Effective stiffness behaviour of sandwich beams under uncoupled bending and torsion loadings

Sandwich geometries, mainly in the form of panels and beams, are commonly applied in various transportation industries, such as aerospace, aeronautic and automotive. Sandwich geometries represent important advantages in structural applications, namely high specific stiffness, low weight, and possibility of design optimization prior to manufacturing. The aim of this paper is to uncover the influence of the number of reinforcements (ribs), and of the thickness on the mechanical behavior of all-metal sandwich panels subjected to uncoupled bending and torsion loadings. In this study, four geometries are compared. The orientation of the reinforcements and the effect of transversal ribs are also considered in this study. It is shown that the all the relations are non-linear, despite the elastic nature of the analysis in the Finite Element software ANSYS MECHANICAL APDL.

Feasibility of internally stiffened thin-walled beams for industrial applications

Several types of internally reinforced thin-walled beams are subjected to a feasibility evaluation of its mechanical behavior for industrial applications. The adapting of already existing efficient sandwich geometries to hollow-box beams of larger dimensions may reveal promising results. Novel types of sandwich beams under bending and torsion uncoupled loadings are studied in terms of stiffness behavior in static analysis. For the analysis of the solutions, the models are built using the Finite Element Method (FEM) software ANSYS Mechanical APDL. The feasibility of the novel beams was determined by the comparison of the stiffness behavior of the novel hollow-box beams with conventional hollow-box beams. An efficiency parameter was defined in order to determine the feasibility. It is found that the novel geometries represent an excellent improvement under bending loadings, better than under torsion loadings. Nevertheless, for bending and torsion combined loadings, if bending loads are predominant, the beams can still be interesting for some applications, in particular those with mobile parts.

Optimising the design and manufacture of a customised, prescription fit, Maxillo-facial prosthesis

This thesis is a continuation of the Enterprise-Ireland Research Innovation Fund (RIF) Project entitled’ "Design and Manufacturing of Customised Maxillo-Facial Prostheses" The primary objective of this Internal Research Development Program (IRDP) project was to investigate two fundamental design changes 1 To incorporate the over-denture abutments directly into the implant. 2 To remove the restraining wings by the addition of screws, which affix the. implant to the dense material of the jawbone. The prosthetic was redesigned using the ANSYS Finite Element Analysis software program and analysed to* • Reduce the internal von Mises stress distribution The new prosthetic had a -63.63 % lower von Mises stress distribution when compared with the original prosthetic. • Examine the screw preload effects. A maximum relative displacement of 22 6 * lO^mm between the bone and screw was determined, which is well below the critical threshold of micromotion which prevents osseointegration • Investigate the prosthetic-bone contact interface. Three models of the screw, prosthesis, and bone, were studied. (Axisymmetnc, quarter volume, and full volume), a recommended preload torque of 0 32 Nm was applied to the prosthetic and a maximum von Mises stress of 1.988 MPa was predicted • Study the overdenture removal forces. This analysis could not be completed because the correct plastic multilinear properties of the denture material could not be established The redesigned prosthetic was successfully manufactured on a 3-axis milling machine with an indexing system The prosthetic was examined for dimensional quality and strength The research established the feasibility of the new design and associated manufacturing method.

Anàlisi estructural de voltes ceràmiques i patologies de l’ església de Sant Narcís

Aquest treball analitza dues tipologies de voltes (la volta de quatre punts i la volta de maó de pla o cúpula seimiesfèrica) , situades a l’església de Sant Narcís a Girona, amb la finalitat d’establir un model de mesura i estudi aproximat de la seva capacitat portant. L’abast del projecte es pot dividir en tres grans blocs: el primer, desenvolupa l’origen tècnic i històric de les voltes i del barri de Sant Narcís; el segon, tracta de la composició de materials i elements, duent a terme una anàlisi constructiva i patològica que defineix les característiques, ordre i deficiències de diferents elements i materials que formen part de l’edifici; i el tercer bloc tracta del càlcul estructural, on es realitzen diferents modelitzacions d’una de les voltes de quatre punts i de la volta semiesfèrica de l’església de Sant Narcís, amb la fi de verificar i trobar el model més apropiat per dur a terme una anàlisi, mitjançant el programa de càlcul ANSYS

