Целью данной работы является разработка автоматизированного процесса лазерной обработки с высокой размерной точностью и заданными затратами процесса.Эта работа включает анализ моделей прогнозирования размеров и стоимости лазерного изготовления внутренних микроканалов Nd:YVO4 в ПММА и внутренней лазерной обработки поликарбоната для изготовления микрофлюидных устройств.Для достижения этих целей проекта ANN и Министерство энергетики сравнили размер и стоимость лазерных систем CO2 и Nd:YVO4.Реализована полная реализация управления с обратной связью с субмикронной точностью линейного позиционирования с обратной связью от энкодера.В частности, автоматизация лазерного излучения и позиционирования образца контролируется ПЛИС.Глубокое знание рабочих процедур и программного обеспечения системы Nd:YVO4 позволило заменить блок управления на программируемый контроллер автоматизации Compact-Rio (PAC), что было выполнено на этапе 3D-позиционирования с обратной связью высокого разрешения в субмикронных энкодерах LabVIEW Code Control. .Полная автоматизация этого процесса в коде LabVIEW находится в разработке.Текущая и будущая работа включает в себя измерения точности размеров, прецизионности и воспроизводимости систем проектирования, а также соответствующую оптимизацию геометрии микроканалов для изготовления микрофлюидных и лабораторных устройств на кристалле для химических/аналитических приложений и науки о разделении.
Многочисленные применения формованных деталей из полутвердого металла (SSM) требуют отличных механических свойств.Выдающиеся механические свойства, такие как износостойкость, высокая прочность и жесткость, зависят от особенностей микроструктуры, создаваемой сверхмелким размером зерна.Этот размер зерна обычно зависит от оптимальной технологичности SSM.Однако отливки из SSM часто содержат остаточную пористость, которая крайне вредна для производительности.В этой работе будут изучены важные процессы формования полутвердых металлов для получения деталей более высокого качества.Эти детали должны иметь пониженную пористость и улучшенные микроструктурные характеристики, в том числе сверхмелкую зернистость и равномерное распределение упрочняющих выделений и легирующего микроэлементного состава.В частности, будет проанализировано влияние метода предварительной температурно-временной обработки на развитие желаемой микроструктуры.Будут исследованы свойства, возникающие в результате улучшения массы, такие как увеличение прочности, твердости и жесткости.
Данная работа представляет собой исследование лазерной модификации поверхности инструментальной стали Н13 в режиме импульсной лазерной обработки.Первоначальный план экспериментального скрининга привел к созданию более оптимизированного детального плана.Используется лазер на диоксиде углерода (CO2) с длиной волны 10,6 мкм.В экспериментальном плане исследования использовались лазерные пятна трех разных размеров: диаметром 0,4, 0,2 и 0,09 мм.Другими контролируемыми параметрами являются пиковая мощность лазера, частота повторения импульсов и перекрытие импульсов.Газ аргон под давлением 0,1 МПа постоянно помогает лазерной обработке.Образцу H13 перед обработкой придали шероховатость и подвергли химическому травлению, чтобы увеличить поглощающую способность поверхности на длине волны CO2-лазера.Обработанные лазером образцы были подготовлены для металлографических исследований и охарактеризованы их физико-механические свойства.Металлографические исследования и анализ химического состава проводили с помощью сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектрометрией.Детекцию кристалличности и фазы модифицированной поверхности осуществляли с помощью рентгеновской системы с использованием CuKα-излучения и длины волны 1,54 Å.Профиль поверхности измеряется с помощью системы профилирования щупа.Твердость модифицированных поверхностей измеряли методом алмазного микроиндентирования по Виккерсу.Влияние шероховатости поверхности на усталостные свойства модифицированных поверхностей исследовали с помощью специально изготовленной системы термической усталости.Было обнаружено, что можно получить модифицированные поверхностные зерна сверхмелких размеров менее 500 нм.Улучшенная глубина поверхности в диапазоне от 35 до 150 мкм была достигнута на обработанных лазером образцах H13.Кристалличность модифицированной поверхности Н13 существенно снижается, что связано с хаотичным распределением кристаллитов после лазерной обработки.Минимальная скорректированная средняя шероховатость поверхности H13 Ra составляет 1,9 мкм.Еще одним важным открытием является то, что твердость модифицированной поверхности H13 варьируется от 728 до 905 HV0,1 при различных настройках лазера.Для дальнейшего понимания влияния параметров лазера была установлена связь между результатами термического моделирования (скоростью нагрева и охлаждения) и результатами твердости.Эти результаты важны для разработки методов поверхностного упрочнения для повышения износостойкости и теплозащитных покрытий.
