่วยลดความเสี่ยงในการติดเชื้อของบุคลากรทางการแพทย์ อย่างไรก็ตาม การสวม PPE เป็นเวลานาน โดยเฉพาะในสภาพอากาศร้อนและชื้นอย่างประเทศไทย มักนำไปสู่การกักเก็บความร้อนในร่างกาย การระบายความร้อนลดลง และเกิดความไม่สบาย ความเหนื่อยล้า รวมถึงภาวะเครียดจากความร้อน งานวิจัยนี้จึงได้พัฒนาแบบจำลองชีวความร้อนอย่างง่าย (simplified bioheat model) โดยอ้างอิงโครงสร้างแบบจำลองแบบ passive ของ Fiala และเสริมด้วยการตอบสนองทางสรีรวิทยาแบบ active ที่จำเป็น เพื่อใช้ทำนายอุณหภูมิของร่างกายและประเมินความสบายทางความร้อนเมื่อสวม PPE ร่วมกับการระบายความร้อนด้วยวัสดุเปลี่ยนสถานะ (Phase Change Material: PCM) ผลการตรวจสอบความถูกต้องเทียบกับแบบจำลองอ้างอิงของ Fiala แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองที่พัฒนาขึ้นมีความแม่นยำดี โดยมีความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิอยู่ภายใน ±0.2°C นอกจากนี้ผลการจำลองยังพบว่า PCM สามารถลดความเครียดจากความร้อนและเพิ่มความสบายทางความร้อนอย่างมีนัยสำคัญในช่วง 60 นาทีแรกของการทำงาน แม้ว่าประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อ PCM หลอมละลายเต็มที่ก็ตาม ข้อจำกัดของงานวิจัยนี้ คือ แบบจำลองตั้งอยู่บนสมมติฐานของสภาวะอากาศร้อน (เริ่มต้นที่ 30°C) ทำให้ยังไม่สามารถแทนสภาวะอากาศเย็นได้อย่างสมบูรณ์ อีกทั้งไม่ได้พิจารณาการตอบสนองทางสรีรวิทยาระยะยาว เช่น ภาวะขาดน้ำ ความเหนื่อยล้า หรือความเครียดเชิงกลจากน้ำหนัก PCM ที่เพิ่มขึ้น ถึงแม้จะมีข้อจำกัดดังกล่าว แบบจำลองนี้ยังคงสามารถทำนายอุณหภูมิร่างกายและค่าความรู้สึกทางความร้อนแบบพลวัต (DTS) ได้อย่างมีประสิทธิภาพก่อนการใช้งานจริง จึงสามารถนำไปใช้เป็นเครื่องมือช่วยวางแผนระยะเวลาการทำงานที่ปลอดภัย และช่วยกำหนดปริมาณ รวมถึงตำแหน่งการติดตั้ง PCM ที่เหมาะสม ผลลัพธ์จากงานวิจัยนี้สามารถเป็นฐานข้อมูลสำคัญสำหรับการออกแบบชุด PPE ที่ปลอดภัย และช่วยลดภาระความร้อนสำหรับบุคลากรทางการแพทย์ในสภาพแวดล้อมร้อนชื้นได้ดียิ่งขึ้น

Controlling Nitrogen Pickup During Induction Melting Of Ultrahigh-Strength Cr-Ni-Mo-V Steels, Kingsley T. Amatanweze, Viraj A. Athavale, Mario F. Buchely, Laura N. Bartlett, Ronald J. O'Malley, Daniel M. Field

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Nitrogen pickup during air induction melting can result in porosity and a loss of fracture toughness in ultrahigh-strength quenched and tempered steel castings. Nitrogen atoms are easily adsorbed into liquid steel upon exposure to the air, and argon shrouding alone has limited effectiveness. Previous studies have shown that proper charge sequencing and maintaining a high amount of dissolved oxygen in the melt prior to tapping and deoxidation can limit nitrogen pickup in the melt. In the current study, the effect of melt practice and charging procedure on nitrogen pickup was studied as a function of hold time in a series …

