Influence of grinding operations on surface integrity and chloride induced stress corrosion cracking of stainless steels

Stainless steels were developed in the early 20th century and are used where both the mechanical properties of steels and corrosion resistance are required. There is continuous research to allow stainless steel components to be produced in a more economical way and be used in more harsh environments. A necessary component in this effort is to correlate the service performance with the production processes. The central theme of this thesis is the mechanical grinding process.  This is commonly used for producing stainless steel components, and results in varied surface properties that will strongly affect their service life. The influence of grinding parameters including abrasive grit size, machine power and grinding lubricant were studied for 304L austenitic stainless steel (Paper II) and 2304 duplex stainless steel (Paper I). Surface integrity was proved to vary significantly with different grinding parameters. Abrasive grit size was found to have the largest influence. Surface defects (deep grooves, smearing, adhesive/cold welding chips and indentations), a highly deformed surface layer up to a few microns in thickness and the generation of high level tensile residual stresses in the surface layer along the grinding direction were observed as the main types of damage when grinding stainless steels. A large degree of residual stress anisotropy is interpreted as being due to mechanical effects dominating over thermal effects. The effect of grinding on stress corrosion cracking behaviour of 304L austenitic stainless steel in a chloride environment was also investigated (Paper III). Depending on the surface conditions, the actual loading by four-point bend was found to deviate from the calculated value using the formula according to ASTM G39 by different amounts. Grinding-induced surface tensile residual stress was suggested as the main factor to cause micro-cracks initiation on the ground surfaces. Grinding along the loading direction was proved to increase the susceptibility to chloride-induced SCC, while grinding perpendicular to the loading direction improved SCC resistance. The knowledge obtained from this work can provide a reference for choosing appropriate grinding parameters when fabricating stainless steel components; and can also be used to help understanding the failure mechanism of ground stainless steel components during service.

Hair as a Biomarker for Manganese Exposure Among Welders

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Three-dimensional free surface modelling in an unstructured mesh environment for metal processing applications

In the casting of metals, tundish flow, welding, converters, and other metal processing applications, the behaviour of the fluid surface is important. In aluminium alloys, for example, oxides formed on the surface may be drawn into the body of the melt where they act as faults in the solidified product affecting cast quality. For this reason, accurate description of wave behaviour, air entrapment, and other effects need to be modelled, in the presence of heat transfer and possibly phase change. The authors have developed a single-phase algorithm for modelling this problem. The Scalar Equation Algorithm (SEA) (see Refs. 1 and 2), enables the transport of the property discontinuity representing the free surface through a fixed grid. An extension of this method to unstructured mesh codes is presented here, together with validation. The new method employs a TVD flux limiter in conjunction with a ray-tracing algorithm, to ensure a sharp bound interface. Applications of the method are in the filling and emptying of mould cavities, with heat transfer and phase change.

Prediction of cold shuts using an unstructured mesh finite volume code

Abstract not available

A three dimensional finite volume approach to the thermo-mechanical modelling of the shape casting of metals

This paper presents a three dimensional, thermos-mechanical modelling approach to the cooling and solidification phases associated with the shape casting of metals ei. Die, sand and investment casting. Novel vortex-based Finite Volume (FV) methods are described and employed with regard to the small strain, non-linear Computational Solid Mechanics (CSM) capabilities required to model shape casting. The CSM capabilities include the non-linear material phenomena of creep and thermo-elasto-visco-plasticity at high temperatures and thermo-elasto-visco-plasticity at low temperatures and also multi body deformable contact with which can occur between the metal casting of the mould. The vortex-based FV methods, which can be readily applied to unstructured meshes, are included within a comprehensive FV modelling framework, PHYSICA. The additional heat transfer, by conduction and convection, filling, porosity and solidification algorithms existing within PHYSICA for the complete modelling of all shape casting process employ cell-centred FV methods. The termo-mechanical coupling is performed in a staggered incremental fashion, which addresses the possible gap formation between the component and the mould, and is ultimately validated against a variety of shape casting benchmarks.

