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

A Computational Study Of The Kinematics Of Femoroacetabular Morphology During A Sit-To-Stand Transfer, Brandon K. Marine

Theses and Dissertations

Computational modeling in the field of biomechanics is becoming increasingly popular and successful in practice for its ability to predict function and provide information that would otherwise be unobtainable. Through the application of these new and constantly improving methods, kinematics and joint contact characteristics in pathological conditions of femoroacetabular impingement (FAI) and total hip arthroplasty (THA) were studied using a lower extremity computational model. Patients presenting with FAI exhibit abnormal contact between the femoral neck and acetabular rim leading to surrounding tissue damage in daily use. THA is the replacement of both the proximal femur and acetabular region of the …

Nanocomposite Bioelectronics For Biopotential Enabled Prosthesis, Dong Sup Lee

Theses and Dissertations

Soft material-enabled electronics can demonstrate extreme mechanical flexibility and stretchability. Such compliant, comfortable electronics allow continuous, long-term measurement of biopotentials on the skin. Manufacturing of the stretchable electronic devices is enabled by the recent development combining materials transfer printing and microfabrication. However, the existing method using inorganic materials and multi-layered polymers requires long material preparation time and expensive processing cost due to the requirement of microfabrication tools and complicated transfer printing steps. Here, this study develops a new fabrication method of soft electronics via a micro-replica-molding technique, which allows fast production, multiple use, and low cost by avoiding microfabrication and …

Precise Flow-Control Using Photo-Actuated Hydrogel Valves And Pid-Controlled Led Actuation, Colm Delaney, Peter Mccluskey, Simon Coleman, Jeff Whyte, Nigel Kent, Dermot Diamond

Conference Papers

Herein we demonstrate remarkable control of flow within fluidic channels using photo-actuated hydrogel valves. By polymerizing the valves in situ it has been possible to create highlyreproducible valves. Through the use of an LED platform and a PID algorithm we have generated extremely accurate flow control and created prototype devices to document their potential application within the microfluidics field.

Non-Destructive Evaluation Of Composites: Predictive Ultrasonic Guided-Waves Modeling, Non-Destructive Material Characterization, And The Application To Aerospace Structures, Darun Barazanchy

Theses and Dissertations

To predict guided wave dispersion curves, it is common to use different solution approaches depending on the material type (isotropic or anisotropic) of the medium in which the wave propagates. The two different solution methods are defined in different domains, frequency-phase velocity domain for isotropic materials and wavenumber-phase velocity domain for anisotropic materials. This may lead to difficulties and unsatisfying results when predicting the dispersion curves for hybrid laminates which contain both isotropic and anisotropic materials. Therefore, a unified formulation defined in the wavenumber-phase velocity domain to accomodate both isotropic and anisotropic materials, as well as hybrid combinations, is desired. …

Computational Wave Field Modeling Using Sequential Mapping Of Poly-Crepitus Green’S Function In Anisotropic Media, Sajan Shrestha

Theses and Dissertations

In this thesis, a meshless semi-analytical computational method is presented to compute the ultrasonic wave field in the generalized anisotropic material while understanding the physics of wave propagation in detail. To understand the wave-damage interaction in an anisotropic material, it is neither feasible nor cost-effective to perform multiple experiments in the laboratory. Hence, recently the computational nondestructive evaluation (CNDE) received much attention to performing the NDE experiments in a virtual environment. In this thesis, a fundamental framework is constructed to perform the CNDE experiment of a thick composite specimen in a Pulse-Echo (PE) mode. To achieve the target, the following …

Progressive Failure Analysis Of Composite Materials Using The Puck Failure Criteria, Karan Kodagali

Theses and Dissertations

Fiber reinforced composites have been used in various engineering structures and applications especially in naval, automotive, aeronautical and sports industries. These composite materials generally exhibit brittle damage behavior. The anisotropy in the material and different kinds of failure mechanisms make it difficult to accurately characterize the behavior of composite materials. The present work aims to verify and apply the Puck Failure Criteria using the commercially available finite element package ABAQUS by writing a user-material subroutine in FORTRAN. The model is implemented with different post failure degradation schemes.

In the present work, the progressive failure on composite materials in analyzed using …

Extending The Upper Temperature Range Of Microchip Gas Chromatography Using A Heater/Clamp Assembly, Abhijit Ghosh, Jacob E. Johnson, Johnathan G. Nuss, Brittany A. Stark, Aaron R. Hawkins, Luke T. Tolley, Brian D. Iverson, H. Dennis Tolley, Milton L. Lee

Faculty Publications

Miniaturization of gas chromatography (GC) instrumentation is of interest because it addresses current and future issues relating to compactness, portability and field application. While incremental advancements continue to be reported in microchip GC, the current performance is far from acceptable. This lower performance compared to conventional GC is due to factors such as pooling of the stationary phase in corners of non-cylindrical channels, adsorption of sensitive compounds on incompletely deactivated surfaces, shorter column lengths and less than optimum interfacing to injector and detector. In this work, a microchip GC system was developed that solves the latter challenge, i.e. microchip interfacing …