Parametric Analysis Of Water Jet Descaling Efficiency Of Reheated Continuously Cast Thin Slab, Tochukwu P. Ojiako, Mario F. Buchely, Simon Lekakh, Ronald J. O'Malley, Richard Osei, Taha Tayebali

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Efficient oxide scale removal is critical for maintaining surface quality and process efficiency in steel manufacturing. This study optimizes water jet descaling by evaluating the performance of flat and rotary jet nozzles under varying process parameters. Using a combined approach of experimental analysis and computational fluid dynamics, it investigates the influence of pressure (138–275 bar), lead angle (0°, 15°, 25°), working distance (50–100 mm), and spray angle (15°–25°) on descaling efficiency. Findings indicate that flat jet nozzles achieve superior performance at short working distances due to concentrated impact forces, while rotary jet nozzles sustain efficiency over extended distances through dynamic …

Effect Of Gating Design On Filling And Inclusion Control In An Al-Killed Cr-Mo-Ni Steel, Kingsley T. Amatanweze, Koushik Balasubramanian, Soumava Chakraborty, Viraj A. Athavale, Mario F. Buchely, Laura N. Bartlett, Ronald J. O'Malley, Daniel M. Field, Krista R. Limmer, Katherine M. Sebeck

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

The effect of gating system design on the inclusion population and size distribution in an aluminum-killed low-alloy advanced high strength steel casting was studied. A mold with four different gating systems: pressurized and non-pressurized with side risers, naturally pressurized with a side riser, and naturally pressurized with a top riser, was designed using computational fluid dynamics and solidification software. The design allowed inclusion populations in castings produced with each gating system to be compared during the same pouring event. Samples taken from different positions just below the top surface of each casting were analyzed using an SEM/EDS system with automated …

Influence Of Hygrothermal Conditions Of The Bistability Of Asymmetric Carbon Fiber Laminate Composites, Celia Hill

All Theses

Carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates have widespread use in many industries because of their exceptional strength-to-weight ratio. Carbon fiber laminates following an asymmetric layup orientation can exhibit bistability meaning the laminate can exist at two stable geometric configurations. The morphing characteristics of bistable CRFP has a growing level of interest because of its potential in various applications including space aircraft structures for easy repair, automotive structures for energy dissipation and ergonomics, robotics for flexible motion and energy harvesting. Existing research shows that both moisture and temperature affect the material properties and behavior of CFRP laminates, however, the influence of moisture …

Greek Key-Inspired Fractal Metamaterials With Enhanced Flexibility And Energy Absorption., Zhennan Zhang

Electronic Theses and Dissertations

Architected materials with intricate three-dimensional (3D) geometries offer unique properties and functionalities but face challenges in manufacturing costs and complexity. This research explores the integration of simple 2D Greek Key-inspired lattices into fractal designs to achieve exceptional mechanical performance. Using 3D printing and kerfing, these fractal structures demonstrate enhanced flexibility and energy absorption capabilities. Through three-point bending and in-plane tensile tests, the 2D fractal lattices exhibited a 600-fold reduction in bending force and a tensile stretch capacity of up to 520%, significantly outperforming brittle parent materials. Out-of-plane compression tests revealed a five-fold increase in energy absorption compared to honeycomb structures, …

3d Printed Microfluidic Fabrication Methodology, Characterization, Mechanical Design, And Applications In Electrostatic Artificial Muscles And Benthic Microbial Fuel Cells, Terak B. Hornik

Master's Theses

The fabrication of microfluidic devices often requires specialized methods. The development of these methods requires careful characterization and understanding of the processes involved. Using primarily PolyJet 3D printing technology, microfluidics offers a wide scope of applications such as microfluidic benthic microbial fuel cells (MBMFCs) and electrostatic artificial muscles. MBMFCs benefit from the confinement of the microbes resulting in close proximity between the electrode and the organisms. Using a modular design called the Sponge, assembly and upscaling is possible. Electrostatic artificial muscles benefit from a microfluidic approach due to the non-linearity of electrostatic attraction creating disproportionate benefits when miniaturized. When designed …

Numerical Simulation Of Laser Induced Elastic Waves In Response To Short And Ultrashort Laser Pulses., Alireza Zarei

All Dissertations

In an era of intensified market competition, the demand for cost-effective, high-quality, high-performance, and reliable products continues to rise. Meeting this demand necessitates the mass production of premium products through the integration of cutting-edge technologies and advanced materials while ensuring their integrity and safety. In this context, Nondestructive Testing (NDT) techniques emerge as indispensable tools for guaranteeing the integrity, reliability, and safety of products across diverse industries.

