Целта на тази работа е да се разработи автоматизиран процес на лазерна обработка с висока точност на размерите и предварително определени разходи за процеса.Тази работа включва анализ на модели за прогнозиране на размера и разходите за лазерно производство на вътрешни микроканали Nd:YVO4 в PMMA и вътрешна лазерна обработка на поликарбонат за производство на микрофлуидни устройства.За да постигнат тези цели на проекта, ANN и DoE сравниха размера и цената на CO2 и Nd:YVO4 лазерни системи.Реализирано е цялостно управление с обратна връзка с субмикронна точност на линейно позициониране с обратна връзка от енкодера.По-специално, автоматизацията на лазерното излъчване и позиционирането на пробата се контролира от FPGA.Задълбочените познания за операционните процедури и софтуера на системата Nd:YVO4 позволиха контролното устройство да бъде заменено с Compact-Rio Programmable Automation Controller (PAC), което беше постигнато в стъпката за 3D позициониране с обратна връзка с висока разделителна способност на LabVIEW Code Control Submicron Encoders .Пълната автоматизация на този процес в кода на LabVIEW е в процес на разработка.Текущата и бъдещата работа включва измервания на точността на размерите, прецизността и възпроизводимостта на проектните системи и свързаната оптимизация на геометрията на микроканалите за производство на микрофлуидни и лабораторни устройства върху чип за химически/аналитични приложения и наука за разделяне.
Многобройните приложения на частите от формован полутвърд метал (SSM) изискват отлични механични свойства.Изключителните механични свойства като устойчивост на износване, висока якост и твърдост зависят от особеностите на микроструктурата, създадени от ултра финия размер на зърното.Този размер на зърното обикновено зависи от оптималната обработваемост на SSM.Въпреки това, SSM отливките често съдържат остатъчна порьозност, което е изключително вредно за работата.В тази работа ще бъдат изследвани важните процеси на формоване на полутвърди метали за получаване на части с по-високо качество.Тези части трябва да имат намалена порьозност и подобрени микроструктурни характеристики, включително ултра фин размер на зърното и равномерно разпределение на втвърдяващите се утайки и състава на легиращите микроелементи.По-специално ще бъде анализирано влиянието на метода за предварителна обработка време-температура върху развитието на желаната микроструктура.Свойствата, произтичащи от подобряването на масата, като увеличаване на якостта, твърдостта и твърдостта, ще бъдат изследвани.
Тази работа е изследване на лазерна модификация на повърхността на инструментална стомана H13 с помощта на режим на импулсна лазерна обработка.Извършеният първоначален експериментален план за скрининг доведе до по-оптимизиран подробен план.Използва се лазер с въглероден диоксид (CO2) с дължина на вълната 10,6 µm.В експерименталния план на изследването са използвани лазерни петна с три различни размера: 0,4, 0,2 и 0,09 mm в диаметър.Други контролируеми параметри са пикова мощност на лазера, честота на повторение на импулса и припокриване на импулса.Газът аргон при налягане от 0,1 MPa постоянно подпомага лазерната обработка.Проба H13 беше грапава и химически ецвана преди обработката, за да се увеличи повърхностната абсорбция при дължина на вълната на CO2 лазера.Подготвени са лазерно обработени проби за металографски изследвания и са характеризирани техните физични и механични свойства.Извършени са металографски изследвания и анализи на химичния състав с помощта на сканираща електронна микроскопия в комбинация с енергийно дисперсионна рентгенова спектрометрия.Откриването на кристалност и фаза на модифицираната повърхност се извършва с помощта на XRD система с Cu Kα радиация и дължина на вълната от 1, 54 Å.Профилът на повърхността се измерва с помощта на система за профилиране на игла.Свойствата на твърдост на модифицираните повърхности бяха измерени чрез диамантено микроиндентиране на Vickers.Влиянието на грапавостта на повърхността върху свойствата на умора на модифицираните повърхности е изследвано с помощта на специално произведена система за термична умора.Наблюдавано е, че е възможно да се получат модифицирани повърхностни зърна с ултрафини размери под 500 nm.Подобрена повърхностна дълбочина в диапазона от 35 до 150 µm беше постигната при лазерно третирани H13 проби.Кристалността на модифицираната H13 повърхност е значително намалена, което е свързано с произволно разпределение на кристалитите след лазерно третиране.Минималната коригирана средна повърхностна грапавост на H13 Ra е 1,9 µm.Друго важно откритие е, че твърдостта на модифицираната H13 повърхност варира от 728 до 905 HV0.1 при различни лазерни настройки.Установена е връзка между резултатите от термичната симулация (скорости на нагряване и охлаждане) и резултатите от твърдостта, за да се разбере по-нататък ефектът от лазерните параметри.Тези резултати са важни за разработването на методи за повърхностно втвърдяване за подобряване на устойчивостта на износване и топлозащитни покрития.
