Mechanical Engineering Commons^™

การประดิษฐ์และการประเมินเอลิเมนต์เมทริกซ์รูปแบบปิดของเอลิเมนต์สี่เหลี่ยมสี่จุดต่อสำหรับปัญหาความเค้นเนื่องจากความร้อน, เบญจาภา ยนต์สกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การประดิษฐ์สมการไฟไนต์เอลิเมนต์สำหรับเอลิเมนต์สี่เหลี่ยมใด ๆ สี่จุดต่อในอดีตนั้นมีความยุ่งยากมากเนื่องจากไม่สามารถหาสมการรูปแบบปิดของการอินทิเกรตได้เหมือนกับในกรณีของเอลิเมนต์สามเหลี่ยมสามจุดต่อ ดังนั้นเทคนิคการอินทิเกรตเชิงตัวเลขจึงถูกนำมาใช้เพื่อหาผลของการอินทิเกรตโดยประมาณ และเทคนิคที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดวิธีหนึ่งก็คือวิธีของเกาส์-เลอจองด์ ผลลัพธ์ที่ได้แม้จะเป็นผลเฉลยโดยประมาณแต่ก็สามารถเพิ่มความถูกต้องให้มากขึ้นได้ด้วยการเพิ่มจำนวนจุดเกาส์ในการอินทิเกรต แต่อย่างไรก็ดีการเพิ่มจำนวนจุดเกาส์ทำให้ใช้เวลาในการคำนวณเพิ่มขึ้นอย่างมากด้วยเช่นกัน ในวิทยานิพนธ์นี้จึงนำเสนอวิธีการหาสมการไฟไนต์เอลิเมนต์รูปแบบปิดของเอลิเมนต์สี่เหลี่ยมใด ๆ สี่จุดต่อสำหรับปัญหาความเค้นเนื่องจากความร้อน โดยการใช้โปรแกรมคณิตศาสตร์สัญลักษณ์หรือก็คือโปรแกรมแมทมาทิกา (Mathematica) ร่วมกับการจัดรูปสมการด้วยตนเอง ผลการประดิษฐ์สมการรูปแบบปิดนั้นสามารถจัดรูปออกมาได้สี่กลุ่มตามรูปร่างของเอลิเมนต์ ซึ่งการจัดกลุ่มนี้ทำให้การคำนวณมีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น โดยผลลัพธ์ของเอลิเมนต์เมทริกซ์รูปแบบปิดที่ประดิษฐ์ขึ้นมานี้สามารถนำไปใช้ในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง จากนั้นคอมพิวเตอร์โปรแกรมที่ประดิษฐ์ขึ้นถูกนำไปตรวจสอบความถูกต้องและเวลาที่ใช้ในการคำนวณกับปัญหาทดสอบเอลิเมนต์เดี่ยว และปัญหาที่มีและไม่มีผลเฉลยแม่งตรง ตามลำดับ ผลการคำนวณพบว่าวิธีรูปแบบปิดให้ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูงเทียบได้กับการอินเทรทด้วยวิธีเกาส์-เลอจองด์ที่ใช้จำนวนจุดเกาส์ 8x8 จุด ยิ่งไปกว่านั้นวิธีการที่นำเสนอในวิทยานิพนธ์นี้ยังใช้เวลาในการคำนวณน้อยกว่าวิธีเกาส์-เลอจองด์ด้วย