Параметрические ударные свойства цельных спортивных мячей с целью разработки типовых сердечников для слиотара GAA
Основная цель данного исследования — охарактеризовать динамическое поведение ядра слиотара при ударе.Вязкоупругие характеристики мяча были определены для диапазона скоростей удара.Современные полимерные сферы чувствительны к скорости деформации, тогда как традиционные многокомпонентные сферы зависят от деформации.Нелинейный вязкоупругий отклик определяется двумя значениями жесткости: начальной жесткостью и объемной жесткостью.Традиционные мячи в 2,5 раза жестче современных, в зависимости от скорости.Более высокая скорость увеличения жесткости обычных мячей приводит к более нелинейной зависимости COR от скорости по сравнению с современными мячами.Результаты динамической жесткости показывают ограниченную применимость квазистатических испытаний и уравнений теории пружины.Анализ поведения сферической деформации показывает, что смещение центра тяжести и диаметральное сжатие не являются последовательными для всех типов сфер.Посредством обширных экспериментов по прототипированию было исследовано влияние условий производства на характеристики мяча.Производственные параметры температуры, давления и состава материала варьировались для производства различных шариков.Твердость полимера влияет на жесткость, но не на рассеивание энергии: увеличение жесткости увеличивает жесткость мяча.Зародышеобразователи влияют на реакционную способность шара, увеличение количества добавок приводит к снижению реакционной способности шара, но этот эффект чувствителен к марке полимера.Численный анализ проводился с использованием трех математических моделей для моделирования реакции мяча на удар.Первая модель оказалась способна лишь в ограниченной степени воспроизвести поведение мяча, хотя ранее она успешно применялась на других типах шаров.Вторая модель продемонстрировала разумное представление реакции мяча на удар, которое в целом было применимо ко всем протестированным типам мячей, но точность прогнозирования реакции силы-перемещения была не такой высокой, как требовалось бы для крупномасштабной реализации.Третья модель показала значительно лучшую точность при моделировании реакции мяча.Значения силы, генерируемые моделью для этой модели, на 95% соответствуют экспериментальным данным.
Эта работа достигла двух основных целей.Одним из них является разработка и производство высокотемпературного капиллярного вискозиметра, а вторым — моделирование течения полутвердого металла, которое помогает в проектировании и предоставляет данные для целей сравнения.Был изготовлен высокотемпературный капиллярный вискозиметр, который использовался для первоначальных испытаний.Прибор будет использоваться для измерения вязкости полутвердых металлов в условиях высоких температур и скоростей сдвига, аналогичных тем, которые используются в промышленности.Капиллярный вискозиметр представляет собой одноточечную систему, которая может рассчитывать вязкость путем измерения расхода и падения давления в капилляре, поскольку вязкость прямо пропорциональна перепаду давления и обратно пропорциональна расходу.Критерии проектирования включают требования к хорошо контролируемой температуре до 800°C, скорости сдвига при впрыске выше 10 000 с-1 и контролируемым профилям впрыска.Двумерная двухфазная теоретическая нестационарная модель была разработана с использованием программного обеспечения FLUENT для вычислительной гидродинамики (CFD).Это использовалось для оценки вязкости полутвердых металлов при их прохождении через сконструированный капиллярный вискозиметр при скоростях впрыска 0,075, 0,5 и 1 м/с.Также исследовалось влияние доли металлических твердых частиц (fs) от 0,25 до 0,50.Для степенного уравнения вязкости, использованного для разработки модели Fluent, была отмечена сильная корреляция между этими параметрами и результирующей вязкостью.
В данной статье исследуется влияние параметров процесса на производство композитов с металлической матрицей Al-SiC (MMC) в процессе периодического компостирования.Изученные параметры процесса включали скорость мешалки, время перемешивания, геометрию мешалки, положение мешалки, температуру металлической жидкости (вязкость).Визуальное моделирование проводилось при комнатной температуре (25±С), компьютерное моделирование и проверочные испытания для производства ММК Al-SiC.В визуальном и компьютерном моделировании вода и глицерин/вода использовались для обозначения жидкого и полутвердого алюминия соответственно.Было исследовано влияние вязкостей 1, 300, 500, 800 и 1000 мПа·с и скоростей перемешивания 50, 100, 150, 200, 250 и 300 об/мин.10 рулонов за штуку.% армированных частиц SiC, аналогичных тем, которые используются в алюминиевом ММК, использовались при визуализации и вычислительных тестах.Тесты визуализации проводились в прозрачных стеклянных стаканах.Компьютерное моделирование проводилось с использованием Fluent (программа CFD) и дополнительного пакета MixSim.Сюда входит двумерное осесимметричное многофазное моделирование производственных маршрутов с использованием эйлеровой (гранулярной) модели.Установлена зависимость времени диспергирования частиц, времени осаждения и высоты вихря от геометрии перемешивания и скорости вращения мешалки.Было обнаружено, что для мешалки с лопастями угол наклона лопастей 60 градусов лучше подходит для быстрого получения однородной дисперсии частиц.В результате этих испытаний было обнаружено, что для получения равномерного распределения SiC скорость перемешивания составляла 150 об/мин для системы вода-SiC и 300 об/мин для системы глицерин/вода-SiC.Было обнаружено, что увеличение вязкости с 1 мПа·с (для жидкого металла) до 300 мПа·с (для полутвердого металла) оказало огромное влияние на дисперсию и время осаждения SiC.Однако дальнейшее увеличение с 300 мПа·с до 1000 мПа·с мало влияет на это время.Значительная часть этой работы включала проектирование, изготовление и проверку специальной машины для быстрого затвердевания для этого метода высокотемпературной обработки.Машина состоит из мешалки с четырьмя плоскими лопастями, расположенными под углом 60 градусов, и тигля в топочной камере с резистивным нагревом.В состав установки входит исполнительный механизм, быстро тушащий обрабатываемую смесь.Данное оборудование используется для производства композиционных материалов Al-SiC.В целом было обнаружено хорошее согласие между результатами визуализации, расчета и экспериментальных испытаний.