Gradient-Based Optimization Of Wind Farms With Different Turbine Heights, Andrew P.J. Stanley, Jared Thomas, Andrew Ning, Jennifer Annoni, Katherine Dykes, Paul Fleming

Faculty Publications

Turbine wakes reduce power production in a wind farm. Current wind farms are gen- erally built with turbines that are all the same height, but if wind farms included turbines with different tower heights, the cost of energy (COE) may be reduced. We used gradient-based optimization to demonstrate a method to optimize wind farms with varied hub heights. Our study includes a modified version of the FLORIS wake model that accommodates three-dimensional wakes integrated with a tower structural model. Our purpose was to design a process to minimize the COE of a wind farm through layout optimization and varying turbine …

Surface Ozone And Its Precursors At Summit, Greenland: Comparison Between Observations And Model Simulations, Yaoxian Huang, Shiliang Wu, Louisa J. Kramer, Detlev Helmig, Richard E. Honrath

Michigan Tech Publications, Part 1

Recent studies have shown significant challenges for atmospheric models to simulate tropospheric ozone (O3/and its precursors in the Arctic. In this study, ground-based data were combined with a global 3-D chemical transport model (GEOS-Chem) to examine the abundance and seasonal variations of O3 and its precursors at Summit, Greenland (72.34° N, 38.29° W; 3212 ma.s.l.). Model simulations for atmospheric nitrogen oxides (NOx/, peroxyacetyl nitrate (PAN), ethane (C2H6/, propane (C3H8/, carbon monoxide (CO), and O3 for the period July 2008-June 2010 were compared with observations. The model performed well in simulating certain species (such as CO and C3H8/, but some significant …

Processing, Microstructure, And Mechanical Properties Of Zirconium Diboride-Molybdenum Disilicide Ceramics And Dual Composite Architectures, Ryan Joseph Grohsmeyer

Doctoral Dissertations

"This research had two objectives: characterization of processing-microstructure-mechanical property relationships of conventional ZrB₂-MoSi₂ ceramics at room temperature (RT) and 1500⁰C in air, and fabrication of ZrB₂-MoSi₂ dual composite architectures (DCAs) for use near 1500⁰C. Elastic moduli, fracture toughness, and flexure strength were measured at RT and 1500⁰C for 15 ZrB₂-MoSi₂ ceramics hot pressed using fine, medium, or coarse ZrB₂ starting powder with 5-70 vol.% MoSi₂, referred to as FX, MX, and CX respectively where X is the nominal MoSi₂ content. MoSi₂ decomposed during sintering, resulting in …

Electroencephalographic Signal Processing And Classification Techniques For Noninvasive Motor Imagery Based Brain Computer Interface, Md Erfanul Alam

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

In motor imagery (MI) based brain-computer interface (BCI), success depends on reliable processing of the noisy, non-linear, and non-stationary brain activity signals for extraction of features and effective classification of MI activity as well as translation to the corresponding intended actions. In this study, signal processing and classification techniques are presented for electroencephalogram (EEG) signals for motor imagery based brain-computer interface. EEG signals have been acquired placing the electrodes following the international 10-20 system. The acquired signals have been pre-processed removing artifacts using empirical mode decomposition (EMD) and two extended versions of EMD, ensemble empirical mode decomposition (EEMD), and multivariate …

Advancing Intersection Management By Utilizing Cost Effective Intelligent Vehicle Concepts And Vehicle-To-Infrastructure Communication Techniques, Bernard O. Ibru

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

Intelligent Transport Systems (ITS) is a growing field of research which focuses on the alleviation of traffic congestion and road accidents caused by miscommunication or confusion of human drivers. Intelligent Intersection Management is a subdivision of ITS which focuses on the seamless management of vehicles arriving at, traversing and exiting intersections to prevent congestion and collision within or around the intersection. This research sought to develop a cost effective method of implementing wireless Vehicle-to-Infrastructure (V2I) communication based Intelligent Intersection Management, by employing the use of 1:4.5 scale version autonomous vehicle prototypes, on a similarly scaled four-way intersection. This was accomplished …

Ego-Localization Navigation For Intelligent Vehicles Using 360° Lidar Sensor For Point Cloud Mapping, Tyler Naes

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

With its prospects of reducing vehicular accidents and traffic in highly populated urban areas by taking the human error out of driving, the future in automobiles is leaning towards autonomous navigation using intelligent vehicles. Autonomous navigation via Light Detection And Ranging (LIDAR) provides very accurate localization within a predefined, a priori, point cloud environment that is not possible with Global Positioning System (GPS) and video camera technology. Vehicles may be able to follow paths in the point cloud environment if the baseline paths it must follow are known in that environment by referencing objects detected in the point cloud …

Audio-Based Productivity Forecasting Of Construction Cyclic Activities, Chris A. Sabillon