Various NDT techniques, including ultrasonic testing, computed tomography, thermography, and acoustic emissions, have long served as cornerstones for inspecting materials and structures. Among these, ultrasonic testing stands out as the most prevalent method, …

Balsa Bridge, Caleb T. Lovett

All Undergraduate Projects

The problem presented throughout this report was to create a small-scale bridge made entirely out of balsa wood and glue, that could withstand substantial force, as well as perform a lifting/lowering cycle. Other requirements associated with the bridge were properties of weight, deflection, size, and shape. This problem presented a challenge that tested the mathematical side of engineering, being strongly reliant on statics, mechanics of materials, and mechanical design analyses.

To approach this problem, the first step was to complete in depth calculations of the chosen design. With this done, manufacturing and assembly was able to be completed. With a …

การประเมินอายุความล้าของตะไบทางทันตกรรมแบบหมุนโดยวิธีทดสอบชิ้นงานร่วมกับระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์, กิตติพงษ์ สุดจินดา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ตะไบทันตกรรมเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการรักษาคลองรากฟันเพื่อคงสภาพฟันไว้โดยไม่ต้องถอนออก ระหว่างการรักษา ตะไบเหล่านี้จะรับภาระแบบวัฏจักร ระหว่างภาระดึงและภาระอัด การใช้งานตะไบเกินกว่าขีดจำกัดความล้าของวัสดุ อาจทำให้เกิดการแตกหักจากความล้า โดยไม่มีสัญญาณให้เห็นล่วงหน้า ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของการรักษา วิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างเส้นโค้งความเค้น-อายุการใช้งาน และแบบความเครียด-อายุการใช้งาน เพื่อใช้ในการทำนายอายุความล้าของตะไบภายใต้สภาพความโค้งของคลองรากฟันที่แตกต่างกัน โดยไม่ต้องทราบคุณสมบัติความล้าของวัสดุตะไบ และเพื่อเปรียบเทียบความแม่นยำของเส้นโค้งทั้งสอง ในการดำเนินการ ได้ใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ เพื่อจำลองพฤติกรรมทางกลของตะไบ และประเมินค่าแอมพลิจูดความเค้นและความเครียดจากตะไบในคลองรากฟันอย่างง่าย 8 ลักษณะความโค้ง จากนั้นทำการทดสอบความล้าดัดในคลองรากฟันแบบเดียวกันเพื่อเก็บข้อมูลอายุความล้า ข้อมูลที่ได้ถูกนำไปหาเส้นโค้งตัวแทนของข้อมูลด้วยสมการของ Basquin และ Coffin-Manson เพื่อสร้างเส้นโค้งความเค้น-อายุความล้า และความเครียด-อายุความล้า นอกจากนี้ยังได้ตรวจสอบความแม่นยำและความสอดคล้องของเส้นโค้งที่พัฒนาขึ้น โดยใช้ข้อมูลจากการทดสอบตะไบในคลองรากฟันที่มีลักษณะความโค้งแบบตัวเอส จำนวน 6 ลักษณะ ที่มีระดับแอมพลิจูดความเค้นและความเครียดต่างจากข้อมูลก่อนหน้า ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าเส้นโค้งความเครียด-อายุการใช้งาน สามารถพยากรณ์อายุความล้าได้แม่นยำกว่า และสอดคล้องกับพฤติกรรมความล้าของตะไบมากกว่าเส้นโค้งความเค้น-อายุการใช้งาน) อย่างไรก็ตาม เส้นโค้งดังกล่าว สามารถใช้พยากรณ์ได้อย่างเหมาะสมเฉพาะในช่วงอายุความล้าที่ต่ำกว่า 2,500 รอบ ซึ่งแสดงถึงความจำเป็นในการศึกษาพฤติกรรมความล้าในรอบสูงเพิ่มเติมในอนาคต