Существует множество различных методов быстрого прототипирования (RP), которые были разработаны для крупномасштабного использования, главным образом, в последнее десятилетие.В системах быстрого прототипирования, доступных сегодня на рынке, используются различные технологии с использованием бумаги, воска, светоотверждаемых смол, полимеров и новых металлических порошков.Проект включал в себя метод быстрого прототипирования Fused Deposition Modeling, впервые коммерциализированный в 1991 году. В этой работе была разработана и использована новая версия системы для моделирования методом наплавки с использованием воска.В этом проекте описывается базовая конструкция системы и метод нанесения воска.Машины FDM создают детали путем выдавливания полурасплавленного материала на платформу по заданной схеме через нагретые сопла.Экструзионное сопло установлено на XY-столе, управляемом компьютерной системой.В сочетании с автоматическим контролем плунжерного механизма и положением отсадочной машины получаются точные модели.Отдельные слои воска накладываются друг на друга для создания 2D- и 3D-объектов.Также были проанализированы свойства воска для оптимизации процесса производства моделей.К ним относятся температура фазового перехода воска, вязкость воска и форма капли воска во время обработки.
За последние пять лет исследовательские группы в научном кластере Дублинского отделения городского университета разработали два процесса лазерной микрообработки, которые позволяют создавать каналы и вокселы с воспроизводимым разрешением микронного масштаба.Основное внимание в этой работе уделяется использованию специальных материалов для выделения целевых биомолекул.Предварительная работа показывает, что можно создать новую морфологию капиллярного смешивания и поверхностных каналов для улучшения возможностей разделения.Эта работа будет сосредоточена на применении доступных инструментов микрообработки для проектирования геометрии поверхности и каналов, которые обеспечат улучшенное разделение и характеристику биологических систем.Применение этих систем будет следовать подходу «лаборатория на чипе» для целей биодиагностики.Устройства, изготовленные по разработанной технологии, будут использоваться в микрофлюидной лаборатории проекта на чипе.Цель проекта — использовать методы экспериментального проектирования, оптимизации и моделирования, чтобы обеспечить прямую связь между параметрами лазерной обработки и характеристиками микро- и наноразмерных каналов, а также использовать эту информацию для улучшения каналов разделения в этих микротехнологиях.Конкретные результаты работы включают в себя: проектирование каналов и морфологию поверхности для улучшения науки разделения;монолитные стадии откачки и экстракции в интегрированных чипах;разделение выбранных и извлеченных целевых биомолекул на интегрированных чипах.
Создание и контроль временных градиентов температуры и продольных профилей вдоль капиллярных колонок ЖХ с использованием матриц Пельтье и инфракрасной термографии.
Разработана новая контактная платформа для точного контроля температуры капиллярных колонок на основе использования последовательно расположенных индивидуально управляемых термоэлектрических ячеек Пельтье.Платформа обеспечивает быстрый контроль температуры капиллярных и микроколонок ЖХ и позволяет одновременно программировать временные и пространственные температуры.Платформа работает в диапазоне температур от 15 до 200°C со скоростью изменения температуры примерно 400°C/мин для каждой из 10 выровненных ячеек Пельтье.Система была оценена для нескольких нестандартных режимов капиллярных измерений, таких как прямое применение температурных градиентов с линейными и нелинейными профилями, включая статические градиенты температуры колонки и временные градиенты температуры, точные градиенты с контролируемой температурой, монолитный полимеризованный капилляр. стационарные фазы и изготовление монолитных фаз в микрофлюидных каналах (на чипе).Прибор можно использовать со стандартными и колоночными хроматографическими системами.
Электрогидродинамическая фокусировка в двумерном планарном микрофлюидном устройстве для концентрирования малых аналитов
Эта работа включает в себя электрогидродинамическую фокусировку (EHDF) и перенос фотонов, чтобы помочь в разработке предварительного обогащения и идентификации видов.EHDF — это метод ионно-сбалансированной фокусировки, основанный на установлении баланса между гидродинамическими и электрическими силами, при котором интересующие ионы становятся стационарными.В этом исследовании представлен новый метод с использованием 2D плоского микрофлюидного устройства с открытым 2D плоским пространством вместо традиционной микроканальной системы.Такие устройства позволяют концентрировать большие количества веществ и относительно просты в изготовлении.В этом исследовании представлены результаты недавно разработанного моделирования с использованием COMSOL Multiphysicals® 3.5a.Результаты этих моделей сравнивались с экспериментальными результатами для проверки выявленной геометрии потока и областей высокой концентрации.Разработанная численная микрофлюидная модель сравнивалась с ранее опубликованными экспериментами, и результаты оказались очень согласованными.На основе этого моделирования был исследован новый тип корабля, обеспечивающий оптимальные условия для EHDF.Результаты экспериментов с использованием чипа превзошли производительность модели.В изготовленных микрофлюидных чипах наблюдался новый режим, названный латеральным ЭГДП, когда исследуемое вещество фокусировалось перпендикулярно приложенному напряжению.Потому что обнаружение и визуализация являются ключевыми аспектами таких систем предварительного обогащения и идентификации видов.Представлены численные модели и экспериментальная проверка распространения света и распределения интенсивности света в двумерных микрофлюидных системах.Разработанная численная модель распространения света была успешно проверена экспериментально как по фактическому пути света через систему, так и по распределению интенсивности, что дало результаты, которые могут представлять интерес для оптимизации систем фотополимеризации, а также для систем оптического детектирования. с помощью капилляров..