Параметрични ударни свойства на твърди спортни топки, за да се разработят типични ядра за GAA sliotar
Основната цел на това изследване е да се характеризира динамичното поведение на ядрото на слиотара при удар.Вискоеластичните характеристики на топката бяха извършени за диапазон от скорости на удара.Съвременните полимерни сфери са чувствителни към скоростта на деформация, докато традиционните многокомпонентни сфери са зависими от деформацията.Нелинейният вискоеластичен отговор се определя от две стойности на твърдост: начална твърдост и обемна твърдост.Традиционните топки са 2,5 пъти по-твърди от модерните, в зависимост от скоростта.По-бързият темп на увеличаване на твърдостта на конвенционалните топки води до по-нелинеен COR спрямо скоростта в сравнение със съвременните топки.Резултатите за динамична коравина показват ограничена приложимост на квазистатичните тестове и уравненията на теорията на пружината.Анализът на поведението на сферичната деформация показва, че изместването на центъра на тежестта и диаметралната компресия не са последователни за всички видове сфери.Чрез обширни експерименти за създаване на прототипи беше изследван ефектът от условията на производство върху производителността на топката.Производствените параметри на температура, налягане и състав на материала варираха, за да се произведе гама от топки.Твърдостта на полимера влияе върху твърдостта, но не и върху разсейването на енергията, увеличаването на твърдостта увеличава твърдостта на топката.Нуклеиращите добавки влияят върху реактивността на топката, увеличаването на количеството на добавките води до намаляване на реактивността на топката, но този ефект е чувствителен към степента на полимера.Численият анализ беше извършен с помощта на три математически модела за симулиране на реакцията на топката при удар.Първият модел се оказа способен да възпроизведе поведението на топката само в ограничена степен, въпреки че преди това беше успешно използван при други видове топки.Вторият модел показа разумно представяне на отговора на удара на топката, който като цяло беше приложим за всички тествани типове топки, но точността на прогнозиране на отговора сила-изместване не беше толкова висока, колкото би се изисквало за широкомащабно внедряване.Третият модел показа значително по-добра точност при симулиране на отговор на топката.Стойностите на силата, генерирани от модела за този модел, са 95% в съответствие с експерименталните данни.
Тази работа постигна две основни цели.Единият е проектиране и производство на високотемпературен капилярен вискозиметър, а вторият е симулация на полутвърд метален поток за подпомагане на проектирането и предоставяне на данни за целите на сравнението.Високотемпературен капилярен вискозиметър беше създаден и използван за първоначално изпитване.Устройството ще се използва за измерване на вискозитета на полутвърди метали при условия на високи температури и скорости на срязване, подобни на тези, използвани в индустрията.Капилярният вискозиметър е система с една точка, която може да изчисли вискозитета чрез измерване на потока и спада на налягането през капиляра, тъй като вискозитетът е право пропорционален на спада на налягането и обратно пропорционален на потока.Критериите за проектиране включват изисквания за добре контролирани температури до 800ºC, скорости на срязване на инжектиране над 10 000 s-1 и контролирани профили на инжектиране.Двуизмерен двуфазов теоретичен зависим от времето модел беше разработен с помощта на софтуера FLUENT за изчислителна динамика на флуидите (CFD).Това е използвано за оценка на вискозитета на полутвърди метали, когато те преминават през проектиран капилярен вискозиметър при скорости на инжектиране от 0,075, 0,5 и 1 m/s.Ефектът на част от метални твърди вещества (fs) от 0,25 до 0,50 също беше изследван.За уравнението на степенния вискозитет, използвано за разработване на модела Fluent, беше отбелязана силна корелация между тези параметри и резултантния вискозитет.
Тази статия изследва ефекта на параметрите на процеса върху производството на Al-SiC композити с метална матрица (MMC) в процес на партидно компостиране.Изследваните параметри на процеса включват скорост на бъркалката, време на бъркалка, геометрия на бъркалката, позиция на бъркалката, температура на металната течност (вискозитет).Бяха проведени визуални симулации при стайна температура (25±C), компютърни симулации и тестове за проверка за производството на MMC Al-SiC.При визуални и компютърни симулации вода и глицерин/вода са използвани съответно за представяне на течен и полутвърд алуминий.Изследвани са ефектите от вискозитети от 1, 300, 500, 800 и 1000 mPa s и скорости на разбъркване от 50, 100, 150, 200, 250 и 300 rpm.10 ролки на парче.% подсилени SiC частици, подобни на тези, използвани в алуминиев MMK, бяха използвани при визуализация и изчислителни тестове.Тестовете за изображения бяха проведени в чаши от прозрачно стъкло.Изчислителните симулации бяха извършени с помощта на Fluent (CFD програма) и опционалния пакет MixSim.Това включва 2D осесиметрична многофазна симулация, зависима от времето, на производствени маршрути, използвайки модела на Ойлер (грануларен).Установена е зависимостта на времето за диспергиране на частиците, времето на утаяване и височината на вихъра от геометрията на смесване и скоростта на въртене на бъркалката.За бъркалка с лопатки °at е установено, че ъгъл на лопатките от 60 градуса е по-подходящ за бързо получаване на равномерно разпръскване на частиците.В резултат на тези тестове беше установено, че за да се получи равномерно разпределение на SiC, скоростта на разбъркване е 150 rpm за системата вода-SiC и 300 rpm за системата глицерол/вода-SiC.Установено е, че увеличаването на вискозитета от 1 mPa·s (за течен метал) до 300 mPa·s (за полутвърд метал) има огромно влияние върху дисперсията и времето на отлагане на SiC.Въпреки това, по-нататъшното увеличение от 300 mPa·s до 1000 mPa·s има малък ефект върху това време.Значителна част от тази работа включва проектиране, конструиране и валидиране на специална машина за леене с бързо втвърдяване за този метод на високотемпературна обработка.Машината се състои от бъркалка с четири плоски лопатки под ъгъл 60 градуса и тигел в пещна камера с резистивно нагряване.Инсталацията включва задвижка, която бързо гаси преработената смес.Това оборудване се използва за производството на Al-SiC композитни материали.Като цяло беше установено добро съответствие между визуализацията, изчислението и резултатите от експерименталните тестове.