Modelització numèrica d’un sistema de descàrrega d’una columna de la catedral d Girona mitjançant el mètode dels elements finits (anàlisi no lineal)

Aquest projecte consisteix en aplicar el càlcul no lineal en la modelització volumètricanumèrica de l’estructura del sistema de descàrrega d’una columna del claustre de lacatedral de Girona mitjançant el mètode dels elements finits. A la Universitat de Gironas’ha fet diferents estudis del claustre de la catedral de Girona però sempre simulant uncomportament lineal de les característiques dels materials. El programa utilitzat és la versió docent del programa ANSYS disponible al Dept.d’EMCI i l’element emprat ha sigut el SOLID65. Aquest element permet introduircaracterístiques de no linealitat en els models i és adequat per a anàlisi no lineald’elements com la pedra de Girona

Patient-specific computational hemodynamics of intracranial aneurysms from 3D rotational angiography and CT angiography: an in vivo reproducibility study

Patient-specific simulations of the hemodynamics in intracranial aneurysms can be constructed by using image-based vascular models and CFD techniques. This work evaluates the impact of the choice of imaging technique on these simulations

Toward integrated management of cerebral aneurysms

In the last few years, some of the visionary concepts behind the virtual physiological human began to be demonstrated on various clinical domains, showing great promise for improving healthcare management. In the current work, we provide an overview of image- and biomechanics-based techniques that, when put together, provide a patient-specific pipeline for the management of intracranial aneurysms. The derivation and subsequent integration of morphological, morphodynamic, haemodynamic and structural analyses allow us to extract patient-specific models and information from which diagnostic and prognostic descriptors can be obtained. Linking such new indices with relevant clinical events should bring new insights into the processes behind aneurysm genesis, growth and rupture. The development of techniques for modelling endovascular devices such as stents and coils allows the evaluation of alternative treatment scenarios before the intervention takes place and could also contribute to the understanding and improved design of more effective devices. A key element to facilitate the clinical take-up of all these developments is their comprehensive validation. Although a number of previously published results have shown the accuracy and robustness of individual components, further efforts should be directed to demonstrate the diagnostic and prognostic efficacy of these advanced tools through large-scale clinical trials.

Simulação computacional aplicada ao desenvolvimento de embalagens para bananas

Este trabalho propõe um método de projeto de embalagem para produtos hortícolas, buscando uma otimização integrada dos aspectos geométricos, estruturais e térmicos, ligados à facilitação do resfriamento e armazenamento refrigerado. Para o dimensionamento e otimização estrutural, foi utilizado o Método dos Elementos Finitos implementado pelo programa ANSYS, obtendo-se oito modelos virtuais de embalagens, com 10% e 14% de área efetiva de aberturas e geometria quadrada, retangular e circular. Para o desenvolvimento dos experimentos, que avaliaram a relação da área de aberturas com o tempo de sete-oitavos de resfriamento, foram construídos protótipos de tábuas de madeira (Pinnus elliotti) de reflorestamento. Nas embalagens, foram acondicionados aproximadamente 13 kg de banana variedade Nanica (Musa cavendishii, cultivar nanica), resfriada num túnel de ar forçado (vazão de ar de 0,32 m³ s-1, temperatura de 8,0±1,2ºC e umidade relativa de 84,5±2,6%). O tempo de resfriamento também foi comparado com aquele obtido quando a mesma quantidade de frutas foi resfriada em embalagens de papelão (2,5% de área efetiva de abertura) e madeira (18% de área efetiva de abertura). Os resultados demonstraram que, entre os protótipos propostos, não houve diferença significativa no tempo de resfriamento dos frutos acondicionados nas embalagens desenvolvidas, sendo o tempo médio de resfriamento de 40,71±2,81 min. Na comparação com as embalagens de papelão e madeira, houve diferenças significativas, sendo que as embalagens comerciais tiveram tempos de resfriamento de 1,25 e 2 vezes maiores. Concluiu-se que a simulação estrutural computacional, aliada a algoritmos de otimização, além de procedimentos experimentais ligados à cadeia do frio, são recursos promissores no auxílio de projetos para embalagens de transporte de produtos hortícolas.

