Effect of substrate surface roughening and cold spray coating on the fatigue life of AA2024 specimens

The effects of cold spray coating and substrate surface preparation on crack initiation under cyclic loading have been studied on Al2024 alloy specimens. Commercially pure (CP) aluminum feedstock powder has been deposited on Al2024-T351 samples using a cold-spray coating technique known as high velocity particle consolidation. Substrate specimens were prepared by surface grit blasting or shot peening prior to coating. The fatigue behavior of both coated and uncoated specimens was then tested under rotating bend conditions at two stress levels, 180 MPa and 210 MPa. Scanning electron microscopy was used to analyze failure surfaces and identify failure mechanisms. The results indicate that the fatigue strength was significantly improved on average, up to 50% at 180 MPa and up to 38% at 210 MPa, by the deposition of the cold-sprayed CP-Al coatings. Coated specimens first prepared by glass bead grit blasting experienced the largest average increase in fatigue life over bare specimens. The results display a strong dependency of the fatigue strength on the surface preparation and cold spray parameters

Mechanical properties enhancement of high reliability metallic materials by laser shock processing

Laser shock processing (LSP) is being increasingly applied as an effective technology for the improvement of metallic materials surface properties in different types of components as a means of enhancement of their corrosion and fatigue life behavior. As reported in previous contributions by the authors, a main effect resulting from the application of the LSP technique consists on the generation of relatively deep compression residual stresses field into metallic alloy pieces allowing an improved mechanical behaviour, explicitly the life improvement of the treated specimens against wear, crack growth and stress corrosion cracking. Additional results accomplished by the authors in the line of practical development of the LSP technique at an experimental level (aiming its integral assessment from an interrelated theoretical and experimental point of view) are presented in this paper. Concretely, follow-on experimental results on the residual stress profiles and associated surface properties modification successfully reached in typical materials (especially Al and Ti alloys) under different LSP irradiation conditions are presented along with a practical correlated analysis on the protective character of the residual stress profiles obtained under different irradiation strategies and the evaluation of the corresponding induced properties as material specific volume reduction at the surface, microhardness and wear resistance. Additional remarks on the improved character of the LSP technique over the traditional “shot peening” technique in what concerns depth of induced compressive residual stresses fields are also made through the paper.

Induction of engineered residual stresses fields and enhancement of fatigue life of high reliability metallic components by laser shock processing

Laser shock processing (LSP) is being increasingly applied as an effective technology for the improvement of metallic materials mechanical and surface properties in different types of components as a means of enhancement of their corrosion and fatigue life behavior. As reported in previous contributions by the authors, a main effect resulting from the application of the LSP technique consists on the generation of relatively deep compression residual stresses field into metallic alloy pieces allowing an improved mechanical behaviour, explicitly the life improvement of the treated specimens against wear, crack growth and stress corrosion cracking. Additional results accomplished by the authors in the line of practical development of the LSP technique at an experimental level (aiming its integral assessment from an interrelated theoretical and experimental point of view) are presented in this paper. Concretely, follow-on experimental results on the residual stress profiles and associated surface properties modification successfully reached in typical materials (especially Al and Ti alloys characteristic of high reliability components in the aerospace, nuclear and biomedical sectors) under different LSP irradiation conditions are presented along with a practical correlated analysis on the protective character of the residual stress profiles obtained under different irradiation strategies. Additional remarks on the improved character of the LSP technique over the traditional “shot peening” technique in what concerns depth of induced compressive residual stresses fields are also made through the paper

Desarrollo de métodos para la caracterización predictiva acoplada de tensiones y deformaciones en procesos de tratamiento superficial mediante ondas de choque generadas por láser