Modeling For Electrical Performance Of The Bender-Typed Piezoelectric Energy Harvesters (Peh), Pheerawit Inpra

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The increasing demand for small, wearable, and low-power electronic devices has led to the need for compact and efficient energy sources. Energy harvesting systems designed for such applications are typically compact to ensure seamless integration with the devices or to serve as suitable replacements for conventional batteries. One of the most suitable systems for harvesting energy from human motion is the piezoelectric energy harvesters (PEH). It offers high energy density, supports a wide range of vibration frequencies, and comes in a small form factor, making it increasingly popular in various devices. As PEHs become increasingly prevalent in real-world applications, developing …

การศึกษาคุณลักษณะด้านการออกแบบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทรงกระบอกชนิด 18650 ที่มีอัตราส่วนกำลังต่อพลังงานต่างกัน, ภูมิวริสส์ วงษ์ถาวร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิด 18650 ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา และ วิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพ ทางไฟฟ้า และ ทางเคมีของเซลล์แบตเตอรี่ ที่มีอัตราส่วนกำลังต่อพลังงานที่แตกต่างกันรวมไปถึงการเปรียบเทียบพารามิเตอร์ด้านการออกแบบของเซลล์แบตเตอรี่ และ สร้างความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ด้านการออกแบบ และ คุณสมบัติด้านต่าง ๆ กับ อัตราส่วนกำลังต่อพลังงาน ตัวอย่างเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอัตราส่วนของกำลังต่อพลังงานที่แตกต่างกัน 4 ตัวอย่าง ถูกนำมาวิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพ ได้แก่ ขนาดความกว้าง ความยาว และน้ำหนักของแบตเตอรี่ และวิเคราะห์คุณสมบัติทางไฟฟ้า ได้แก่ ความจุพลังงาน กำลังไฟฟ้า และความต้านทานภายใน ซึ่งวิเคราะห์โดยอ้างอิงตามมาตรฐาน IEC62660 โดยค่าอัตราส่วนของกำลังต่อพลังงานของเซลล์แบตเตอรี่ สามารถคำนวณได้จากการทดสอบดังกล่าว และมีค่าเรียงลำดับจากน้อยไปหามากดังนี้ 3.23 , 8.00 , 11.70 และ 12.97 W/Wh จากนั้นเซลล์แบตเตอรี่จะถูกแยกส่วนประกอบเพื่อวิเคราะห์ถึงลักษณะทางกายภาพของส่วนประกอบ ได้แก่ ความยาว ความหนาของขั้วอิเล็กโทรดและตัวรับกระแสไฟฟ้า ค่าการนำไฟฟ้าของขั้วอิเล็กโทรด และ โครงสร้างของขั้วอิเล็กโทรด กับ เยื่อเลือกผ่าน ได้แก่ ขนาดอนุภาคของวัสดุทำขั้ว และ ลักษณะสัณฐานวิทยาของเยื่อเลือกผ่าน ซึ่งจะถูกวิเคราะห์โดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด รวมไปถึงวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมี โดยการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีบนขั้วอิเล็กโทรด ซึ่งจากการวิเคราะห์พบว่า จากการวิเคราะห์คุณสมบัติทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความสามารถในการให้กำลังไฟฟ้าสูง จะมีอัตราส่วนกำลังต่อพลังงานสูงกว่า มีแนวโน้มค่าความต้านทานภายในที่ต่ำกว่า และมีค่าการนำไฟฟ้าที่สูงกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความสามารถในการเก็บความจุพลังงานสูง จากการวิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพพบว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความสามารถในการให้กำลังไฟฟ้าสูง จะมีความยาวของขั้วอิเล็กโทรดที่มากกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความสามารถในการเก็บความจุพลังงานสูง แต่จะมีความหนา และขนาดของอนุภาคของขั้วอิเล็กโทรดน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความสามารถในการเก็บความจุพลังงานสูง และจากการวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมีบว่าแบตเตอรี่ที่ทำการทดสอบนั้นมีองค์ประกอบทางเคมีของขั้วแคโทด และ แอโนดเดียวกัน คือ NMC811 และ กราไฟต์ กับ ซิลิกอน