การออกแบบชุดใบจักรหมุนทวนตรงข้ามที่เหมาะสมโดยคำนึงถึงการลดขนาดของของไหลที่ไหลผ่านใบจักรด้วยวิธีแคลคูลัสของการแปรผัน, ณัฏฐนันท์ ทรัพย์สามารถ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วิทยานิพนธ์นี้ได้แสดงการคำนวณหารูปร่างชุดใบจักรหมุนทวนตรงข้ามโดยใช้ทฤษฎี lifting line และวิธีแคลคูลัสของการแปรผันเพื่อหาลักษณะชุดใบจักรหมุนทวนตรงข้ามที่เหมาะสมภายใต้สภาวะการทำงานที่กำหนด ชุดใบจักรหมุนทวนตรงข้ามจะถูกคำนวณภายใต้เงื่อนไขที่ไม่มีวัตถุใดมาขวางกั้นและของไหลที่ไหลเข้าชุดใบจักรหมุนทวนตรงข้ามจะมีทิศทางความเร็วเฉพาะตามแนวแกนหมุนของชุดใบจักรและมีขนาดเท่ากันตลอดพื้นที่หน้าตัด นอกจากนี้ยังได้รวมเอาผลกระทบเนื่องจากการลดขนาดของของไหลที่ไหลผ่านใบจักรเข้ามารวมไว้ในการคำนวณด้วย เพื่อกำหนดขนาดใบจักรใบหลังให้พอดีกับขนาดพื้นที่หน้าตัดของของไหลที่ลดลงและได้ใช้ประโยชน์ความเร็วของของไหลในทิศทางตามแนวเส้นสัมผัสที่ไหลออกจากใบจักรใบหน้าเพื่อสร้างแรงผลัก ผลการคำนวณจะถูกแปลงเป็นรูปร่างใบจักรในสามมิติและนำมาทดสอบผลด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณหรือ CFD ซึ่งจากการวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์จากการคำนวณควรมีการปรับค่าความเร็วของของไหลที่ปรากฎบนใบจักรแต่ละใบ เนื่องจากความเร็วของไหลที่ไหลเข้าชุดใบจักรหมุนทวนตรงข้ามจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงก่อนถึงใบจักรใบหน้า และเกิดการไหลแบบปั่นป่วนระหว่างใบจักรใบหน้าและใบหลัง ตัวประกอบการคูณความเร็วของของไหลที่ไหลเข้าใบจักรแต่ละใบจึงถูกกำหนดขึ้นและนำมาปรับใช้ในการคำนวณ ผลจากการทดลองปรับเปลี่ยนและทดสอบผลด้วย CFD ทำให้ได้ค่าตัวประกอบการคูณความเร็วของของไหลที่เหมาะสมซึ่งสามารถสรุปอยู่ในรูปแบบสมการที่ขึ้นกับตัวแปร advance ratio และสัมประสิทธิ์แรงผลัก ตัวประกอบการคูณความเร็วของของไหลที่สรุปได้นี้ทำให้ผลลัพธ์จากการคำนวณและผลลัพธ์ที่ได้จาก CFD มีความสอดคล้องกัน

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

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 …

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 …

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 …

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.

Mechanical Design And Optimization Of An Interactive Animatronic Bald Eagle, Eric Burns

Phi Kappa Phi Research Symposium (Archived)

Animatronics is a specialized sub-category of mechatronics, a fusion of mechanical and electrical engineering. The field has grown from small, individual projects into a major industry. As animatronics progress, mechanical engineers are pushed to design internal structures which occupy ever-decreasing spaces and to ensure designs can undergo maintenance and modifications smoothly. This research investigates methods of reducing space required for mechanisms and several other beneficial methods of development as well as varying satisfactions for audiences when exposed to actor-controlled systems rather than pre-scripted functions. The mechanical systems are designed using CAD software available at Georgia Southern. On-campus, resources are used …

Designing And Building An Automatic Chamfer Grinder, William Johnson

Mahurin Honors College Capstone Experience/Thesis Projects

Modern day manufacturing is a demanding environment with a constant need for process improvement. As automation becomes more advanced, there are fewer jobs that must be completed by a human. In the case of Stupp Bridge Company, a local manufacturer of steel bridge girders, their workforce is highly skilled, so replacing mundane tasks with automation allow the skilled workers to focus on the difficult jobs. One such task is grinding a chamfer onto every leading edge of each girder flange, eight edges in total, ranging from 20 to 200 feet long. The purpose of this project was to design an …

A Hybrid Technique Of Energy Harvesting From Mechanical Vibration And Ambient Illumination, M Shafiqur Rahman

LSU New Orleans Theses and Dissertations

Hybrid energy harvesting is a concept applied for improving the performance of the conventional stand-alone energy harvesters. The thesis presents the analytical formulations and characterization of a hybrid energy harvester that incorporates photovoltaic, piezoelectric, electromagnetic, and electrostatic mechanisms. The initial voltage required for electrostatic mechanism is obtained by the photovoltaic technique. Other mechanisms are embedded into a bimorph piezoelectric cantilever beam having a tip magnet and two sets of comb electrodes on two sides of its substructure. All the segments are interconnected by an electric circuit to generate combined output when subjected to vibration and solar illumination. Results for power …

Design Maps For Fracture Resistant Functionally Graded Materials, Muhammad Ridwan Murshed