En ingeniería los materiales están sujetos a un proceso de degradación desde el mismo momento en el que concluye su proceso de fabricación. Cargas mecánicas, térmicas y agresiones químicas dañan las piezas a lo largo de su vida útil. El daño generado por procesos de fatiga, corrosión y desgaste son unos pocos ejemplos de posible deterioro. Este deterioro de las piezas se combate mediante la prevención en la etapa de diseño, a través de reparaciones periódicas y mediante la sustitución de piezas en servicio. La mayor parte de los tipos de daño que pueden sufrir los materiales durante su vida útil se originan en la superficie. Por esta razón, el objetivo de los tratamientos superficiales es inhibir el daño a través de la mejora de las propiedades superficiales del material, intentando no generar sobrecostes inasumibles en el proceso productivo ni efectos colaterales notablemente perjudiciales. En general, se ha de llegar a una solución óptima entre el coste del tratamiento superficial y el beneficio generado por el aumento de la vida útil del material. En esta tesis se estudian los efectos del tratamiento superficial de aleaciones metálicas mediante ondas de choque generadas por láser. Su denominación internacional más empleada "Láser Shock Processing" hace que se emplee la denominación de procesos de LSP para referirse a los mismos. También se emplea la denominación de "Láser Peening" por semejanza al tratamiento superficial conocido como "Shot Peening", aunque su uso sólo está generalizado en el ámbito industrial. El tratamiento LSP es una alternativa eficaz a los tratamientos tradicionales de mejora de propiedades superficiales, mejorando la resistencia a la fatiga, a la corrosión y al desgaste. El tratamiento LSP se basa en la aplicación de uno o varios pulsos láser de elevada intensidad (superior a 1 GW/cm2) y con duración en el dominio de los nanosegundos sobre la superficie de la pieza metálica a tratar. Esta, bien se recubre con una fina capa de medio confinante (generalmente una fina capa de agua) transparente a la radiación láser, bien se sumerge en el medio confinante (también se usa agua). El pulso láser atraviesa el medio confinante hasta llegar a la superficie de la pieza. Es entonces cuando la superficie inmediatamente se vaporiza y se ioniza, pasando a estado de plasma. Como el plasma generado es confinado por el medio confinante, su expansión se limita y su presión crece. De este modo, el plasma alcanza presiones de varios GPa y crea dos ondas de choque: una de las cuales se dirige hacia el medio confinante y la otra se dirige hacia la pieza. Esta última produce un cráter microscópico por aplastamiento mecánico, generándose deformación plástica y un campo de tensiones residuales de compresión que mejoran las propiedades superficiales del material. La capacidad de los procesos LSP para mejorar las propiedades de materiales metálicos es indiscutible. En la bibliografía está reflejado el trabajo experimental y de simulación que se ha llevado a cabo a lo largo de los años en orden a optimizar el proceso. Sin embargo, hay pocos estudios que hayan tratado exhaustivamente la física del proceso. Esto es debido a la gran complejidad de la fenomenología física involucrada en los procesos LSP, con comportamientos no lineales tanto en la generación y dinámica del plasma como en la propagación de las ondas de choque en el material. Además, el elevado coste de los experimentos y su duración, así como el gran coste computacional que debían asumir los antiguos modelos numéricos, dificultó el proceso de optimización. No obstante, los nuevos sistemas de cálculo son cada vez más rápidos y, además, los programas de análisis de problemas no lineales por elementos finitos son cada vez más sofisticados, por lo que a día de hoy es posible desarrollar un modelo exhaustivo que no solo permita simular el proceso en situaciones simplificadas, sino que pueda ser empleado para optimizar los parámetros del tratamiento en casos reales y sobre áreas extensas. Por esta razón, en esta tesis se desarrolla y se valida un modelo numérico capaz de simular de manera sistemática tratamientos LSP en piezas reales, teniendo en cuenta la física involucrada en los mismos. En este sentido, cabe destacar la problemática del tratamiento LSP en placas delgadas. La capacidad del LSP para inducir tensiones residuales de compresión bajo la superficie de materiales con un espesor relativamente grueso (> 6 mm) con objeto de mejorar la vida en fatiga ha sido ampliamente demostrada. Sin embargo, el tratamiento LSP en especímenes delgados (típicamente < 6 mm, pero también mayores si es muy alta la intensidad del tratamiento) conlleva el efecto adicional del doblado de la pieza tratada, un hecho que puede ser aprovechado para procesos de conformado láser. Este efecto de doblado trae consigo una nueva clase de problemas en lo referente a los perfiles específicos de tensiones residuales en las piezas tratadas, ya que al equilibrarse las tensiones tras la retirada de su sujeción puede afectar considerablemente el perfil de tensiones residuales obtenido, lo que posiblemente puede derivar en la obtención de un perfil de tensiones residuales no deseado y, lo que puede ser aún más crítico, una deformación indeseable de la pieza en cuestión. Haciendo uso del modelo numérico desarrollado en esta Tesis, el análisis del problema del tratamiento LSP para la inducción de campos de tensiones residuales y la consecuente mejora de la vida en fatiga en piezas de pequeño espesor en un modo compatible con una deformación asumible se aborda de forma específica. La tesis está estructurada del siguiente modo: i) El capítulo 1 contiene una introducción al LSP, en la que se definen los procesos de tratamiento de materiales mediante ondas de choque generadas por láser. A continuación se expone una visión panorámica de las aplicaciones industriales de la tecnología LSP y, por último, se realiza una comparativa entre la tecnología LSP y otras tecnologías en competencia en el ámbito industrial: Shot Peening, Low Plasticity Burnishing y Waterjet Peening. ii) El capítulo 2 se divide en dos partes: fundamentos físicos característicos del tratamiento LSP y estado del arte de la modelización de procesos LSP. En cuanto a la primera parte, fundamentos físicos característicos del tratamiento LSP, en primer lugar se describe la física del tratamiento y los principales fenómenos que tienen lugar. A continuación se detalla la física de la interacción confinada en agua y la generación del pulso de presión asociado a la onda de choque. También se describe el proceso de saturación de la presión máxima por ruptura dieléctrica del agua y, por último, se describe la propagación de las ondas de choque y sus efectos en el material. En cuanto a la segunda parte, el estado del arte de la modelización de procesos LSP, recoge el conocimiento preexistente al desarrollo de la propia Tesis en los siguientes campos: modelización de la generación del plasma y su expansión, modelización de la ruptura dieléctrica del medio confinante, modelización del pulso de presión aplicado al material y la respuesta del mismo: inducción de tensiones residuales y deformaciones. iii) El capítulo 3 describe el desarrollo de un modelo propio para la simulación de las tensiones residuales y las deformaciones generadas por procesos LSP. En él se detalla la simulación de la propagación del pulso de presión en el material, los pormenores de su puesta en práctica mediante el método de los elementos finitos, la determinación de parámetros realistas de aplicación y se establece un procedimiento de validación de los resultados. iv) El capítulo 4 contiene los resultados de la aplicación del modelo a distintas configuraciones de interés en tratamientos LSP. En él se recoge un estudio del tratamiento LSP sobre áreas extensas que incluye un análisis de las tensiones residuales inducidas y un análisis sobre la influencia de la secuencia de barrido de los pulsos en las tensiones residuales y en las deformaciones. También se presenta un estudio específico de la problemática del tratamiento LSP en piezas de pequeño espesor y se detallan dos casos prácticos abordados en el CLUPM de gran interés tecnológico en función de las aplicaciones reales en las que se ha venido trabajando en los últimos años. v) En el capítulo 5 se presentan las conclusiones derivadas de los resultados obtenidos en la tesis. Concretamente, se destaca que el modelo desarrollado permite reproducir las condiciones experimentales de los procesos de LSP reales y predecir los efectos mecánicos inducidos por los mismos. Los anexos incluidos como parte accesoria contienen información importante que se ha utilizado en el desarrollo de la Tesis y que se desea incluir para hacer el volumen autoconsistente: i) En el anexo A se presenta una revisión de conceptos básicos sobre el comportamiento de los sólidos sometidos a ondas de choque [Morales04]. ii) El anexo B contiene la resolución analítica de la ecuación de ritmo utilizada en el código DRUPT [Morales04]. iii) El anexo C contiene la descripción de los procedimientos de uso del modelo de simulación desarrollado en la Tesis y el código fuente de la subrutina OVERLAP desarrollada para programar el solapamiento de pulsos en tratamientos LSP sobre áreas extensas. iv) El anexo D contiene un resumen de las principales técnicas para la medición de las tensiones residuales en los materiales [PorrolO] y [Gill2]. v) El anexo E contiene una descripción de las instalaciones experimentales del CLUPM en el que se han desarrollado los procesos LSP utilizados en la validación del modelo desarrollado [PorrolO].