การเสริมการจำแนกภูมิประเทศด้วยการวิเคราะห์พืชพรรณ สำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติภายนอกอาคาร, พัณณ์นิกา มุกด์สุวรรณ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในงานวิจัยด้านการนำทางของหุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ การจำแนกภูมิประเทศในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งถือเป็นหัวข้อสำคัญ โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีความซับซ้อน เช่น พื้นที่ป่าไม้ ซึ่งมักเต็มไปด้วยโครงสร้างแข็ง พื้นที่ขรุขระ หลุมลึก และพืชพรรณที่ขึ้นอย่างหนาแน่น ความแม่นยำในการจำแนกภูมิประเทศจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติสามารถเข้าใจสภาพแวดล้อมและนำทางผ่านพื้นที่ที่มีความท้าทายเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ งานวิจัยนี้นำเสนอวิธีการจำแนกภูมิประเทศแบบเอชแอลดีวี (ความสูง-ระยะทาง-ความหนาแน่น-พืชพรรณ) ซึ่งเป็นการพัฒนาต่อยอดจากวิธีเอชแอลดี (ความสูง-ระยะทาง-ความหนาแน่น) แบบดั้งเดิม โดยเพิ่มคุณลักษณะเกี่ยวกับพืชพรรณ (v) เข้าไปในโมเดล จากเดิมที่ใช้เพียง 3 คุณลักษณะ ได้แก่ ความแตกต่างของความสูง (h) ระยะทาง (l) และความหนาแน่น (d) เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการระบุพื้นที่ปลอดภัยและพื้นที่อันตรายสำหรับหุ่นยนต์ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ตัวจำแนกเอชแอลดีวีช่วยเพิ่มความสามารถของหุ่นยนต์ในการนำทางผ่านพื้นที่ที่ถูกปกคลุมด้วยพืชพรรณได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ฟังก์ชันแบบกฎยกกำลังในโมเดลคุณลักษณะด้านพืชพรรณ การพัฒนานี้ส่งผลโดยตรงต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพในการวางแผนเส้นทาง ทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติสามารถปฏิบัติงานได้ดียิ่งขึ้นในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่มีความท้าทายสูง

Using Obstacle Trenches For Enhancing Microplastic Trapping In Microwells, Teeraphat Kongsaktrakul

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The particle trapping efficiency of microwells is influenced by the fluid flow velocity. If the flow velocity is too slow, trapping will take longer. In contrast, if the flow velocity is too fast, the trapping efficiency will decrease. Therefore, deceleration near the microwells is important for increasing trapping efficiency. The aim of this study is to investigate important factors that affect local flow velocity and trapping efficiency. This includes the presence of obstacle trenches, flow rates, particle concentrations, particle sizes, and surface materials. Two models were investigated and compared: one with triangular obstacle trenches placed in front of the microwells …

การศึกษาลักษณะของผู้ขับขี่รถจักรยานยนต์และพื้นที่ปลอดภัยในสภาพการขับขี่ตามธรรมชาติในกรุงเทพฯ, ยุวไร ไวสะอาด

