Advances in the surface defect machining (SDM) of hard steels

This paper reports the realisation of precision surface finish (Ra 30 nm) on AISI 4340 steel using a conventional turret lathe by adapting and incorporating a surface defect machining (SDM) method [Wear, 302, 2013 (1124-1135)]. Conventional ways of machining materials are limited by the use of a critical feed rate, experimentally determined as 0.02 mm/rev, beyond which no appreciable improvement in the machined quality of the surface is obtained. However, in this research, the novel application of an SDM method was used to overcome this minimum feed rate limitation ultimately reducing it to 0.005 mm/rev and attaining an average machined surface roughness of 30 nm. From an application point of view, such a smooth finish is well within the values recommended in the ASTM standards for total knee joint prosthesis. Further analysis was done using SEM imaging, white light interferometry and numerical simulations to verify that adapting SDM method provides improved surface integrity by reducing the extent of side flow, microchips and weldments during the hard turning process.

Analysis of groundwater-level response to rainfall and recharge estimates in fractured hard rock aquifers, NW Ireland

Despite fractured hard rock aquifers underlying over 65% of Ireland, knowledge of key processes controlling groundwater recharge in these bedrock systems is inadequately constrained. In this study, we examined 19 groundwater-level hydrographs from two Irish hillslope sites underlain by hard rock aquifers. Water-level time-series in clustered monitoring wells completed at the subsoil, soil/bedrock interface, shallow and deep bedrocks were continuously monitored hourly over two hydrological years. Correlation methods were applied to investigate groundwater-level response to rainfall, as well as its seasonal variations. The results reveal that the direct groundwater recharge to the shallow and deep bedrocks on hillslope is very limited. Water-level variations within these geological units are likely dominated by slow flow rock matrix storage. The rapid responses to rainfall (⩽2 h) with little seasonal variations were observed to the monitoring wells installed at the subsoil and soil/bedrock interface, as well as those in the shallow or deep bedrocks at the base of the hillslope. This suggests that the direct recharge takes place within these units. An automated time-series procedure using the water-table fluctuation method was developed to estimate groundwater recharge from the water-level and rainfall data. Results show the annual recharge rates of 42–197 mm/yr in the subsoil and soil/bedrock interface, which represent 4–19% of the annual rainfall. Statistical analysis of the relationship between the rainfall intensity and water-table rise reveal that the low rainfall intensity group (⩽1 mm/h) has greater impact on the groundwater recharge rate than other groups (>1 mm/h). This study shows that the combination of the time-series analysis and the water-table fluctuation method could be an useful approach to investigate groundwater recharge in fractured hard rock aquifers in Ireland.

Enhanced ethernet switching technology for adaptive hard real-time applications: Tecnologia de comutação ethernet melhorada para aplicações adaptativas e críticas de tempo-real

Os Sistemas Embarcados Distribuídos (SEDs) estão, hoje em dia, muito difundidos em vastas áreas, desde a automação industrial, a automóveis, aviões, até à distribuição de energia e protecção do meio ambiente. Estes sistemas são, essencialmente, caracterizados pela integração distribuída de aplicações embarcadas, autónomas mas cooperantes, explorando potenciais vantagens em termos de modularidade, facilidade de manutenção, custos de instalação, tolerância a falhas, entre outros. Contudo, o ambiente operacional onde se inserem estes tipos de sistemas pode impor restrições temporais rigorosas, exigindo que o sistema de comunicação subjacente consiga transmitir mensagens com garantias temporais. Contudo, os SEDs apresentam uma crescente complexidade, uma vez que integram subsistemas cada vez mais heterogéneos, quer ao nível do tráfego gerado, quer dos seus requisitos temporais. Em particular, estes subsistemas operam de forma esporádica, isto é, suportam mudanças operacionais de acordo com estímulos exteriores. Estes subsistemas também se reconfiguram dinamicamente de acordo com a actualização dos seus requisitos e, ainda, têm lidar com um número variável de solicitações de outros subsistemas. Assim sendo, o nível de utilização de recursos pode variar e, desta forma, as políticas de alocação estática tornam-se muito ineficientes. Consequentemente, é necessário um sistema de comunicação capaz de suportar com eficácia reconfigurações e adaptações dinâmicas. A tecnologia Ethernet comutada tem vindo a emergir como uma solução sólida para fornecer comunicações de tempo-real no âmbito dos SEDs, como comprovado pelo número de protocolos de tempo-real que foram desenvolvidos na última década. No entanto, nenhum dos protocolos existentes reúne as características necessárias para fornecer uma eficiente utilização da largura de banda e, simultaneamente, para respeitar os requisitos impostos pelos SEDs. Nomeadamente, a capacidade para controlar e policiar tráfego de forma robusta, conjugada com suporte à reconfiguração e adaptação dinâmica, não comprometendo as garantias de tempo-real. Esta dissertação defende a tese de que, pelo melhoramento dos comutadores Ethernet para disponibilizarem mecanismos de reconfiguração e isolamento de tráfego, é possível suportar aplicações de tempo-real críticas, que são adaptáveis ao ambiente onde estão inseridas.Em particular, é mostrado que as técnicas de projecto, baseadas em componentes e apoiadas no escalonamento hierárquico de servidores de tráfego, podem ser integradas nos comutadores Ethernet para alcançar as propriedades desejadas. Como suporte, é fornecida, também, uma solução para instanciar uma hierarquia reconfigurável de servidores de tráfego dentro do comutador, bem como a análise adequada ao modelo de escalonamento. Esta última fornece um limite superior para o tempo de resposta que os pacotes podem sofrer dentro dos servidores de tráfego, com base unicamente no conhecimento de um dado servidor e na hierarquia actual, isto é, sem o conhecimento das especifidades do tráfego dentro dos outros servidores. Finalmente, no âmbito do projecto HaRTES foi construído um protótipo do comutador Ethernet, o qual é baseado no paradigma “Flexible Time-Triggered”, que permite uma junção flexível de uma fase síncrona para o tráfego controlado pelo comutador e uma fase assíncrona que implementa a estrutura hierárquica de servidores referidos anteriormente. Além disso, as várias experiências práticas realizadas permitiram validar as propriedades desejadas e, consequentemente, a tese que fundamenta esta dissertação.