В зависимости от геометрии микроструктуры могут использоваться в телекоммуникациях, микрофлюидике, микросенсорах, хранилищах данных, резке стекла и декоративной маркировке.В данной работе исследована связь настроек параметров лазерной системы Nd:YVO4 и CO2 с размером и морфологией микроструктур.Исследуемые параметры лазерной системы включают мощность P, частоту повторения импульсов PRF, количество импульсов N и скорость сканирования U. Измеренные выходные размеры включают эквивалентные диаметры вокселей, а также ширину микроканала, глубину и шероховатость поверхности.Была разработана система 3D-микрообработки с использованием лазера Nd:YVO4 (2,5 Вт, 1,604 мкм, 80 нс) для изготовления микроструктур внутри образцов поликарбоната.Микроструктурные воксели имеют диаметр от 48 до 181 мкм.Система также обеспечивает точную фокусировку за счет использования объективов микроскопа для создания более мелких вокселей размером от 5 до 10 мкм в образцах известково-натриевого стекла, кварца и сапфира.CO2-лазер (1,5 кВт, 10,6 мкм, минимальная длительность импульса 26 мкс) использовался для создания микроканалов в образцах известково-натриевого стекла.Форма поперечного сечения микроканалов широко варьировалась между V-образными канавками, U-образными канавками и поверхностными участками абляции.Размеры микроканалов также сильно различаются: от 81 до 365 мкм в ширину, от 3 до 379 мкм в глубину и шероховатость поверхности от 2 до 13 мкм в зависимости от установки.Размеры микроканалов исследовались в соответствии с параметрами лазерной обработки с использованием методологии поверхности отклика (RSM) и планирования экспериментов (DOE).Собранные результаты были использованы для изучения влияния параметров процесса на объемную и массовую скорость абляции.Кроме того, была разработана математическая модель теплового процесса, которая помогает понять процесс и позволяет спрогнозировать топологию канала до фактического изготовления.
Метрологическая отрасль постоянно ищет новые способы точного и быстрого исследования и оцифровки топографии поверхности, включая расчет параметров шероховатости поверхности и создание облаков точек (наборов трехмерных точек, описывающих одну или несколько поверхностей) для моделирования или обратного проектирования.системы существуют, и популярность оптических систем за последнее десятилетие возросла, но большинство оптических профилировщиков дороги в покупке и обслуживании.В зависимости от типа системы оптические профилометры также могут быть сложны в проектировании, а их хрупкость может оказаться непригодной для большинства цеховых или заводских применений.Этот проект охватывает разработку профилировщика, использующего принципы оптической триангуляции.Разработанная система имеет площадь стола сканирования 200 х 120 мм и диапазон измерений по вертикали 5 мм.Положение лазерного датчика над поверхностью цели также регулируется на 15 мм.Разработана управляющая программа для автоматического сканирования выбранных пользователем деталей и участков поверхности.Эта новая система отличается точностью размеров.Измеренная максимальная косинусная погрешность системы составляет 0,07°.Динамическая точность системы измеряется на уровне 2 мкм по оси Z (высота) и около 10 мкм по осям X и Y.Соотношение размеров отсканированных частей (монеты, винты, шайбы и матрицы для оптоволоконных линз) было хорошим.Также будет обсуждаться тестирование системы, включая ограничения профилировщика и возможные улучшения системы.
Целью этого проекта является разработка и характеристика новой оптической высокоскоростной онлайн-системы для контроля поверхностных дефектов.Система управления основана на принципе оптической триангуляции и обеспечивает бесконтактный метод определения трехмерного профиля диффузных поверхностей.Основные компоненты системы разработки включают диодный лазер, CMOS-камеру CCf15 и два серводвигателя, управляемых ПК.Перемещение образца, захват изображения и трехмерное профилирование поверхности программируются в программном обеспечении LabView.Проверку полученных данных можно облегчить, создав программу виртуального рендеринга 3D-сканированной поверхности и рассчитав необходимые параметры шероховатости поверхности.Серводвигатели используются для перемещения образца в направлениях X и Y с разрешением 0,05 мкм.Разработанный бесконтактный онлайн-профилировщик поверхности может выполнять быстрое сканирование и проверку поверхности с высоким разрешением.Разработанная система успешно используется для автоматического создания 2D-профилей поверхности, 3D-профилей поверхности и измерения шероховатости поверхности различных материалов образцов.Оборудование для автоматизированного контроля имеет площадь сканирования XY 12 х 12 мм.Для характеристики и калибровки разработанной системы профилирования профиль поверхности, измеренный системой, сравнивался с той же поверхностью, измеренной с помощью оптического микроскопа, бинокулярного микроскопа, АСМ и Mitutoyo Surftest-402.
Требования к качеству изделий и используемых в них материалов становятся все более жесткими.Решением многих проблем визуального обеспечения качества (QA) является использование автоматизированных систем контроля поверхности в режиме реального времени.Это требует однородного качества продукции при высокой производительности.Поэтому необходимы системы, способные на 100% тестировать материалы и поверхности в режиме реального времени.Для достижения этой цели эффективным решением является сочетание лазерных технологий и технологий компьютерного управления.В данной работе была разработана высокоскоростная, недорогая и высокоточная система бесконтактного лазерного сканирования.Система способна измерять толщину твердых непрозрачных объектов, используя принцип лазерной оптической триангуляции.Разработанная система обеспечивает точность и воспроизводимость измерений на уровне микрометра.