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การศึกษานี้มุ่งเน้นการวิเคราะห์พฤติกรรมของผู้ขับขี่รถจักรยานยนต์และพื้นที่ความปลอดภัยในสภาพการขับขี่จริงในเขตเมืองกรุงเทพมหานคร โดยใช้แนวทางการศึกษาพฤติกรรมแบบธรรมชาติ (Naturalistic Riding Study) เพื่อตรวจสอบลักษณะพฤติกรรมของผู้ขับขี่และระดับพื้นที่ปลอดภัยในสภาพแวดล้อมการจราจรจริง เช่น การวัดเป็นเวลาเว้นระยะด้านหน้า ระยะห่างด้านข้าง ลักษณะของยานพาหนะรอบข้าง โดยการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดและบันทึกข้อมูล เช่น 3D LiDAR สำหรับตรวจจับตำแหน่งของวัตถุรอบข้าง, ระบบ CAN Bus สำหรับอ่านค่าความเร็วและการเร่งของรถจักรยานยนต์, กล้องบันทึกวิดีโอ และคอมพิวเตอร์สำหรับประมวลผล เพื่อประเมินระดับความปลอดภัยในขณะขับขี่ในสภาวะปกติ (Cruising) โดยรถจักรยานยนต์ทดลองที่มีขนาดกว้าง 0.74 เมตร และยาว 1.94 เมตร เพื่อเก็บข้อมูลจากกลุ่มตัวอย่างผู้ขับขี่จำนวน 20 คน ซึ่งมีประสบการณ์และความมั่นใจในการขับขี่บนถนนสายหลัก จากข้อมูลทั้งหมด 2,828 เหตุการณ์ พบว่าผู้ขับขี่ทั้งหมด มีค่าเฉลี่ยระยะห่างด้านข้าง (Lateral Clearance: Wa) เท่ากับ 1.47 เมตร และเวลาเว้นระยะด้านหน้า (Time Headway: TH) เท่ากับ 0.82 วินาที ผลการทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าผู้ขับขี่ในกลุ่มที่มีความเสี่ยงต่ำมีแนวโน้มเว้นระยะห่างมากกว่ากลุ่มเสี่ยงปานกลางอย่างชัดเจน ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นแนวทางในการกำหนดมาตรการด้านความปลอดภัย และการพัฒนาเทคโนโลยีช่วยขับขี่สำหรับผู้ใช้รถจักรยานยนต์ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของอุบัติเหตุและเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้ใช้ถนนในประเทศไทย

การประเมินสมรรถนะของอุปกรณ์เทอร์โมโฟโตโวลทาอิกระยะใกล้ชนิดเซลล์แผ่นฐานเจอร์เมเนียม, ณัฐกมล พงศ์เต็มสุข

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินและปรับปรุงสมรรถนะของอุปกรณ์เทอร์โมโฟโตโวลทาอิกระยะใกล้ โดยใช้เจอร์เมเนียมชนิดพีเป็นชั้นแผ่นฐาน และมีตัวแผ่รังสีเป็นทังสเตนที่อุณหภูมิ 1400 เคลวิน ทำงานในย่านการแผ่รังสีความร้อนระยะใกล้ ระยะห่างเซลล์และตัวแผ่รังสี 100 นาโนเมตร สำหรับโครงสร้างเซลล์ชนิด 1. แถบโลหะชั้นหน้า (Front contact) 2. แถบโลหะประสานด้านหลัง (Interdigitated Back Contact; IBC) โดยใช้แบบเทคนิคการวิเคราะห์คลื่นควบคู่เคร่งครัด (Rigorous-coupled wave analysis; RCWA) ควบคู่กับทฤษฎีการผันผวนสูญเสีย (Fluctuation-Dissipation Theorem; FDT) ในการคำนวณฟลักซ์การแผ่รังสีความร้อนในระยะใกล้สำหรับโครงสร้างเซลล์ทั้งสองชนิด และ ใช้เทคนิคการวิเคราะห์สมดุลโดยละเอียด (Detailed balance analysis; DTB) ในการประเมินปริมาณกระแสพลังแสงและประสิทธิภาพการแปลงของอุปกรณ์ เฉพาะเซลล์ชนิดแถบโลหะชั้นหน้า เนื่องด้วยข้อจำกัดของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับวิเคราะห์พฤติกรรมทางประจุไฟฟ้าของโครงสร้างเซลล์ชนิดแถบโลหะประสานด้านหลัง ผลการศึกษาแสดงว่า สำหรับเซลล์ชนิดแถบโลหะชั้นหน้า โครงสร้างสะพานอากาศด้านหลังและการลดความหนาของแผ่นฐานเจอร์เมเนียมสามารถลดฟลักซ์ความร้อนในช่วงต่ำกว่าค่าแถบพลังงาน ที่สะสมภายในเซลล์ลงได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยไม่ลดการดูดกลืนพลังงานที่สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้ ทำให้ประสิทธิภาพของเซลล์สูงขึ้น โดยเฉพาะกรณีเซลล์บางที่มีชั้นสะพานอากาศ มีประสิทธิภาพเพิ่มจาก 16.73 เป็น 31.39 เปอร์เซ็นต์ ในกรณีของโครงสร้างเซลล์ชนิดแถบประสานด้านหลัง การเพิ่มความกว้างของช่องอากาศระหว่างอิเล็กโทรดสามารถลดฟลักซ์ช่วงต่ำกว่าค่าแถบพลังงาน ที่สะสมในเซลล์ลงได้ 24.16 เปอร์เซ็นต์ โดยที่ฟลักซ์ในช่วงสูงกว่าคาแถบพลังงานไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก จึงไม่มีผลกระทบต่อความสามารถในการแปลงพลังงานโดยรวมของอุปกรณ์ อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพการจัดการความร้อนภายในเซลล์เพิ่มขึ้นประมาณ 6 เปอร์เซ็นต์ ทั้งนี้มีข้อจำกัดจากความต้านทานแผ่นที่เพิ่มขึ้นตามความกว้างช่องว่าง งานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นถึงแนวทางการออกแบบโครงสร้างเซลล์เทอร์โมโฟโตโวลทาอิก ที่สามารถลดความร้อนสะสมโดยไม่กระทบต่อพลังงานที่สามารถนำไปใช้งาน ช่วยสนับสนุนการออกแบบระบบเทอร์โมโฟโตโวลทาอิก ระยะใกล้ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นในอนาคต