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

Due to its high cost, project managers must be able to monitor the performance of construction heavy equipment promptly. This cannot be achieved through traditional management techniques, which are based on direct observation or on estimations from historical data. Some manufacturers have started to integrate their proprietary technologies, but construction contractors are unlikely to have a fleet of entirely new and single manufacturer equipment for this to represent a solution. Third party automated approaches include the use of active sensors such as accelerometers and gyroscopes, passive technologies such as computer vision and image processing, and audio signal processing. Hitherto, most …

Thermal Performance Of A Double-Pipe Heat Exchanger With A Koch Snowflake Fractal Design, Anton Gomez

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

Double-pipe heat exchangers are the simplest type of heat exchanger and are widely utilized in industrial applications. The effectiveness of double-pipe heat exchangers can be increased by using various heat transfer enhancement techniques. Passive heat transfer enhancement methods are desirable as they do not require moving components and are easy to manufacture and maintain. The focus of this study is to implement a passive heat transfer enhancement method and to investigate how thermal performance is impacted. Specifically, the inner pipe in a heat exchanger will be modified to have a cross-section in accordance with the Koch snowflake fractal pattern. The …

Natural Convection Heat Transfer Of Inclined Sierpinski Carpet Fractal Fins, Luke A. Fussell

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

When designing extended surfaces for the thermal management of electronic devices in aerospace applications it is critically important to minimize mass. However, this can be difficult to achieve as the rate of heat dissipated is directly proportional to the surface area. Fortunately, when certain fractal geometries, like the Sierpinski carpet, are utilized in the design of extended surfaces an increase in surface area and simultaneous decrease in mass can be achieved. The thermal performance of fins inspired by the first four fractal iterations of the Sierpinski carpet pattern was experimentally examined in a natural convection environment. The fractal fins were …

Investigation Of The Thermal Performance Of Sierpinski Carpet Fractal Fins In A Natural Convection Environment, Jennifer P. Shaffer

Honors College Theses

This experimental investigation studies the thermal performance of the first four iterations of the Sierpinski carpet pattern in a natural convection environment. This particular fractal geometry is promising in that it increases the available surface area for heat transfer while simultaneously decreasing the mass of the system. This makes it a potentially advantageous design for fins or heat sinks, especially in aerospace applications where minimizing mass of the system is essential. The thermal performance was evaluated by comparing the efficiency, effectiveness, and effectiveness per unit mass for each fractal iteration. The results indicate that efficiency decreases with each fractal iteration …

Research Area 2: Advanced Lightweight And Tailorable Materials, Vlsj Lab, Mechanical Engineering Department, Georgia Southern University

VLSJ Lab: Research Areas (Archived)

No abstract provided.

Research Area 3: Advanced Materials Joining, Vlsj Lab, Mechanical Engineering Department, Georgia Southern University

VLSJ Lab: Research Areas (Archived)

No abstract provided.

Module 2: Solar Powered Cricket Lab & Engineering Guest Speaker, Lindsay Snowden

ENgaging Educators in Renewable enerGY (ENERGY): Lesson Plans & Slideshows (2017-2019)

Students will participate in a Solar Panel Cricket lab to determine which environmental condition would allow for the solar panel to produce the most power. The three conditions are inside, inside with a flashlight, or outside in the sun. The students will complete a correlating lab worksheet. Students will also ask questions and hold discussions with the guest speaker. Students will actively participate while the guest speaker is presenting.

Power House Sustainable Energy Education, Rachael Grillo, Molly Hopper, Laura Mills

ENgaging Educators in Renewable enerGY (ENERGY): Lesson Plans & Slideshows (2017-2019)

No abstract provided.

Renewable Energy, Keith Bazemore

ENgaging Educators in Renewable enerGY (ENERGY): Lesson Plans & Slideshows (2017-2019)

Lesson Plan for Renewable Energy- Environmental Science.

Nsf Energy - Pico-Grid Smart Homes Power Management System, Aaron Specht, Shaina Neal

ENgaging Educators in Renewable enerGY (ENERGY): Lesson Plans & Slideshows (2017-2019)

No abstract provided.

Solar Energy R & D Project: Teachers Incorporating Stem- Modules To Yield An Energy Literate Generation, Tricia Kirkland, Lindsay Snowden

ENgaging Educators in Renewable enerGY (ENERGY): Lesson Plans & Slideshows (2017-2019)

Background- Photovoltaic (PV) cells produce the largest amount of electricity when they are directly facing the sun. Solar panels that use tracking systems to position the panel to constantly face the sun have the greatest efficiency. But, these systems are expensive.

Aim- Design a dual axis tracking solar panel with microcontroller and sensors (light, humidity, temperature, and compass) that are both cost effective and efficient. Sensors will be used to determine performance depending on environmental factors.

Ethics Statement: Researchers will keep honest, clear, and accurate records when collecting all data in lab and communication of information learned.