Има много различни техники за бързо създаване на прототипи (RP), които са разработени за широкомащабна употреба главно през последното десетилетие.Системите за бързо създаване на прототипи, налични в търговската мрежа днес, използват различни технологии, използващи хартия, восък, светлинно втвърдяващи се смоли, полимери и нови метални прахове.Проектът включваше метод за бързо създаване на прототипи, Fused Deposition Modeling, комерсиализиран за първи път през 1991 г. В тази работа беше разработена и използвана нова версия на системата за моделиране чрез напластяване с помощта на восък.Този проект описва основния дизайн на системата и метода за отлагане на восък.Машините FDM създават части чрез екструдиране на полуразтопен материал върху платформа по предварително определен модел през нагрети дюзи.Екструзионната дюза е монтирана на XY маса, управлявана от компютърна система.В комбинация с автоматичен контрол на плунжерния механизъм и позицията на депозитора се произвеждат точни модели.Единични слоеве восък се подреждат един върху друг, за да се създадат 2D и 3D обекти.Свойствата на восъка също са анализирани, за да се оптимизира производственият процес на моделите.Те включват температурата на фазовия преход на восъка, вискозитета на восъка и формата на восъчната капка по време на обработката.
През последните пет години изследователски екипи от Научния клъстер на градския университет в Дъблин са разработили два процеса на лазерна микрообработка, които могат да създават канали и воксели с възпроизводима разделителна способност в микронна скала.Фокусът на тази работа е върху използването на персонализирани материали за изолиране на целевите биомолекули.Предварителната работа показва, че могат да бъдат създадени нови морфологии на капилярно смесване и повърхностни канали за подобряване на възможностите за разделяне.Тази работа ще се съсредоточи върху прилагането на налични инструменти за микрообработка за проектиране на повърхностни геометрии и канали, които ще осигурят подобрено разделяне и характеризиране на биологични системи.Прилагането на тези системи ще следва подхода на лаборатория върху чип за биодиагностични цели.Устройствата, направени по тази разработена технология, ще бъдат използвани в микрофлуидната лаборатория на проекта върху чип.Целта на проекта е да се използват експериментални техники за проектиране, оптимизация и симулация, за да се осигури пряка връзка между параметрите на лазерна обработка и характеристиките на микро- и наномащабните канали и да се използва тази информация за подобряване на каналите за разделяне в тези микротехнологии.Специфичните резултати от работата включват: дизайн на канала и морфология на повърхността за подобряване на науката за разделяне;монолитни етапи на изпомпване и екстракция в интегрирани чипове;разделяне на избрани и извлечени целеви биомолекули върху интегрирани чипове.
Генериране и контрол на временни температурни градиенти и надлъжни профили по протежение на капилярни LC колони с помощта на матрици на Пелтие и инфрачервена термография
Разработена е нова платформа за директен контакт за точен температурен контрол на капилярни колони, базирана на използването на серийно подредени индивидуално контролирани термоелектрически клетки на Пелтие.Платформата осигурява бърз температурен контрол за капилярни и микро LC колони и позволява едновременно програмиране на времеви и пространствени температури.Платформата работи в температурен диапазон от 15 до 200°C със скорост на нарастване от приблизително 400°C/мин за всяка от 10-те подравнени клетки на Пелтие.Системата е оценена за няколко нестандартни режима на измерване, базирани на капиляри, като директно прилагане на температурни градиенти с линейни и нелинейни профили, включително статични температурни градиенти на колони и временни температурни градиенти, прецизни температурно контролирани градиенти, полимеризиран капилярен монолитен стационарни фази и производство на монолитни фази в микрофлуидни канали (на чип).Инструментът може да се използва със стандартни и колонни хроматографски системи.
Електрохидродинамично фокусиране в двумерно планарно микрофлуидно устройство за предварителна концентрация на малки аналити
Тази работа включва електрохидродинамично фокусиране (EHDF) и трансфер на фотони за подпомагане на разработването на предварително обогатяване и идентифициране на видовете.EHDF е йонно-балансиран метод за фокусиране, базиран на установяване на баланс между хидродинамични и електрически сили, при които йоните, представляващи интерес, стават неподвижни.Това изследване представя нов метод, използващ 2D отворено 2D плоско пространство плоско микрофлуидно устройство вместо конвенционалната микроканална система.Такива устройства могат да концентрират предварително големи количества вещества и са относително лесни за производство.Това проучване представя резултатите от новоразработена симулация с помощта на COMSOL Multiphysics® 3.5a.Резултатите от тези модели бяха сравнени с експериментални резултати, за да се тестват идентифицираните геометрии на потока и зони с висока концентрация.Разработеният числен микрофлуиден модел беше сравнен с предишни публикувани експерименти и резултатите бяха много последователни.Въз основа на тези симулации беше проучен нов тип кораб, който да осигури оптимални условия за EHDF.Експерименталните резултати при използване на чипа надминаха производителността на модела.В произведените микрофлуидни чипове се наблюдава нов режим, наречен страничен EGDP, когато изследваното вещество е фокусирано перпендикулярно на приложеното напрежение.Тъй като откриването и изобразяването са ключови аспекти на такива системи за предварително обогатяване и идентификация на видовете.Представени са числени модели и експериментална проверка на разпространението на светлината и разпределението на интензитета на светлината в двумерни микрофлуидни системи.Разработеният числен модел на разпространение на светлината беше успешно проверен експериментално както по отношение на действителния път на светлината през системата, така и по отношение на разпределението на интензитета, което даде резултати, които могат да бъдат от интерес за оптимизиране на системи за фотополимеризация, както и за системи за оптично откриване с помощта на капиляри..