Целью этого проекта является проектирование и разработка системы лазерного контроля для обнаружения поверхностных дефектов и оценка ее потенциала для высокоскоростных поточных применений.Основными компонентами системы обнаружения являются лазерный диодный модуль в качестве источника освещения, КМОП-камера произвольного доступа в качестве блока детектирования и этап трансляции XYZ.Разработаны алгоритмы анализа данных, полученных при сканировании различных поверхностей образцов.Система управления основана на принципе оптической триангуляции.Лазерный луч падает на поверхность образца под углом.Разница в высоте поверхности затем принимается за горизонтальное перемещение лазерного пятна по поверхности образца.Это позволяет проводить измерения высоты методом триангуляции.Разработанная система обнаружения сначала калибруется для получения коэффициента преобразования, который будет отражать связь между смещением точки, измеряемым датчиком, и вертикальным смещением поверхности.Эксперименты проводились на различных поверхностях материалов образцов: латуни, алюминия и нержавеющей стали.Разработанная система способна точно формировать 3D топографическую карту дефектов, возникающих в процессе эксплуатации.Было достигнуто пространственное разрешение около 70 мкм и разрешение по глубине 60 мкм.Работоспособность системы также проверяется путем измерения точности измеренных расстояний.
Системы высокоскоростного волоконного лазерного сканирования используются в автоматизированных промышленных производственных средах для обнаружения дефектов поверхности.Более современные методы обнаружения поверхностных дефектов включают использование оптических волокон для освещения и обнаружения компонентов.В диссертацию входит проектирование и разработка новой быстродействующей оптоэлектронной системы.В этой статье исследуются два источника светодиодов: светодиоды (светоизлучающие диоды) и лазерные диоды.Ряд из пяти излучающих диодов и пяти приемных фотодиодов расположен напротив друг друга.Сбор данных контролируется и анализируется на ПК с использованием программного обеспечения LabVIEW.Система используется для измерения размеров поверхностных дефектов, таких как отверстия (1 мм), глухие отверстия (2 мм) и насечки в различных материалах.Результаты показывают, что, хотя система в первую очередь предназначена для 2D-сканирования, она также может работать как ограниченная система 3D-визуализации.Система также показала, что все изученные металлические материалы способны отражать инфракрасные сигналы.Недавно разработанный метод с использованием массива наклонных волокон позволяет системе достигать регулируемого разрешения с максимальным разрешением системы примерно 100 мкм (с учетом диаметра волокна).Система успешно используется для измерения профиля поверхности, шероховатости поверхности, толщины и отражательной способности различных материалов.С помощью этой системы можно тестировать алюминий, нержавеющую сталь, латунь, медь, туфнол и поликарбонат.Преимуществами этой новой системы являются более быстрое обнаружение, более низкая стоимость, меньший размер, более высокое разрешение и гибкость.
Проектируйте, создавайте и тестируйте новые системы для интеграции и внедрения новых технологий датчиков окружающей среды.Особенно подходит для мониторинга фекальных бактерий.
Модификация микронаноструктуры кремниевых солнечных фотоэлектрических панелей для улучшения энергоснабжения
Одной из главных инженерных задач, стоящих сегодня перед мировым обществом, является устойчивое энергоснабжение.Пришло время обществу начать в значительной степени полагаться на возобновляемые источники энергии.Солнце снабжает Землю бесплатной энергией, но современные методы использования этой энергии в виде электричества имеют некоторые ограничения.В случае с фотоэлектрическими элементами основной проблемой является недостаточная эффективность сбора солнечной энергии.Лазерная микрообработка обычно используется для создания межсоединений между фотоэлектрическими активными слоями, такими как стеклянные подложки, слои гидрогенизированного кремния и оксида цинка.Также известно, что больше энергии можно получить, увеличив площадь поверхности солнечного элемента, например, с помощью микрообработки.Было показано, что наноразмерные детали профиля поверхности влияют на эффективность поглощения энергии солнечных элементов.Целью данной статьи является исследование преимуществ адаптации микро-, нано- и мезомасштабных структур солнечных элементов для обеспечения более высокой мощности.Варьирование технологических параметров таких микроструктур и наноструктур позволит изучить их влияние на топологию поверхности.Клетки будут проверены на предмет энергии, которую они производят при воздействии экспериментально контролируемых уровней электромагнитного света.Будет установлена прямая связь между эффективностью ячеек и текстурой поверхности.
Металломатричные композиты (ММК) быстро становятся главными кандидатами на роль конструкционных материалов в технике и электронике.Алюминий (Al) и медь (Cu) армированы SiC благодаря их превосходным термическим свойствам (например, низкому коэффициенту теплового расширения (КТР), высокой теплопроводности) и улучшенным механическим свойствам (например, более высокой удельной прочности, лучшим эксплуатационным характеристикам).Он широко используется в различных отраслях промышленности из-за износостойкости и удельного модуля упругости.В последнее время эти ММК с высоким содержанием керамики стали еще одной тенденцией в области применения контроля температуры в электронных корпусах.Обычно в корпусах силовых устройств в качестве радиатора или опорной пластины используется алюминий (Al) или медь (Cu) для соединения с керамической подложкой, на которой находится чип и связанные с ним контакты.Большая разница в коэффициенте теплового расширения (КТР) между керамикой и алюминием или медью является недостатком, поскольку снижает надежность корпуса, а также ограничивает размер керамической подложки, которая может быть прикреплена к подложке.