การพัฒนาอัลกอริธึมการประมวลผลภาพแบบอัตโนมัติสำหรับการคัดกรองสารต้านไวรัสชิคุนกุนยา, พัทธพล วิริวิทยา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ไวรัสชิคุนกุนยา ซึ่งเป็นสมาชิกของสกุล Alphavirus ยังคงเป็นปัญหาสุขภาพระดับโลกเนื่องจากการระบาดที่แพร่หลายและการขาดวิธีการรักษาที่เฉพาะเจาะจง การตรวจหาไวรัสที่แม่นยำ เช่น ไวรัสชิคุนกุนยา เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวิจัยสารต้านไวรัส แต่กระบวนการแบบดั้งเดิมมักใช้เวลานานและมีโอกาสเกิดข้อผิดพลาด งานวิจัยนี้นำเสนอการพัฒนาและทดสอบอัลกอริธึมการประมวลผลภาพอัตโนมัติ ซึ่งออกแบบมาเพื่อเพิ่มความแม่นยำและความรวดเร็วในการคัดกรองสารที่อาจมีศักยภาพต้านไวรัสชิคุนกุนยา โดยใช้ซอฟต์แวร์ MvTec Halcon อัลกอริธึมนี้ได้รับการพัฒนาเพื่อการตรวจจับและจำแนกเซลล์ที่ติดเชื้อและไม่ติดเชื้อในการทดสอบไวรัส และผลการทำงานได้รับการตรวจสอบกับการนับแบบแมนนวลที่ดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญด้านไวรัสวิทยา ซึ่งแสดงถึงความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งด้วยค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของเพียร์สันที่ 0.9807 สำหรับการตรวจจับเซลล์ และ 0.9886 สำหรับการตรวจจับไวรัส หลังจากผ่านการตรวจสอบทางสถิติ อัลกอริธึมถูกนำไปใช้ในการคัดกรองสารต้านไวรัส ซึ่งแสดงถึงประสิทธิภาพในการเพิ่มปริมาณและความแม่นยำของกระบวนการค้นคว้ายา ผลลัพธ์ที่ได้เน้นถึงศักยภาพของอัลกอริธึมนี้ในฐานะเครื่องมือสำคัญที่สามารถเร่งการวิจัยสารต้านไวรัสและมีการใช้งานที่กว้างขึ้นในการตรวจหาโรคจากแมลงพาหะชนิดอื่น ๆ และการปรับปรุงผลลัพธ์ในการวิจัยด้านไวรัสวิทยา คำสำคัญ: การประมวลผลภาพอัตโนมัติ, การคัดกรองแบบ high-throughput, การถ่ายภาพทางชีวเวชศาสตร์, การวิเคราะห์ภาพในไวรัสวิทยา, MvTec Halcon