В зависимост от геометрията, микроструктурите могат да се използват в телекомуникациите, микрофлуидиката, микросензорите, съхранението на данни, рязане на стъкло и декоративно маркиране.В тази работа е изследвана връзката между настройките на параметрите на лазерната система Nd: YVO4 и CO2 и размера и морфологията на микроструктурите.Изследваните параметри на лазерната система включват мощност P, честота на повторение на импулса PRF, брой импулси N и скорост на сканиране U. Измерените изходни размери включват еквивалентни диаметри на воксела, както и ширина на микроканала, дълбочина и грапавост на повърхността.Беше разработена 3D система за микрообработка с помощта на лазер Nd:YVO4 (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) за производство на микроструктури вътре в поликарбонатни образци.Микроструктурните воксели имат диаметър от 48 до 181 µm.Системата също така осигурява прецизно фокусиране чрез използване на микроскопски обективи за създаване на по-малки воксели в диапазона от 5 до 10 µm в проби от натриево-калциево стъкло, разтопен силициев диоксид и сапфир.CO2 лазер (1,5 kW, 10,6 µm, минимална продължителност на импулса 26 µs) беше използван за създаване на микроканали в пробите от натриево-калциево стъкло.Формата на напречното сечение на микроканалите варира в широки граници между v-жлебове, u-жлебове и места за повърхностна аблация.Размерите на микроканалите също варират значително: от 81 до 365 µm ширина, от 3 до 379 µm в дълбочина и грапавост на повърхността от 2 до 13 µm, в зависимост от инсталацията.Размерите на микроканалите бяха изследвани според параметрите на лазерна обработка, използвайки методологията на повърхността на реакция (RSM) и дизайна на експериментите (DOE).Събраните резултати бяха използвани за изследване на ефекта от параметрите на процеса върху скоростта на обемна и масова аблация.Освен това е разработен математически модел на термичен процес, за да помогне за разбирането на процеса и да позволи прогнозирането на топологията на канала преди действителното производство.
Метрологичната индустрия винаги търси нови начини за точно и бързо изследване и дигитализиране на топографията на повърхността, включително изчисляване на параметрите за грапавост на повърхността и създаване на облаци от точки (набори от триизмерни точки, описващи една или повече повърхности) за моделиране или обратно инженерство.системи съществуват и оптичните системи са нараснали в популярност през последното десетилетие, но повечето оптични профилиращи устройства са скъпи за закупуване и поддръжка.В зависимост от типа на системата, оптичните профилиращи устройства също могат да бъдат трудни за проектиране и тяхната крехкост може да не е подходяща за повечето магазинни или фабрични приложения.Този проект обхваща разработването на профилиращ инструмент, използващ принципите на оптичната триангулация.Разработената система има площ на сканиращата маса 200 x 120 mm и вертикален обхват на измерване 5 mm.Позицията на лазерния сензор над целевата повърхност също може да се регулира с 15 mm.Разработена е контролна програма за автоматично сканиране на избрани от потребителя части и повърхности.Тази нова система се характеризира с точност на размерите.Измерената максимална косинусова грешка на системата е 0,07°.Динамичната точност на системата се измерва при 2 µm по оста Z (височина) и около 10 µm по осите X и Y.Съотношението на размерите между сканираните части (монети, винтове, шайби и матрици за влакнести лещи) беше добро.Тестването на системата също ще бъде обсъдено, включително ограниченията на профайлъра и възможните подобрения на системата.
Целта на този проект е да се разработи и характеризира нова оптична високоскоростна онлайн система за проверка на повърхностни дефекти.Системата за управление се основава на принципа на оптичната триангулация и осигурява безконтактен метод за определяне на триизмерния профил на дифузни повърхности.Основните компоненти на системата за разработка включват диоден лазер, камера CCf15 CMOS и два серво мотора, управлявани от компютър.Движението на пробата, заснемането на изображението и 3D профилирането на повърхността се програмират в софтуера LabView.Проверката на заснетите данни може да бъде улеснена чрез създаване на програма за виртуално изобразяване на 3D сканирана повърхност и изчисляване на необходимите параметри за грапавост на повърхността.Използват се серво мотори за преместване на пробата в посоките X и Y с разделителна способност от 0,05 µm.Разработеният безконтактен онлайн профильор на повърхности може да извършва бързо сканиране и инспекция на повърхности с висока резолюция.Разработената система се използва успешно за създаване на автоматични 2D профили на повърхността, 3D профили на повърхността и измервания на грапавостта на повърхността на различни материали за проби.Оборудването за автоматизирана инспекция има XY зона на сканиране от 12 x 12 mm.За да се характеризира и калибрира разработената система за профилиране, профилът на повърхността, измерен от системата, беше сравнен със същата повърхност, измерена с помощта на оптичен микроскоп, бинокулярен микроскоп, AFM и Mitutoyo Surftest-402.