Учитывая этот недостаток, теперь можно разрабатывать, исследовать и охарактеризовать новые материалы, отвечающие этим требованиям к термически улучшенным материалам.Благодаря улучшенным свойствам теплопроводности и коэффициента теплового расширения (КТР) MMC CuSiC и AlSiC теперь являются жизнеспособными решениями для упаковки электроники.В этой работе будут оценены уникальные теплофизические свойства этих ММК и их возможное применение для управления температурным режимом электронных корпусов.
Нефтяные компании сталкиваются со значительной коррозией в зоне сварки систем нефтегазовой промышленности, изготовленных из углеродистых и низколегированных сталей.В средах, содержащих CO2, коррозионные повреждения обычно объясняются различиями в прочности защитных антикоррозионных пленок, нанесенных на различные микроструктуры углеродистой стали.Локальная коррозия в металле шва (ШМ) и зоне термического влияния (ЗТВ) обусловлена преимущественно гальваническими эффектами, обусловленными различиями в составе сплава и микроструктуре.Микроструктурные характеристики основного металла (PM), WM и HAZ были исследованы, чтобы понять влияние микроструктуры на коррозионное поведение сварных соединений мягкой стали.Коррозионные испытания проводились в 3,5% растворе NaCl, насыщенном CO2, в бескислородных условиях при комнатной температуре (20±2°С) и pH 4,0±0,3.Характеристика коррозионного поведения проводилась с использованием электрохимических методов определения потенциала холостого хода, потенциодинамического сканирования и сопротивления линейной поляризации, а также общей металлографической характеризации с использованием оптической микроскопии.Основными обнаруженными морфологическими фазами в ШС являются игольчатый феррит, остаточный аустенит и мартенситно-бейнитная структура.В ЗТВ они встречаются реже.Значительно отличающееся электрохимическое поведение и скорость коррозии были обнаружены в ПМ, ВМ и ЗТВ.
Работы, предусмотренные данным проектом, направлены на повышение электрического КПД погружных насосов.Требования к насосной отрасли двигаться в этом направлении в последнее время возросли с введением нового законодательства ЕС, требующего от отрасли в целом достижения нового, более высокого уровня эффективности.В данной статье анализируется использование рубашки охлаждения для охлаждения области соленоида насоса и предлагаются улучшения конструкции.В частности, охарактеризованы течение жидкости и теплообмен в рубашках охлаждения работающих насосов.Улучшения конструкции рубашки обеспечат лучшую передачу тепла в область двигателя насоса, что приведет к повышению эффективности насоса и одновременному снижению наведенного сопротивления.Для этой работы к существующему испытательному резервуару объемом 250 м3 была добавлена испытательная система насоса, смонтированная в сухой яме.Это позволяет высокоскоростной камере отслеживать поле потока и получать тепловые изображения корпуса насоса.Поле потока, подтвержденное анализом CFD, позволяет экспериментировать, тестировать и сравнивать альтернативные конструкции, чтобы поддерживать как можно более низкие рабочие температуры.Первоначальная конструкция 4-полюсного насоса M60-4 выдерживала максимальную температуру внешнего корпуса насоса 45°C и максимальную температуру статора 90°C.Анализ различных конструкций моделей показывает, какие конструкции более полезны для более эффективных систем, а какие не следует использовать.В частности, конструкция встроенного охлаждающего змеевика не имеет улучшений по сравнению с исходной конструкцией.Увеличение количества лопастей рабочего колеса с четырех до восьми снизило рабочую температуру, измеряемую на корпусе, на семь градусов Цельсия.
Сочетание высокой удельной мощности и сокращения времени воздействия при обработке металлов приводит к изменению микроструктуры поверхности.Получение оптимального сочетания параметров лазерного процесса и скорости охлаждения имеет решающее значение для изменения зеренной структуры и улучшения трибологических свойств на поверхности материала.Основной целью данного исследования было изучение влияния быстрой импульсной лазерной обработки на трибологические свойства коммерчески доступных металлических биоматериалов.Данная работа посвящена лазерной модификации поверхности нержавеющей стали AISI 316L и Ti-6Al-4V.Импульсный CO2-лазер мощностью 1,5 кВт использовался для изучения влияния различных параметров лазерного процесса и получаемой в результате микроструктуры и морфологии поверхности.С помощью цилиндрического образца, вращавшегося перпендикулярно направлению лазерного излучения, варьировались интенсивность лазерного излучения, время экспозиции, плотность потока энергии и длительность импульса.Характеристика проводилась с использованием SEM, EDX, измерений шероховатости иглой и рентгеновского анализа.Также была реализована модель прогнозирования температуры поверхности для установки начальных параметров экспериментального процесса.Затем было проведено картирование процесса для определения ряда конкретных параметров лазерной обработки поверхности расплавленной стали.Существует сильная корреляция между освещенностью, временем экспозиции, глубиной обработки и шероховатостью обрабатываемого образца.Увеличение глубины и шероховатости микроструктурных изменений было связано с более высокими уровнями воздействия и временем воздействия.Анализируя шероховатость и глубину обработанной области, модели потока энергии и температуры поверхности используются для прогнозирования степени плавления, которое произойдет на поверхности.По мере увеличения времени взаимодействия лазерного луча шероховатость поверхности стали увеличивается для различных исследованных уровней энергии импульса.Несмотря на то, что структура поверхности сохраняла нормальное расположение кристаллов, на участках, обработанных лазером, наблюдались изменения в ориентации зерен.