การพัฒนาเท้าเทียมแบบไดนามิกที่ปรับค่าความแข็งสปริงได้สำหรับผู้พิการขาขาดในระดับกิจกรรมปานกลาง, ภูรินทร์ พิวัฒน์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ประเทศไทยในปัจจุบันมีผู้พิการขาขาดเพิ่มมากขึ้น โดยจากรายงานในปี พ.ศ.2560 ประเทศไทยมีผู้พิการขาขาดราว 40,000 คน แม้ว่าเท้าเทียมแบบ Solid Ankle Cushion Heel (SACH) ที่ใช้กันทั่วไปจะมีราคาที่ถูก ทว่าเท้าเทียมแบบนี้นั้นจะมีข้อเท้าที่แข็งทำให้เป็นอุปสรรคต่อการเดินที่เป็นธรรมชาติ จึงทำให้เท้าเทียมแบบนี้เหมาะสมกับผู้พิการที่มีระดับกิจกรรมต่ำที่ต้องการความมั่นคงของเท้าเป็นหลัก แต่กลับไม่เหมาะสมนักกับผู้พิการที่มีระดับกิจกรรมปานกลางขึ้นไป เนื่องจากผู้พิการกลุ่มนี้มีความต้องการเท้าเทียมที่สามารถงอเพื่อสะสมพลังงาน และปลดปล่อยพลังงานได้เพื่อที่จะสามารถช่วยส่งเสริมการเดินให้ใกล้เคียงกับคนปกติ ซึ่งเท้าเทียมที่เหมาะสมกับผู้พิการกลุ่มนี้ก็จะต้องมีความแข็งสปริงเชิงมุมที่เหมาะสมตามแต่ปัจจัยต่าง ๆ ของผู้พิการแต่ละคน เช่น น้ำหนักตัว, ความชอบ เป็นต้น ด้วยเหตุนี้ งานวิจัยนี้จึงมีเป้าหมายที่จะพัฒนาเท้าเทียมที่มีความแข็งที่ปรับได้ในช่วงต่อเนื่อง เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ที่หลากหลายเหล่านี้ โดยใช้เทคนิค Parametric optimization เพื่อออกแบบเท้าเทียมแบบไดนามิกที่มีช่วงความแข็งเฉพาะในบริเวณส้นเท้าและปลายเท้า ซึ่งเหมาะสมกับช่วงน้ำหนักและขนาดเท้าของผู้พิการ โครงสร้างหลักของเท้าเทียมถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์เป็นหลัก เนื่องด้วยความแข็งแรงสูงและลักษณะน้ำหนักเบา ในงานวิจัยนี้ Finite Element Analysis (FEA) ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินการเสียรูปและความแข็งของเท้าเทียมที่ออกแบบตามแนวทางมาตรฐานสากล ISO 10328 จากผลการทดสอบเท้าเทียมที่ออกแบบแสดงให้เห็นว่าเท้าเทียมที่ออกแบบมาสำหรับผู้พิการที่มีขนาดเท้า 26-27 ซม. และช่วงน้ำหนัก 60-80 กก. มีช่วงความแข็งที่เหมาะสมอยู่ที่ 9.97-13.31 Nm/degree ในบริเวณปลายเท้า และ 1.37-4.32 Nm/degree ในบริเวณส้นเท้า ซึ่งเหมาะสมสำหรับการใช้งานโดยผู้พิการที่มีระดับกิจกรรมปานกลางภายในช่วงน้ำหนักและขนาดเท้าตามที่ได้กำหนดไว้