Изискванията към качеството на продуктите и вложените в тях материали стават все по-високи.Решението на много проблеми с визуалното осигуряване на качеството (QA) е използването на автоматизирани системи за повърхностна инспекция в реално време.Това изисква еднакво качество на продукта при висока производителност.Следователно са необходими системи, които са 100% способни да тестват материали и повърхности в реално време.За постигането на тази цел комбинацията от лазерна технология и технология за компютърно управление осигурява ефективно решение.В тази работа беше разработена високоскоростна, евтина и високопрецизна система за безконтактно лазерно сканиране.Системата може да измерва дебелината на твърди непрозрачни обекти, използвайки принципа на лазерната оптична триангулация.Разработената система осигурява точност и възпроизводимост на измерванията на ниво микрометър.
Целта на този проект е да се проектира и разработи система за лазерна инспекция за откриване на повърхностни дефекти и да се оцени нейният потенциал за високоскоростни инлайн приложения.Основните компоненти на системата за откриване са лазерен диоден модул като източник на осветление, CMOS камера с произволен достъп като устройство за откриване и транслиращ етап XYZ.Разработени са алгоритми за анализиране на данни, получени чрез сканиране на различни повърхности на проби.Системата за управление е базирана на принципа на оптичната триангулация.Лазерният лъч пада косо върху повърхността на пробата.След това разликата във височината на повърхността се приема като хоризонтално движение на лазерното петно над повърхността на пробата.Това позволява да се правят измервания на височина с помощта на метода на триангулацията.Разработената система за откриване първо се калибрира, за да се получи коефициент на преобразуване, който отразява връзката между изместването на точката, измерена от сензора, и вертикалното изместване на повърхността.Експериментите бяха проведени върху различни повърхности на пробните материали: месинг, алуминий и неръждаема стомана.Разработената система е в състояние да генерира прецизно 3D топографска карта на дефектите, възникнали по време на работа.Бяха постигнати пространствена разделителна способност от около 70 µm и разделителна способност в дълбочина от 60 µm.Ефективността на системата също се проверява чрез измерване на точността на измерените разстояния.
Системите за високоскоростно оптично лазерно сканиране се използват в автоматизирани индустриални производствени среди за откриване на повърхностни дефекти.По-модерните методи за откриване на повърхностни дефекти включват използването на оптични влакна за осветяване и откриване на компоненти.Тази дисертация включва проектиране и разработване на нова високоскоростна оптоелектронна система.В тази статия са изследвани два източника на светодиоди, светодиоди (светодиоди) и лазерни диоди.Редица от пет излъчващи диода и пет приемащи фотодиода са разположени един срещу друг.Събирането на данни се контролира и анализира от компютър с помощта на софтуера LabVIEW.Системата се използва за измерване на размерите на повърхностни дефекти като отвори (1 mm), глухи отвори (2 mm) и прорези в различни материали.Резултатите показват, че докато системата е предназначена основно за 2D сканиране, тя може да работи и като ограничена система за 3D изображения.Системата също така показа, че всички изследвани метални материали са способни да отразяват инфрачервени сигнали.Новоразработен метод, използващ масив от наклонени влакна, позволява на системата да постигне регулируема разделителна способност с максимална системна разделителна способност от приблизително 100 µm (диаметър на събирателно влакно).Системата се използва успешно за измерване на профил на повърхността, грапавост на повърхността, дебелина и отразяваща способност на различни материали.Алуминий, неръждаема стомана, месинг, мед, туфнол и поликарбонат могат да бъдат тествани с тази система.Предимствата на тази нова система са по-бързо откриване, по-ниска цена, по-малък размер, по-висока резолюция и гъвкавост.
Проектиране, изграждане и тестване на нови системи за интегриране и внедряване на нови сензорни технологии за околната среда.Особено подходящ за приложения за мониторинг на фекални бактерии
Модифициране на микро-нано структурата на силиконовите слънчеви фотоволтаични панели за подобряване на енергоснабдяването
Едно от основните инженерни предизвикателства, пред които е изправено глобалното общество днес, е устойчивото енергийно снабдяване.Време е обществото да започне да разчита силно на възобновяемите енергийни източници.Слънцето осигурява на земята безплатна енергия, но съвременните методи за използване на тази енергия под формата на електричество имат някои ограничения.При фотоволтаичните клетки основният проблем е недостатъчната ефективност на събиране на слънчева енергия.Лазерната микрообработка обикновено се използва за създаване на връзки между фотоволтаични активни слоеве като стъклени субстрати, хидрогениран силиций и слоеве от цинков оксид.Известно е също, че повече енергия може да се получи чрез увеличаване на повърхността на слънчевата клетка, например чрез микрообработка.Доказано е, че наномащабните детайли на повърхностния профил влияят върху ефективността на усвояване на енергия от слънчевите клетки.Целта на този документ е да проучи ползите от адаптирането на микро-, нано- и мезоразмерни структури на слънчеви клетки за осигуряване на по-висока мощност.Варирането на технологичните параметри на такива микроструктури и наноструктури ще даде възможност да се изследва влиянието им върху топологията на повърхността.Клетките ще бъдат тествани за енергията, която произвеждат, когато са изложени на експериментално контролирани нива на електромагнитна светлина.Ще бъде установена пряка връзка между ефективността на клетката и текстурата на повърхността.