Fatigue of tube-to-plate fillet welds and methods for their improvement /

"July 1997."

Throwing frame and performance of elite male seated shot-putters

Seated shot-putters rely on a customized assistive device called a throwing frame. Currently, the construction of each individual throwing frame is mainly driven by an empirical approach. One way to refine the conception is to improve the basic understanding of performance of seated shot-putters. The relationship between performance and throwing technique has been well described. Remarkably, the relationship between performance and throwing frame characteristics has received limited attention. The primary objective of this study was to present a cataloguing of characteristics of throwing frames used by seated shot-putters. This cataloguing consisted of defining and grouping 26 characteristics into three main categories (i.e., whole body, foot and upper limb specific characteristics) and seven sub-categories. The secondary objective of this study was to provide raw characterisations of the throwing frames for a group of athletes who participated in a world-class event. The characterisation consisted of describing the characteristics of each throwing frame. Potential relationships between characteristics, performance and classification were also identified. The cataloguing was achieved using a 6-step heuristic approach, involving expert opinions and the analysis of 215 attempts produced by 55 male athletes during the 2006 IPC Athletics World Championships. The distribution of samples across characteristics suggested a relevant level of comprehensiveness for the proposed cataloguing. The raw data, the profile of best athletes and the frequency of characteristics provided key benchmark information for construction of a throwing frame as well as coaching, classification and officiating. Analysis of data sets relating to characteristics, performance and classification were inconclusive.