Kuristettujen isotermisen vesivirtausten kolmidimensionaalinen mallintaminen

Työssä on tutkittu CFX ja Fluent virtauslaskentaohjelmien soveltavuutta kuristet-tujen isotermisten vesivirtausten kolmidimensionaaliseen mallintamiseen. Teoriaosassa on esitelty virtausta hallitsevat perusyhtälöt sekä eri kavitaatioteori-oita kavitaatiokuplan syntymisestä tuhoutumiseen. Laskennallisessa osassa esitellään käytetyt virtauslaskentaohjelmat ja laskentatapaukset sekä verrataan saatuja tuloksia aiemmin suoritettuihin mittauksiin. Työn pääpaino oli tutkia käytettyjen virtauslaskentaohjelmien soveltuvuutta kuris-tettujen virtauksien mallinnukseen.

Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston soveltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti roottorin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitulosten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dynamiikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin elementtimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysjakaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan analysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saatiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

Hydrostaattisen kuormituselementin parametrien vaikutus tehontarpeeseen

Työssä tutkitaan paperiteollisuuden käyttämän taipumakompensoidun telan hydrostaattisen kuormituselementin parametrien vaikutusta tehontarpeeseen ja kuormituselementin käyttäytymistä eri parametreilla. Työssä käsitellään hydrostaattisen kuormituselementin FE-laskennassa käytetyn mallinosien rakentaminen, kokoonpano ja teoria. Lisäksi analyyttinen laskenta esitetään lyhyesti. FE-laskennassa käytetään virtaus-rakenne -vuorovaikutusanalyysiä. Laskenta suoritetaan ANSYS/Flotran ohjelmistolla (versio 5.5). Hydrostaattisen kuormituselementin tehontarpeen vähentämiseen löytyi kolme tekijää. Suurimpana yksittäisenä tekijänä on elementin kitkapinta-alan pienentäminen, jolla saavutetaan 44 % kitkatehontarpeen pieneneminen. Seuraavaksi eniten vaikuttaa kitkatehontarpeeseen kuormituselementin muotoilu, jolla saavutetaan 20 % kitkatehontarpeen pieneneminen. Kolmantena tekijänä on viskositeetin pienentäminen, jolla suurimmillaan saavutetaan 15 % kitkatehontarpeen pieneneminen.

Ilmanjaon päätelaitteen virtauskentän mallintaminen

Tässä työssä esitetään tuloilmalaitteen virtausten laskennallinen tarkastelu huonetilassa virtauslaskentaohjelmiston avulla. Tarkastelu suoritetaan kolmiulotteisena sekä isotermisille että termisille tapauksille, jolloin huonetilan joihinkin pintoihin asetetaan lämpövuo ja epäpuhtauslähde. Työn tarkoituksena on arvioida CFX -virtauslaskentaohjelmiston soveltuvuutta huonetilavirtausten mallintamiseen ja tarkastella huonetilan ilmanvaihdon tehokkuutta eri tapauksissa. Arviointi suoritetaan vertaamalla laskentatuloksia mittaustuloksiin. Turbulenssimallien vaikutusta on arvioitu käyttämällä nollan yhtälön ja standardi k-e turbulenssimalleja. CFX:n k-e turbulenssimallilla lasketut nopeuden alenemat eri tilavuusvirroilla vastasivat paremmin mittaustuloksia kuin nollan yhtälön turbulenssimallilla, jolla erot olivat huomattavia. Huonetilan ilmanvaihdon tehokkuus vaihteli suuresti tuloilmalaitteen sijoituspaikan ja lämpövuon mukaan.