Композитите с метална матрица (MMC) бързо се превръщат в основни кандидати за ролята на структурни материали в инженерството и електрониката.Алуминий (Al) и мед (Cu), подсилени със SiC поради техните отлични термични свойства (напр. нисък коефициент на термично разширение (CTE), висока топлопроводимост) и подобрени механични свойства (напр. по-висока специфична якост, по-добра производителност).Той се използва широко в различни индустрии за устойчивост на износване и специфичен модул.Напоследък тези висококерамични MMCs се превърнаха в друга тенденция за приложения за контрол на температурата в електронни пакети.Обикновено в пакетите на захранващи устройства алуминият (Al) или медта (Cu) се използват като радиатор или основна плоча за свързване към керамичния субстрат, който носи чипа и свързаните щифтови структури.Голямата разлика в коефициента на термично разширение (CTE) между керамика и алуминий или мед е неблагоприятна, защото намалява надеждността на опаковката и също така ограничава размера на керамичния субстрат, който може да бъде прикрепен към субстрата.
Като се има предвид този недостатък, сега е възможно да се разработят, изследват и характеризират нови материали, които отговарят на тези изисквания за термично подобрени материали.С подобрена топлопроводимост и коефициент на термично разширение (CTE), MMC CuSiC и AlSiC вече са жизнеспособни решения за опаковки на електроника.Тази работа ще оцени уникалните термофизични свойства на тези MMC и техните възможни приложения за управление на топлината на електронни пакети.
Петролните компании изпитват значителна корозия в зоната на заваряване на системи от нефтената и газовата промишленост, направени от въглеродни и нисколегирани стомани.В среди, съдържащи CO2, щетите от корозия обикновено се приписват на разликите в якостта на защитните корозионни филми, отложени върху различни микроструктури от въглеродна стомана.Локалната корозия в заваръчния метал (WM) и термично засегнатата зона (HAZ) се дължи главно на галванични ефекти, дължащи се на разликите в състава и микроструктурата на сплавта.Микроструктурните характеристики на основния метал (PM), WM и HAZ бяха изследвани, за да се разбере ефектът на микроструктурата върху корозионното поведение на заварени съединения от мека стомана.Тестовете за корозия бяха проведени в 3,5% разтвор на NaCl, наситен с CO2 при деоксигенирани условия при стайна температура (20±2°C) и pH 4,0±0,3.Характеризирането на корозионното поведение беше извършено с помощта на електрохимични методи за определяне на потенциала на отворена верига, потенциодинамично сканиране и линейно поляризационно съпротивление, както и обща металографска характеристика с помощта на оптична микроскопия.Основните открити морфологични фази са игловиден ферит, задържан аустенит и мартензитно-бейнитна структура в WM.Те са по-рядко срещани в HAZ.Установено е значително различно електрохимично поведение и скорости на корозия в PM, VM и HAZ.
Работата, обхваната от този проект, е насочена към подобряване на електрическата ефективност на потопяемите помпи.Изискванията към помпената индустрия да се движи в тази посока напоследък се увеличиха с въвеждането на ново законодателство на ЕС, изискващо индустрията като цяло да постигне нови и по-високи нива на ефективност.Тази статия анализира използването на охлаждаща риза за охлаждане на областта на соленоида на помпата и предлага подобрения в дизайна.По-специално се характеризира потокът на флуида и преносът на топлина в охлаждащите кожуси на работещите помпи.Подобренията в дизайна на кожуха ще осигурят по-добро пренасяне на топлина към областта на двигателя на помпата, което ще доведе до подобрена ефективност на помпата, като същевременно се намали индуцираното съпротивление.За тази работа към съществуващия тестов резервоар от 250 m3 беше добавена система за изпитване на помпа, монтирана на сухо.Това позволява високоскоростно проследяване с камера на полето на потока и термично изображение на корпуса на помпата.Полето на потока, валидирано чрез CFD анализ, позволява експериментиране, тестване и сравнение на алтернативни дизайни, за да се поддържат работните температури възможно най-ниски.Оригиналният дизайн на полюсната помпа M60-4 издържа на максимална външна температура на корпуса на помпата от 45°C и максимална температура на статора от 90°C.Анализът на различни дизайни на модели показва кои дизайни са по-полезни за по-ефективни системи и кои не трябва да се използват.По-специално, дизайнът на интегрираната охлаждаща бобина няма подобрение спрямо оригиналния дизайн.Увеличаването на броя на лопатките на работното колело от четири на осем намали работната температура, измерена в корпуса, със седем градуса по Целзий.
Комбинацията от висока плътност на мощността и намалено време на експозиция при обработката на метал води до промяна в микроструктурата на повърхността.Получаването на оптимална комбинация от параметри на лазерния процес и скорост на охлаждане е от решаващо значение за промяна на структурата на зърното и подобряване на трибологичните свойства на повърхността на материала.Основната цел на това изследване беше да се изследва ефектът от бързата импулсна лазерна обработка върху трибологичните свойства на наличните в търговската мрежа метални биоматериали.Тази работа е посветена на лазерна повърхностна модификация на неръждаема стомана AISI 316L и Ti-6Al-4V.1,5 kW импулсен CO2 лазер беше използван за изследване на влиянието на различни параметри на лазерния процес и получената повърхностна микроструктура и морфология.С помощта на цилиндрична проба, завъртяна перпендикулярно на посоката на лазерното лъчение, интензитетът на лазерното лъчение, времето на експозиция, плътността на енергийния поток и ширината на импулса се променят.Характеризирането беше извършено с помощта на SEM, EDX, измервания на грапавостта на иглата и XRD анализ.Също така беше внедрен модел за прогнозиране на температурата на повърхността, за да се зададат първоначалните параметри на експерименталния процес.След това беше извършено картографиране на процеса, за да се определят редица специфични параметри за лазерно третиране на повърхността на разтопената стомана.Има силна зависимост между осветеността, времето на експозиция, дълбочината на обработка и грапавостта на обработената проба.Повишената дълбочина и грапавост на микроструктурните промени са свързани с по-високи нива на експозиция и време на експозиция.Чрез анализиране на грапавостта и дълбочината на третираната зона се използват модели на енергиен поток и температура на повърхността, за да се предвиди степента на топене, която ще настъпи на повърхността.Тъй като времето на взаимодействие на лазерния лъч се увеличава, грапавостта на повърхността на стоманата се увеличава за различни изследвани нива на импулсна енергия.Докато се наблюдава, че повърхностната структура запазва нормалното подреждане на кристалите, се наблюдават промени в ориентацията на зърната в третираните с лазер зони.