Predicting shot locations in tennis using spatiotemporal data

Over the past decade, vision-based tracking systems have been successfully deployed in professional sports such as tennis and cricket for enhanced broadcast visualizations as well as aiding umpiring decisions. Despite the high-level of accuracy of the tracking systems and the sheer volume of spatiotemporal data they generate, the use of this high quality data for quantitative player performance and prediction has been lacking. In this paper, we present a method which predicts the location of a future shot based on the spatiotemporal parameters of the incoming shots (i.e. shot speed, location, angle and feet location) from such a vision system. Having the ability to accurately predict future short-term events has enormous implications in the area of automatic sports broadcasting in addition to coaching and commentary domains. Using Hawk-Eye data from the 2012 Australian Open Men's draw, we utilize a Dynamic Bayesian Network to model player behaviors and use an online model adaptation method to match the player's behavior to enhance shot predictability. To show the utility of our approach, we analyze the shot predictability of the top 3 players seeds in the tournament (Djokovic, Federer and Nadal) as they played the most amounts of games.

Multi-shot person re-identification via relational stein divergence

Person re-identification is particularly challenging due to significant appearance changes across separate camera views. In order to re-identify people, a representative human signature should effectively handle differences in illumination, pose and camera parameters. While general appearance-based methods are modelled in Euclidean spaces, it has been argued that some applications in image and video analysis are better modelled via non-Euclidean manifold geometry. To this end, recent approaches represent images as covariance matrices, and interpret such matrices as points on Riemannian manifolds. As direct classification on such manifolds can be difficult, in this paper we propose to represent each manifold point as a vector of similarities to class representers, via a recently introduced form of Bregman matrix divergence known as the Stein divergence. This is followed by using a discriminative mapping of similarity vectors for final classification. The use of similarity vectors is in contrast to the traditional approach of embedding manifolds into tangent spaces, which can suffer from representing the manifold structure inaccurately. Comparative evaluations on benchmark ETHZ and iLIDS datasets for the person re-identification task show that the proposed approach obtains better performance than recent techniques such as Histogram Plus Epitome, Partial Least Squares, and Symmetry-Driven Accumulation of Local Features.

ACE research vignette 037 : Bill Gates’ mug shot : Is there a secret link between rule-breaking, crime, and entrepreneurship?

This series of research vignettes is aimed at sharing current and interesting research findings from international entrepreneurship researchers. In this vignette, Dr. Martin Obschonka, considers the relationship between entrepreneurship and rule-breaking.

Hepatitis C and initiates into injecting drug use among young people: Part I: The first shot

Explores how young people in Australia first come to inject drugs and how they learn about hepatitis C and sterile injecting drug use. Background on hepatitis C; Reasons for injecting drugs; Selection criteria for young people's participation in the i2i Project.

Single-Shot Preparation of Crystalline Nanoplate LiFePO4 by a Simple Polyol Route

Nanoplate LiFePO4 is synthesized by a polyol route starting from only two reactants, namely, FePO4 and LiOH. The crystalline compound forms by refluxing a tetraethylene glycol solution consisting of FePO4 and LiOH at 335 degrees C without further heating of the reaction product.The nanoplates have average dimensions of 30 nm width and 160 nm length, as measured from transmission electron microscopy micrographs.The surface area of the LiFePO4 sample is 38 m(2) g(-1). Also, the sample is porous with a broadly distributed pore around 50 nm. The electrodes fabricated out of the nanoplate of LiFePO4 exhibit a high electrochemical activity. Discharge capacity values measured are 160 and 100 mAh g(-1) at 0.15C and 3.45C, respectively. A stable capacity of about 155 mAh g(-1) is measured at 0.2C over a 50 charge-discharge cycle. (C) 2010 The Electrochemical Society. [DOI: 10.1149/1.3425730] All rights reserved.

Three-dimensional profiling using a still shot

A method to reliably extract object profiles even with surface discontinuities that leads to 2n pi phase jumps is proposed. The proposed method uses an amplitude-modulated Ronchi grating, which allows one to extract phase and unwrap the same with a single image. Ronchi equivalent image can be derived from modified grating image, which aids in extracting wrapped phase using Fourier transform profilometry. The amplitude of the modified grating aids in phase unwrapping. As we only need a projector that projects an amplitude-modulated grating, the proposed method allows one to extract three-dimensional profile without using full video projectors. This article also deals with noise reduction algorithms for fringe projection techniques. (C) 2014 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)