Computational modelling of interacting phenomena in the shape casting process

Abstract not available

Finite volume modelling of shrinkage porosity formation in metal casting

Abstract not available

The spectral modelling of contactless induction melting for reactive metals

Abstract not available

Effect of explosive mixture on quality of explosive welds of copper to aluminium

The aim of this research is to investigate the influence of explosive ratio and type of sensitizer on the quality of explosive welds between copper and aluminium alloy plates. The welds were performed on a partially overlapping joint configuration using an emulsion explosive (EE) with two different sensitizers, hollow glass microspheres (HGMS) and expanded polystyrene spheres (EPS). Welds with an improved surface were achieved by using the HGMS sensitizer. A higher wave amplitude was registered in welds produced with the EPS sensitizer. In turn, the dimension of the molten pockets was influenced by the explosive ratio, increasing in size with increases in the values of this parameter. The intermetallic content of these zones varied according to the sensitizer type. Unlike the CuAl2 phase, the Cu-richer phases CuAl and Cu9Al4 were only identified in welds performed using the EPS sensitizer. An increase in hardness was observed at the interface of all welds, which resulted from both the presence of intermetallic phases and the plastic deformation of the materials promoted by the impact. This effect was most evident on the aluminium alloy side. All the welds had a greater strength than copper, i.e. the weakest material of the joint. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

PHC Production Management System Based on RFID

At present, in large precast concrete enterprises, the management over precast concrete component has been chaotic. Most enterprises take labor-intensive manual input method, which is time consuming and laborious, and error-prone. Some other slightly better enterprises choose to manage through bar-code or printing serial number manually. However, on one hand, this is also labor-intensive, on the other hand, this method is limited by external environment, making the serial number blur or even lost, and also causes a big problem on production traceability and quality accountability. Therefore, to realize the enterprise’s own rapid development and cater to the needs of the time, to achieve the automated production management has been a big problem for a modern enterprise. In order to solve the problem, inefficiency in production and traceability of the products, this thesis try to introduce RFID technology into the production of PHC tubular pile. By designing a production management system of precast concrete components, the enterprise will achieve the control of the entire production process, and realize the informatization of enterprise production management. RFID technology has been widely used in many fields like entrance control, charge management, logistics and so on. RFID technology will adopt passive RFID tag, which is waterproof, shockproof, anti-interference, so it’s suitable for the actual working environment. The tag will be bound to the precast component steel cage (the structure of the PHC tubular pile before the concrete placement), which means each PHC tubular pile will have a unique ID number. Then according to the production procedure, the precast component will be performed with a series of actions, put the steel cage into the mold, mold clamping, pouring concrete (feed), stretching, centrifugalizing, maintenance, mold removing, welding splice. In every session of the procedure, the information of the precast components can be read through a RFID reader. Using a portable smart device connected to the database, the user can check, inquire and management the production information conveniently. Also, the system can trace the production parameter and the person in charge, realize the traceability of the information. This system can overcome the disadvantages in precast components manufacturers, like inefficiency, error-prone, time consuming, labor intensity, low information relevance and so on. This system can help to improve the production management efficiency, and can produce a good economic and social benefits, so, this system has a certain practical value.

Tecnologias de informação geográfica e promoção do pensamento espacial crítico: estratégias transdisciplinares em educação para o desenvolvimento sustentável no 3º CEB