Анализ и характеризиране на поведението на тъканния стрес и неговите последици за дизайна на скелето
В този проект бяха разработени няколко различни геометрии на скеле и беше извършен анализ на крайните елементи, за да се разберат механичните свойства на костната структура, тяхната роля в развитието на тъканите и максималното разпределение на напрежението и напрежението в скелето.Бяха събрани сканирания с компютърна томография (CT) на трабекуларни костни проби в допълнение към структурите на скелето, проектирани с CAD.Тези проекти ви позволяват да създавате и тествате прототипи, както и да изпълнявате FEM на тези проекти.Бяха извършени механични измервания на микродеформации върху изработени скелета и трабекуларни образци на костта на главата на бедрената кост и тези резултати бяха сравнени с тези, получени от FEA за същите структури.Смята се, че механичните свойства зависят от проектираната форма на порите (структура), размера на порите (120, 340 и 600 µm) и условията на натоварване (със или без блокове за натоварване).Промените в тези параметри бяха изследвани за порести рамки от 8 mm3, 22,7 mm3 и 1000 mm3, за да се проучи изчерпателно техният ефект върху разпределението на напрежението.Резултатите от експериментите и симулациите показват, че геометричният дизайн на структурата играе важна роля в разпределението на напрежението и подчертават големия потенциал на дизайна на рамката за подобряване на костната регенерация.Като цяло размерът на порите е по-важен от нивото на порьозност при определяне на общото максимално ниво на напрежение.Въпреки това, нивото на порьозност също е важно при определяне на остеопроводимостта на структурите на скелето.Тъй като нивото на порьозност се увеличава от 30% на 70%, максималната стойност на напрежение се увеличава значително за същия размер на порите.
Размерът на порите на скелето също е важен за метода на производство.Всички съвременни методи за бързо прототипиране имат определени ограничения.Докато конвенционалното производство е по-гъвкаво, по-сложните и по-малки дизайни често са невъзможни за производство.Повечето от тези технологии понастоящем номинално не могат да произведат устойчиво пори под 500 µm.По този начин резултатите с размер на порите от 600 µm в тази работа са най-подходящи за производствените възможности на настоящите технологии за бързо производство.Представената шестоъгълна структура, макар и разглеждана само в една посока, би била най-анизотропната структура в сравнение със структурите, базирани на куб и триъгълник.Кубичните и триъгълните структури са относително изотропни в сравнение с шестоъгълните структури.Анизотропията е важна при разглеждане на остеопроводимостта на проектираното скеле.Разпределението на напрежението и местоположението на отвора влияят върху процеса на ремоделиране и различните условия на натоварване могат да променят максималната стойност на напрежението и неговото местоположение.Преобладаващата посока на натоварване трябва да насърчава размера и разпределението на порите, за да позволи на клетките да растат в по-големи пори и да осигурят хранителни вещества и строителни материали.Друго интересно заключение от тази работа, чрез изследване на разпределението на напрежението в напречното сечение на стълбовете, е, че по-високи стойности на напрежението се записват на повърхността на стълбовете в сравнение с центъра.В тази работа беше показано, че размерът на порите, нивото на порьозност и методът на натоварване са тясно свързани с нивата на напрежение, изпитвани в структурата.Тези открития демонстрират възможността за създаване на подпорни структури, при които нивата на напрежение върху повърхността на подпората могат да варират в по-голяма степен, което може да насърчи клетъчното прикрепване и растеж.
Синтетичните костни заместители предлагат възможност за индивидуално приспособяване на свойствата, преодоляване на ограничената наличност на донори и подобряване на остеоинтеграцията.Костното инженерство има за цел да се справи с тези проблеми чрез осигуряване на висококачествени присадки, които могат да бъдат доставени в големи количества.В тези приложения както вътрешната, така и външната геометрия на скелето са от голямо значение, тъй като те имат значително влияние върху механичните свойства, пропускливостта и клетъчната пролиферация.Технологията за бързо прототипиране позволява използването на нестандартни материали със зададена и оптимизирана геометрия, произведени с висока прецизност.Тази статия изследва способността на техниките за 3D печат да произвеждат сложни геометрии на скелетни скелета, използвайки биосъвместими калциево-фосфатни материали.Предварителните проучвания на патентования материал показват, че предвиденото насочено механично поведение може да бъде постигнато.Действителните измервания на насочените механични свойства на произведените проби показват същите тенденции като резултатите от анализа на крайните елементи (FEM).Тази работа също демонстрира осъществимостта на 3D принтирането за изработване на геометрични скелета за тъканно инженерство от биосъвместим калциев фосфатен цимент.Рамките са направени чрез отпечатване с воден разтвор на динатриев хидроген фосфат върху прахов слой, състоящ се от хомогенна смес от калциев хидроген фосфат и калциев хидроксид.Реакцията на мокрото химическо отлагане протича в праховия слой на 3D принтера.Бяха направени твърди проби за измерване на механичните свойства на обемната компресия на произведения калциево-фосфатен цимент (CPC).Така произведените части имат среден модул на еластичност от 3,59 MPa и средна якост на натиск от 0,147 MPa.Агломерирането води до значително увеличаване на свойствата на компресия (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), но намалява специфичната повърхност на материала.В резултат на синтероването калциево-фосфатният цимент се разлага на β-трикалциев фосфат (β-TCP) и хидроксиапатит (HA), което се потвърждава от данните от термогравиметричен и диференциален термичен анализ (TGA/DTA) и рентгенов дифракционен анализ ( XRD).свойствата са недостатъчни за силно натоварени импланти, където изискваната якост е от 1,5 до 150 MPa, а твърдостта на натиск надвишава 10 MPa.Въпреки това, по-нататъшната последваща обработка, като инфилтрация с биоразградими полимери, може да направи тези структури подходящи за приложения на стентове.