Анализ и характеристика стрессового поведения тканей и его значение для конструкции каркаса.
В этом проекте было разработано несколько различных геометрических форм каркаса и проведен анализ методом конечных элементов, чтобы понять механические свойства костной структуры, их роль в развитии тканей и максимальное распределение напряжений и деформаций в каркасе.Сканирование образцов трабекулярной кости с помощью компьютерной томографии (КТ) проводилось в дополнение к каркасным структурам, разработанным с помощью CAD.Эти конструкции позволяют создавать и тестировать прототипы, а также выполнять МКЭ этих конструкций.Механические измерения микродеформаций проводили на изготовленных каркасах и трабекулярных препаратах головки бедренной кости и сравнивали полученные результаты с результатами, полученными методом ФЭА для тех же структур.Считается, что механические свойства зависят от проектируемой формы (структуры), размера пор (120, 340 и 600 мкм) и условий нагружения (с нагрузочными блоками или без них).Изменения этих параметров были исследованы для пористых каркасов объемом 8 мм3, 22,7 мм3 и 1000 мм3 с целью комплексного изучения их влияния на распределение напряжений.Результаты экспериментов и моделирования показывают, что геометрический дизайн конструкции играет важную роль в распределении напряжения, и подчеркивают большой потенциал конструкции каркаса для улучшения регенерации кости.Как правило, размер пор более важен, чем уровень пористости, при определении общего максимального уровня напряжения.Однако уровень пористости также важен для определения остеокондуктивности структур каркаса.При увеличении уровня пористости от 30% до 70% максимальное значение напряжения существенно увеличивается при том же размере пор.
Размер пор каркаса также важен для метода изготовления.Все современные методы быстрого прототипирования имеют определенные ограничения.Хотя традиционное производство более универсально, более сложные и меньшие по размеру конструкции изготовить зачастую невозможно.Большинство этих технологий в настоящее время номинально неспособны устойчиво создавать поры размером менее 500 мкм.Таким образом, результаты с размером пор 600 мкм в этой работе наиболее соответствуют производственным возможностям современных технологий быстрого производства.Представленная гексагональная структура, хотя и рассматривается только в одном направлении, будет наиболее анизотропной структурой по сравнению со структурами на основе куба и треугольника.Кубические и треугольные структуры относительно изотропны по сравнению с гексагональными структурами.Анизотропия важна при рассмотрении остеокондуктивности спроектированного каркаса.Распределение напряжений и расположение отверстия влияют на процесс ремоделирования, а различные условия нагружения могут изменить максимальное значение напряжения и его расположение.Преобладающее направление загрузки должно способствовать размеру и распределению пор, позволяя клеткам расти в более крупные поры и обеспечивать питательные вещества и строительные материалы.Еще один интересный вывод данной работы, сделанный при исследовании распределения напряжений в поперечном сечении столбов, заключается в том, что более высокие значения напряжений фиксируются на поверхности столбов по сравнению с центром.В этой работе было показано, что размер пор, уровень пористости и метод нагружения тесно связаны с уровнями напряжений, испытываемых в конструкции.Эти результаты демонстрируют возможность создания структур-стойок, в которых уровни напряжения на поверхности стойки могут варьироваться в большей степени, что может способствовать прикреплению и росту клеток.
Синтетические каркасы-заменители кости дают возможность индивидуально адаптировать свойства, преодолеть ограниченную доступность доноров и улучшить остеоинтеграцию.Костная инженерия направлена на решение этих проблем, предоставляя высококачественные трансплантаты, которые можно поставлять в больших количествах.В этих приложениях большое значение имеет как внутренняя, так и внешняя геометрия каркаса, поскольку они оказывают существенное влияние на механические свойства, проницаемость и пролиферацию клеток.Технология быстрого прототипирования позволяет использовать нестандартные материалы заданной и оптимизированной геометрии, изготовленные с высокой точностью.В этой статье исследуются возможности методов 3D-печати для изготовления скелетных каркасов сложной геометрии с использованием биосовместимых материалов на основе фосфата кальция.Предварительные исследования запатентованного материала показывают, что прогнозируемое направленное механическое поведение может быть достигнуто.Реальные измерения направленных механических свойств изготовленных образцов показали те же тенденции, что и результаты анализа методом конечных элементов (МКЭ).Эта работа также демонстрирует возможность 3D-печати для изготовления каркасов тканевой инженерии из биосовместимого цемента на основе фосфата кальция.Каркасы изготавливались методом печати водным раствором гидрофосфата натрия на порошковом слое, состоящем из гомогенной смеси гидрофосфата кальция и гидроксида кальция.Реакция влажного химического осаждения происходит в порошковом слое 3D-принтера.Твердые образцы были изготовлены для измерения механических свойств объемного сжатия изготовленного кальций-фосфатного цемента (КПК).Изготовленные таким образом детали имели средний модуль упругости 3,59 МПа и среднюю прочность на сжатие 0,147 МПа.Спекание приводит к значительному повышению компрессионных свойств (Е = 9,15 МПа, σт = 0,483 МПа), но снижает удельную поверхность материала.В результате спекания кальций-фосфатный цемент распадается на β-трикальцийфосфат (β-ТКФ) и гидроксиапатит (ГА), что подтверждается данными термогравиметрического и дифференциально-термического анализа (ТГА/ДТА) и рентгеноструктурного анализа ( Рентгенографический анализ).свойства недостаточны для высоконагруженных имплантатов, где требуемая прочность составляет от 1,5 до 150 МПа, а жесткость при сжатии превышает 10 МПа.Однако дальнейшая постобработка, такая как пропитка биоразлагаемыми полимерами, может сделать эти структуры пригодными для применения в качестве стентов.