In-Vessel Penetrator -käärmerobotin mallinnus ADAMS-ohjelmistolla

Työn tavoitteena oli muodostaa virtuaaliprototyyppi fuusioreaktorin huollossa käytettävästä IVP-robotista. Työssä mallinnettiin robotin mekaniikka joustavana sekä toimilaitteiden ja käyttöjen dynaamiset ominaisuudet valmistajien esitietojen ja mitoitustietojen perusteella. Käyttöjen ja mekaniikan mallit yhdistettiin ADAMS-ohjelmistossa. Mekaanisten joustojen mallinnuksessa sekä verifioinnissa käytettiin apuna ANSYS –ohjelmistoa. Virtuaaliprototyypin toimivuudesta varmistuttiin vertaamalla sitä robotin suunnittelutietoihin ja fyysiseen prototyyppiin. Robotin ohjauksessa käytettävän P-säätäjän vaikutusta tutkittiin eri vahvistuksen arvoilla sekä verrattiin mekaanisia vasteita fyysisen prototyypin dynaamisiin testeihin. Esimerkkinä robotin käyttäytymisestä todellisessa tilanteessa simuloitiin sen ajoa reaktoriin. Toteutetun simulointimallin todettiin vastaavan rakenteeltaan sekä siinä esiintyvien voimien osalta suunnitelmien mukaista konstruktiota. Käytetyillä parametreilla se toteutti hyvin robotille asetetut nopeusvaatimukset.

Turbulenttisen putkivirtauksen numeerinen mallinnus.

Numeerisella mallinnuksella on tavoitteena täydentää ja korvata kokeellista tutkimusta. Tässä tutkimuksessa on mallinnettu CFX 4.1- ja CFX 4.2-ohjelmien avulla lämmönsiirtoa putken sisäpinnalla. Virtausaineena putkessa on käytetty vettä ja vesi-monopropyleeniglykoliliuosta. Tarkasteltujen virtaustapausten Reynoldsin luku vaihtelee 200 - 30000. Kun glykolipitoisuus on suuri ja liuoksen lämpötila on pieni virtaus on laminaarista ja tällöin lämmönsiirtymiskerroin on pieni. Lämmönsiirron tehostamiseksi putkeen on asennettu turbulaattorilanka. Työssä on selvitetty edellytyksiä mallintaa hydraulisesti sileässä putkessa tapahtuvaa virtausta. Reynoldsin luvun ollessa alle 2300 mallinnuksessa on käytetty laminaarimallia. Reynoldsin luvuilla 2300-30000, turbulenttisella alueella, on käytetty pienten Reynoldsin luvun k-ɛ-mallia. Malli vaatii toimiakseen tiheän laskentaverkon putken seinämän läheisyydessä. Tarkastellulla alueella virtauksen ja lämmönsiirron mallinnuksen tulokset ovat vastaavat kuin teorian perusteella lasketut ja kokeellisista mittauksista saatavat tulokset. Lämmönsiirron tehostamiseksi putkeen on asennettu turbulaattorilanka. Tässä työssä on numeerisin menetelmin (pienten Reynoldsin luvun k-ɛ-malli ja k-ɛ-malli) suoritettu laskentaa yhdellä turbulaattorilankarakenteella. Laskennan vertailuaineistona on käytetty aikaisemmasta kokeellisesta tutkimuksesta saatua mittausdataa. Kokeellisessa tutkimuksessa turbulaattorirakenteena on käytetty putken seinämällä kiertyvää turbulaattorilankaa. Todellinen kolmiulotteinen geometria osoittautui vaikeaksi mallintaa. Toimivaa mallia ei ollut mahdollista toteuttaa aikataulun puitteissa ja mallin laskentakapasiteetin tarve kasvoi liian suureksi. Lankarakenne yksinkertaistettiin tasavälein toistuvaksi riparakenteeksi, joka on helpompi mallintaa aksisymmetriaa käyttäen kaksiulotteisena. Mallin tuloksista painehäviö asettuu kirjallisuudesta saatavan vertailuaineiston kanssa samalle tasolle, mutta lämmönsiirtymiskerroin on vertailuaineistoa huomattavasti suurempi.