Цел: Изследванията в областта на механиката на почвата показват, че вибрацията, приложена към агрегатите, води до по-ефективно подреждане на частиците и намаляване на енергията, необходима за въздействие върху агрегата.Нашата цел беше да разработим метод за въздействие на вибрациите върху процеса на удар на костта и да оценим ефекта му върху механичните свойства на ударените присадки.
Фаза 1: Смилане на 80 глави говежди бедрена кост с помощта на костна мелница Noviomagus.След това присадките се промиват с помощта на импулсна система за промиване с физиологичен разтвор върху ситова тава.Разработено е виброударно устройство, оборудвано с два 15 V DC двигателя с ексцентрични тежести, фиксирани в метален цилиндър.Хвърлете върху него тежест от дадена височина 72 пъти, за да възпроизведете процеса на удряне на кост.Беше тестван честотният диапазон на вибрациите, измерен с акселерометър, монтиран във вибрационната камера.След това всеки тест на срязване се повтаря при четири различни нормални натоварвания, за да се получи поредица от криви напрежение-деформация.За всеки тест бяха конструирани обвивки на Mohr-Coulomb, от които бяха получени стойностите на якост на срязване и блокиране.
Фаза 2: Повторете експеримента, като добавите кръв, за да възпроизведете богатата среда, срещана в хирургически условия.
Етап 1: Присадките с повишена вибрация при всички честоти на вибрация показват по-висока якост на срязване в сравнение с удар без вибрация.Вибрацията при 60 Hz имаше най-голямо въздействие и беше значителна.
Етап 2: Присаждането с допълнително вибрационно въздействие в наситени агрегати показва по-ниска якост на срязване за всички нормални натоварвания на натиск, отколкото удар без вибрации.
Заключение: Принципите на строителното инженерство са приложими при имплантирането на имплантираната кост.В сухите агрегати добавянето на вибрация може да подобри механичните свойства на ударните частици.В нашата система оптималната честота на вибрация е 60 Hz.В наситените агрегати увеличаването на вибрациите влияе неблагоприятно върху якостта на срязване на агрегата.Това може да се обясни с процеса на втечняване.
Целта на тази работа беше да се проектира, изгради и тества система, която може да безпокои субектите, стоящи върху нея, за да се оцени тяхната способност да реагират на тези промени.Това може да стане чрез бързо накланяне на повърхността, върху която стои човекът, и след това връщане в хоризонтална позиция.От това е възможно да се определи дали субектите са успели да поддържат състояние на равновесие и колко време им е отнело да възстановят това състояние на равновесие.Това състояние на равновесие ще бъде определено чрез измерване на постуралното влияние на субекта.Тяхното естествено постурално люлеене беше измерено с профилен панел за натиск на краката, за да се определи колко е люлеенето по време на теста.Системата също така е проектирана да бъде по-гъвкава и достъпна от наличните в момента в търговската мрежа, тъй като, въпреки че тези машини са важни за научните изследвания, те в момента не се използват широко поради високата им цена.Новоразработената система, представена в тази статия, е използвана за преместване на тестови обекти с тегло до 100 kg.
В тази работа шест лабораторни експеримента в областта на инженерните и физическите науки са предназначени да подобрят учебния процес за учениците.Това се постига чрез инсталиране и създаване на виртуални инструменти за тези експерименти.Използването на виртуални инструменти се сравнява директно с традиционните лабораторни методи на обучение и се обсъжда основата за развитието на двата подхода.Предишна работа, използваща компютърно подпомагано обучение (CBL) в подобни проекти, свързани с тази работа, е използвана за оценка на някои от предимствата на виртуалните инструменти, особено тези, свързани с повишен интерес на учениците, задържане на паметта, разбиране и в крайна сметка лабораторни доклади..свързани ползи.Виртуалният експеримент, обсъден в това проучване, е преработена версия на експеримента с традиционен стил и по този начин осигурява директно сравнение на новата техника на CBL с лабораторията за традиционен стил.Няма концептуална разлика между двете версии на експеримента, разликата е само в начина на представяне.Ефективността на тези CBL методи беше оценена чрез наблюдение на представянето на учениците, използващи виртуалния инструмент, в сравнение с други ученици в същия клас, изпълняващи традиционния експериментален режим.Всички ученици се оценяват чрез изпращане на доклади, въпроси с множество отговори, свързани с техните експерименти и въпросници.Резултатите от това проучване също бяха сравнени с други свързани проучвания в областта на CBL.
Време на публикуване: 19 февруари 2023 г