Perante a fragilidade da atual conjuntura mundial nos contextos económico, social e ambiental, urge a necessidade de educar os novos cidadãos para a sustentabilidade, pelo conhecimento interativo do local onde vivem e do mundo que os integra. “Ensinar a pensar” e a encontrar soluções criativas sustentáveis, torna-se incontornável. Reconhecendo-se que este propósito carece da integração do conhecimento presencial no território, e a importância das competências de saber pensar o espaço e intervir no meio, partilhadas pela Educação Geográfica (EG) e pela Educação para o Desenvolvimento Sustentável (EDS), onde a dimensão “Espaço” é crítica e aglutinadora das aprendizagens, no presente trabalho propõe-se dar resposta à questão de como desenvolver o Pensamento Espacial Crítico, com recurso a Tecnologias de Informação Geográfica (TIG), de forma a promover aprendizagens significativas em EDS, ao nível do 3.º Ciclo do Ensino Básico (CEB) e no contexto da Escola Básica de Campia. Tendo como grande finalidade a inovação das práticas educativas, espera-se com esta investigação contribuir para o alargamento de fronteiras do conhecimento em Multimédia em Educação e da EG, assumindo-se a importância desta no domínio da EDS, estimulando o Pensamento Espacial (PE), o Pensamento Crítico (PC) e a forma como os alunos e restante comunidade educativa olham e atuam sobre o meio. Face à finalidade apresentada e dado o caráter inovador da presente investigação, adotou-se a metodologia de investigação-ação (I/A), no contexto do paradigma sóciocrítico, de pendor qualitativo. Este estudo foi desenvolvido por intermédio de uma Oficina de Formação, em dois ciclos de I/A, tendo como objetivo a conceção e implementação de estratégias transdisciplinares de ensino e aprendizagem (E/A) em EDS, visando o desenvolvimento de capacidades de PEC e sendo suportadas por TIG. Foram concebidos diversos instrumentos de recolha de dados, para cada ciclo de I/A, e o corpo de dados foi analisado essencialmente através da técnica de análise de conteúdo e pontualmente através da análise estatística de cariz descritivo. O modelo de análise de dados centrou-se numa análise SWOT para identificação das forças, fraquezas, oportunidades e ameaças, e numa matriz TOWS para identificação das ações a empreender entre os ciclos de I/A. Propõe-se, para o efeito, um referencial teórico didático para o conceito de PEC, através de uma taxonomia de capacidades e competências resultante da implementação dos ciclos de I/A. Os resultados obtidos permitem observar que: i) a EG, pelas competências que preconiza e pelo enfoque da dimensão espacial, é potencialmente aglutinadora das aprendizagens, no currículo do 3.º CEB, e pode favorecer a transdisciplinaridade, essencial na EDS; ii) as estratégias de ensino e aprendizagem assentes na EG e com recurso a TIG são promotoras de aprendizagens significativas em EDS pelo desenvolvimento de capacidades de PEC. Contudo, as limitações evidenciadas na investigação suscitaram, através dos ciclos de I/A, a redefinição do percurso formativo proposto e dos instrumentos de recolha de dados concebidos, bem como a introdução de melhorias à taxonomia de PEC desenvolvida no âmbito da presente tese. Entre outras limitações discutidas (como a resistência à utilização de tecnologia em contexto de E/A), salientamos uma limitação sistémica, inerente aos atuais contextos educativos formais (currículo, distribuição do serviço docente, etc.), que desincentiva uma efetiva implementação de estratégias transdisciplinares e do trabalho colaborativo entre professores. Apesar das limitações elencadas consideramos que este estudo contribui para um aprofundamento do conhecimento sobre a potencialidade das TIG na promoção de competências e capacidades de PEC dos alunos, nomeadamente pelo avanço na clarificação das mesmas, plasmadas no instrumento desenvolvido no âmbito desta tese (taxonomia de PEC). Como disseminação desta investigação, salienta-se que o referido instrumento integrará o referencial teórico de um projeto europeu Erasmus + (ENAbLE), para suporte à conceção dos dispositivos didáticos que acompanharão uma aplicação de TIG que será concebida especificamente para o contexto de E/A.

Modelação de juntas adesivas por modelos de dano coesivo utilizando o método direto

A utilização de adesivos hoje em dia encontra-se de tal forma disseminada que é transversal a diversos setores do mercado, como a indústria aeroespacial, aeronáutica, automóvel e do desporto. De facto, o uso de ligações adesivas em estruturas mecânicas tem vindo a crescer, na medida em que estes têm substituído os métodos de ligação convencionais, tais como brasagem, rebitagem, ligações aparafusadas e soldadura. No geral, as ligações adesivas apresentam diversas vantagens, desde a diminuição do peso, redução da concentração de tensões, facilidade de fabrico, bom comportamento a solicitações cíclicas e capacidade de unir materiais dissimilares. O crescente interesse da indústria nas ligações adesivas tem por base o aumento da confiabilidade nos métodos de previsão de resistência de estruturas adesivas. Neste contexto surgem os Modelos de Dano Coesivo, que permitem simular o crescimento do dano em estruturas, após introdução das leis coesivas previamente estimadas nos modelos numéricos. Uma das fases mais importantes neste método de previsão é a estimativa das leis coesivas em tração e corte, pelo que se torna de grande relevância a existência e validação de métodos precisos para a obtenção destas leis. Este trabalho visa a validação de leis coesivas em tração e corte, estimadas pela aplicação do método direto, na previsão da resistência de juntas com geometria de solicitação mista. Neste âmbito, ensaiaram-se JSS e JSD com diferentes comprimentos de sobreposição e com adesivos de diferente ductilidade. Foram considerados os adesivos Araldite® AV138, de elevada resistência e baixa ductilidade, o Araldite® 2015, de moderada ductilidade e resistência intermédia, e o SikaForce® 7752, de baixa resistência e elevada ductilidade. As leis coesivas em modo puro serviram de base para a criação de leis simplificadas triangulares, trapezoidais e linearesexponenciais, que foram testadas para cada um dos adesivos. A validação das mesmas consumou-se por comparação das previsões numéricas com os resultados experimentais. Procedeu-se também a uma análise de tensões de arrancamento e de corte no adesivo, de modo a compreender a influência das tensões na resistência das juntas. A utilização do método direto permitiu obter previsões de resistência bastante precisas, indicando as formas de leis coesivas mais adequadas para cada conjunto adesivo/geometria de junta. Para além disso, para as condições geométricas e materiais consideradas, este estudo permitiu concluir que não se cometem erros significativos na escolha de uma lei menos adequada.