Investment casting engineering and design manual.

Cover title.

Engineering and design : general provision and geometric design for roads, streets, walks, and open storage areas.

Includes bibliographical references.

Engineering and design : design of structures to resist the effects of atomic weapons : buried and semiburied structures /

"January 1960.

Engineering and design : design of structures to resist the effects of atomic weapons : arches and domes /

"15 January 1960.

Engineering Analysis in Imprecise Geometric Models

Engineering analysis in geometric models has been the main if not the only credible/reasonable tool used by engineers and scientists to resolve physical boundaries problems. New high speed computers have facilitated the accuracy and validation of the expected results. In practice, an engineering analysis is composed of two parts; the design of the model and the analysis of the geometry with the boundary conditions and constraints imposed on it. Numerical methods are used to resolve a large number of physical boundary problems independent of the model geometry. The time expended due to the computational process are related to the imposed boundary conditions and the well conformed geometry. Any geometric model that contains gaps or open lines is considered an imperfect geometry model and major commercial solver packages are incapable of handling such inputs. Others packages apply different kinds of methods to resolve this problems like patching or zippering; but the final resolved geometry may be different from the original geometry, and the changes may be unacceptable. The study proposed in this dissertation is based on a new technique to process models with geometrical imperfection without the necessity to repair or change the original geometry. An algorithm is presented that is able to analyze the imperfect geometric model with the imposed boundary conditions using a meshfree method and a distance field approximation to the boundaries. Experiments are proposed to analyze the convergence of the algorithm in imperfect models geometries and will be compared with the same models but with perfect geometries. Plotting results will be presented for further analysis and conclusions of the algorithm convergence

The Development of a Hybrid Optimization Algorithm for the Evaluation and Optimization of the Asynchronous Pulse Unit

The effectiveness of an optimization algorithm can be reduced to its ability to navigate an objective function’s topology. Hybrid optimization algorithms combine various optimization algorithms using a single meta-heuristic so that the hybrid algorithm is more robust, computationally efficient, and/or accurate than the individual algorithms it is made of. This thesis proposes a novel meta-heuristic that uses search vectors to select the constituent algorithm that is appropriate for a given objective function. The hybrid is shown to perform competitively against several existing hybrid and non-hybrid optimization algorithms over a set of three hundred test cases. This thesis also proposes a general framework for evaluating the effectiveness of hybrid optimization algorithms. Finally, this thesis presents an improved Method of Characteristics Code with novel boundary conditions, which better characterizes pipelines than previous codes. This code is coupled with the hybrid optimization algorithm in order to optimize the operation of real-world piston pumps.

Development of a Coupling Model for Fluid-Structure Interaction using the Mesh-free Finite Element Method and the Lattice Boltzmann Method

In the presented thesis work, the meshfree method with distance fields was coupled with the lattice Boltzmann method to obtain solutions of fluid-structure interaction problems. The thesis work involved development and implementation of numerical algorithms, data structure, and software. Numerical and computational properties of the coupling algorithm combining the meshfree method with distance fields and the lattice Boltzmann method were investigated. Convergence and accuracy of the methodology was validated by analytical solutions. The research was focused on fluid-structure interaction solutions in complex, mesh-resistant domains as both the lattice Boltzmann method and the meshfree method with distance fields are particularly adept in these situations. Furthermore, the fluid solution provided by the lattice Boltzmann method is massively scalable, allowing extensive use of cutting edge parallel computing resources to accelerate this phase of the solution process. The meshfree method with distance fields allows for exact satisfaction of boundary conditions making it possible to exactly capture the effects of the fluid field on the solid structure.

Anisotropy in plastic deformation of extruded magnesium alloy sheet during tensile straining at high temperature

Experimental measurements are used to characterize the anisotropy of flow stress in extruded magnesium alloy AZ31 sheet during uniaxial tension tests at temperatures between 350°C and 450°C, and strain rates ranging from 10-5 to 10-2 s-1. The sheet exhibits lower flow stress and higher tensile ductility when loaded with the tensile axis perpendicular to the extrusion direction compared to when it is loaded parallel to the extrusion direction. This anisotropy is found to be grain size, strain rate, and temperature dependent, but is only weakly dependent on texture. A microstructure based model (D. E. Cipoletti, A. F. Bower, P. E. Krajewski, Scr. Mater., 64 (2011) 931–934) is used to explain the origin of the anisotropic behavior. In contrast to room temperature behavior, where anisotropy is principally a consequence of the low resistance to slip on the basal slip system, elevated temperature anisotropy is found to be caused by the grain structure of extruded sheet. The grains are elongated parallel to the extrusion direction, leading to a lower effective grain size perpendicular to the extrusion direction. As a result, grain boundary sliding occurs more readily if the material is loaded perpendicular to the extrusion direction.

Linking finite-element analysis and computer-aided drafting processes

The aim of this research was to investigate the integration of computer-aided drafting and finite-element analysis in a linked computer-aided design procedure and to develop the necessary software. The Be'zier surface patch for surface representation was used to bridge the gap between the rather separate fields of drafting and finite-element analysis because the surfaces are defined by analytical functions which allow systematic and controlled variation of the shape and provide continuous derivatives up to any required degree. The objectives of this research were achieved by establishing : (i) A package which interpretes the engineering drawings of plate and shell structures and prepares the Be'zier net necessary for surface representation. (ii) A general purpose stand-alone meshed-surface modelling package for surface representation of plates and shells using the Be'zier surface patch technique. (iii) A translator which adapts the geometric description of plate and shell structures as given by the meshed-surface modeller to the form needed by the finite-element analysis package. The translator was extended to suit fan impellers by taking advantage of their sectorial symmetry. The linking processes were carried out for simple test structures, simplified and actual fan impellers to verify the flexibility and usefulness of the linking technique adopted. Finite-element results for thin plate and shell structures showed excellent agreement with those obtained by other investigators while results for the simplified and actual fan impellers also showed good agreement with those obtained in an earlier investigation where finite-element analysis input data were manually prepared. Some extensions of this work have also been discussed.

On the Feasibility of Steering Swallowable Microsystem Capsules Using Computer-Aided Magnetic Levitation

Swallowable capsule endoscopy is used for non-invasive diagnosis of some gastrointestinal (GI) organs. However, control over the position of the capsule is a major unresolved issue. This study presents a design for steering the capsule based on magnetic levitation. The levitation is stabilized with the aid of a computer-aided feedback control system and diamagnetism. Peristaltic and gravitational forces to be overcome were calculated. A levitation setup was built to analyze the feasibility of using Hall Effect sensors to locate the in- vivo capsule. CAD software Maxwell 3D (Ansoft, Pittsburgh, PA) was used to determine the dimensions of the resistive electromagnets required for levitation and the feasibility of building them was examined. Comparison based on design complexity was made between positioning the patient supinely and upright.

Intelligent System for Computer Aided Assembly Process Planning

This paper presents the concepts of the intelligent system for aiding of the module assembly technology. The first part of this paper presents a project of intelligent support system for computer aided assembly process planning. The second part includes a coincidence description of the chosen aspects of implementation of this intelligent system using technologies of artificial intelligence (artificial neural networks, fuzzy logic, expert systems and genetic algorithms).

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.