Цель: Исследования в области механики грунтов показали, что вибрация, применяемая к заполнителям, приводит к более эффективному выравниванию частиц и снижению энергии, необходимой для воздействия на заполнитель.Нашей целью было разработать метод воздействия вибрации на процесс ретенции кости и оценить ее влияние на механические свойства ретенированных трансплантатов.
Этап 1: Измельчение 80 голов бедренных костей крупного рогатого скота с использованием костной мельницы Noviomagus.Затем трансплантаты промывали с использованием системы импульсной промывки солевым раствором на ситовом лотке.Разработано виброударное устройство, оснащенное двумя двигателями постоянного тока напряжением 15 В с эксцентриковыми грузами, закрепленными внутри металлического цилиндра.Бросьте на него гирю с заданной высоты 72 раза, чтобы воспроизвести процесс удара о кость.Проверялся диапазон частот вибрации, измеренный с помощью акселерометра, установленного в виброкамере.Каждое испытание на сдвиг затем повторялось при четырех различных нормальных нагрузках для получения серии кривых растяжения-деформации.Для каждого испытания были построены конверты разрушения Мора-Кулона, на основе которых были получены значения прочности на сдвиг и блокировки.
Фаза 2: Повторите эксперимент, добавив кровь, чтобы воспроизвести богатую среду, встречающуюся в хирургических условиях.
Стадия 1: Трансплантаты с повышенной вибрацией на всех частотах вибрации показали более высокую прочность на сдвиг по сравнению с ударом без вибрации.Вибрация с частотой 60 Гц имела наибольшее влияние и была значительной.
Этап 2: Прививка с дополнительным вибрационным воздействием в насыщенных заполнителях показала меньшую прочность на сдвиг при всех нормальных сжимающих нагрузках, чем воздействие без вибрации.
Вывод: принципы гражданского строительства применимы к имплантации имплантированной кости.В сухих заполнителях добавление вибрации может улучшить механические свойства ударных частиц.В нашей системе оптимальная частота вибрации составляет 60 Гц.В насыщенных заполнителях увеличение вибрации отрицательно влияет на прочность заполнителя на сдвиг.Это можно объяснить процессом сжижения.
Целью данной работы было спроектировать, построить и протестировать систему, способную беспокоить стоящих на ней субъектов, чтобы оценить их способность реагировать на эти изменения.Это можно сделать, быстро наклонив поверхность, на которой стоит человек, а затем вернув ее в горизонтальное положение.Отсюда можно определить, смогли ли испытуемые сохранить состояние равновесия и сколько времени им потребовалось для восстановления этого состояния равновесия.Это состояние равновесия будет определяться путем измерения постурального влияния субъекта.Их естественное раскачивание позы измерялось с помощью панели профиля давления стопы, чтобы определить, насколько сильным было раскачивание во время теста.Система также спроектирована так, чтобы быть более универсальной и доступной по цене, чем коммерчески доступные в настоящее время машины, поскольку, хотя эти машины важны для исследований, в настоящее время они не получили широкого распространения из-за своей высокой стоимости.Недавно разработанная система, представленная в этой статье, использовалась для перемещения тестовых объектов массой до 100 кг.
В данной работе было проведено шесть лабораторных экспериментов по инженерным и физическим наукам, направленным на улучшение процесса обучения студентов.Это достигается путем установки и создания виртуальных инструментов для этих экспериментов.Использование виртуальных инструментов непосредственно сравнивается с традиционными лабораторными методами обучения и обсуждаются основы развития обоих подходов.Предыдущая работа с использованием компьютерного обучения (CBL) в аналогичных проектах, связанных с этой работой, использовалась для оценки некоторых преимуществ виртуальных инструментов, особенно тех, которые связаны с повышенным интересом учащихся, сохранением памяти, пониманием и, в конечном итоге, лабораторными отчетами..соответствующие преимущества.Виртуальный эксперимент, обсуждаемый в этом исследовании, представляет собой пересмотренную версию эксперимента с традиционным стилем и, таким образом, обеспечивает прямое сравнение новой техники CBL с лабораторией традиционного стиля.Концептуальной разницы между двумя вариантами эксперимента нет, разница лишь в том, как он представлен.Эффективность этих методов CBL оценивалась путем наблюдения за успеваемостью учащихся, использующих виртуальный инструмент, по сравнению с другими учащимися того же класса, выполнявшими традиционный экспериментальный режим.Все студенты оцениваются путем предоставления отчетов, вопросов с несколькими вариантами ответов, связанных с их экспериментами, и анкет.Результаты этого исследования также сравнивались с другими соответствующими исследованиями в области CBL.
Время публикации: 19 февраля 2023 г.