Theses and Dissertations

The objective of this research is to generate design maps to identify functionally graded microstructures with enhanced fracture toughness. Several Functionally Graded Materials (FGMs) with an edge crack and membrane loading are considered and the resulting J-integral values are computed numerically using Finite Element Analysis. In order to capture the resulting stress fields accurately, Barsoum elements are used in the vicinity of the crack tip and the simulations are carried out for several crack lengths (a) and material contrasts (κ). The averages of the J-integral values are used to determine the normalized Stress Intensity Factors which are then benchmarked with …

Cyclic Tensile Response Of A Polyurethane Material, Yizhou Nie

Open Access Theses

Polyurethane is one of the most widely used polymer materials in the world. With the increasing demand of polyurethane, its mechanical behaviors are particularly of interest. In particular, the response of the material under a quasi-static loading being subject to an impact load. To delineate the effect of rate change on the mechanical response of polyurethane, a tensile experiment was designed where the specimen is initially subjected to quasi-static tensile loading and then to high-rate cyclic tension within the same experiment. Constant strain-rate experiments at both quasi-static and high strain rates are also conducted. The analysis of the results leads …

High-Throughput Mechanical Characterization Methods For Composite Electrodes And In-Situ Analysis Of Li-Ion Batteries, Luize Scalco De Vasconcelos

Open Access Theses

Electrodes in commercial rechargeable batteries are microscopically heterogeneous materials. The constituents often have large variation in their mechanical properties, making the characterization process a challenging task. In addition, the mechanical properties and mechanical behaviors of electrodes are closely coupled with the electrochemical processes of lithium insertion and extraction. There is an urgent need to develop an experimental platform to characterize the chemomechanical response of electrodes under the in-situ conditions of charge and discharge.

In the first part of this thesis, instrumented grid indentation is employed to determine the elastic modulus and hardness of the constituent phases of a composite cathode. …

Modeling Of Frame Structures Undergoing Large Deformations And Large Rotations, Hui Liu

Open Access Dissertations

Numerical simulation of large-scale problems in structural dynamics, such as structures subject to extreme loads, can provide useful insights into structural behavior while minimizing the need for expensive experimental testing for the same. These types of problems are highly non-linear and usually involve material damage, large deformations and sometimes even collapse of structures. Conventionally, frame structures have been modeled using beam-frame finite elements in almost all structural analysis software currently being used by researchers and the industry. However, there are certain limitations associated with this modeling approach. This research focuses on two issues, in particular, of modeling frame structures undergoing …

Experimental Building Demonstration Model With Viscous Fluid Dampers, Blake Thomas Reeve, Brianna Jean Kufa, Aden Malek Stepanians, Sophie Carmion Ratkovich

Architectural Engineering

The Architectural Engineering major places a heavy emphasis on structural dynamics and the role of wind and seismic loading in building analysis and design. Buildings of high importance that are critical to community function, such as hospitals, often utilize supplemental damping devices like supplemental viscous fluid dampers or base isolators to reduce the overall demands on the structural system. The design and analysis of these dampers are typically not taught at the undergraduate level, and is frequently performed by mechanical engineers, in lieu of structural engineers.

To better understand and research building behavior with supplemental damping devices, our multi-disciplinary team …

Ultra-Light Bear Canister, Naveen Beasley, Eli Rogers, Cory Wilson, Donald Wood

Mechanical Engineering

A bear canister is the primary tool used by outdoor enthusiasts to protect their food from bears while camping or backpacking. There are many effective products currently on the market, however many are not designed with reduced weight in mind. Hardcore backpackers want to have the lightest gear possible to ease the strain of carrying a large pack for sometimes weeks at a time.

Current bear canisters exist that utilize carbon fiber for weight reduction, however they rely on stock carbon tubes and lack engineering analysis, and no competitor has a fully composite bear canister available. Our sponsor, Nick Hellewell, …

Finite Element Modeling Of Delamination Damage In Carbon Fiber Laminates Subject To Low-Velocity Impact And Comparison With Experimental Impact Tests Using Nondestructive Vibrothermography Evaluation, George Rodriguez Iv

Master's Theses

Carbon fiber reinforced composites are utilized in many design applications where high strength, low weight, and/or high stiffness are required. While composite materials can provide high strength and stiffness-to-weight ratios, they are also more complicated to analyze due to their inhomogeneous nature. One important failure mode of composite structures is delamination. This failure mode is common when composite laminates are subject to impact loading.

Various finite element methods for analyzing delamination exist. In this research, a modeling strategy based on contact tiebreak definitions in LS-DYNA^®was used. A finite element model of a low-velocity impact event was created to …