SolidWorks Simulations ja Femap FE-analyysiohjelmien vertailu RHS-putkipalkkien mallinnuksen avulla

Tässä kandidaatintyössä vertailtiin SolidWorks Simulations ja Femap FE-analyysiohjelmien tuottamia tuloksia. Vertailu suoritettiin yksinkertaisten RHS-putkipalkkien mallinnuksen avulla. Mallinnuksessa käytettiin viittä erilaista kuormitustapausta, jotka sisälsivät mm. taivutus-, vääntö- ja jännityskeskittymätarkastelut. Ohjelmien tuottamia tuloksia verrattiin mahdollisuuksien mukaan analyyttisin menetelmin tehtyihin vertailulaskelmiin. Työn tarkoituksena oli selvittää tuottivatko eri ohjelmat erilaisia tuloksia samoista kuormitustapauksista ja kuinka paljon tulokset erosivat.

Influence of specimens' design and manufacturing process on microtensile bond strength to enamel: laboratory and FEA comparison

This study evaluated the effect of specimens' design and manufacturing process on microtensile bond strength, internal stress distributions (Finite Element Analysis - FEA) and specimens' integrity by means of Scanning Electron Microscopy (SEM) and Laser Scanning Confocal Microscopy (LCM). Excite was applied to flat enamel surface and a resin composite build-ups were made incrementally with 1-mm increments of Tetric Ceram. Teeth were cut using a diamond disc or a diamond wire, obtaining 0.8 mm² stick-shaped specimens, or were shaped with a Micro Specimen Former, obtaining dumbbell-shaped specimens (n = 10). Samples were randomly selected for SEM and LCM analysis. Remaining samples underwent microtensile test, and results were analyzed with ANOVA and Tukey test. FEA dumbbell-shaped model resulted in a more homogeneous stress distribution. Nonetheless, they failed under lower bond strengths (21.83 ± 5.44 MPa)c than stick-shaped specimens (sectioned with wire: 42.93 ± 4.77 MPaª; sectioned with disc: 36.62 ± 3.63 MPa b), due to geometric irregularities related to manufacturing process, as noted in microscopic analyzes. It could be concluded that stick-shaped, nontrimmed specimens, sectioned with diamond wire, are preferred for enamel specimens as they can be prepared in a less destructive, easier, and more precise way.

A geometrical approach of 3-D FEA for educational purposes applied to electrostatic fields

A geometrical approach of the finite-element analysis applied to electrostatic fields is presented. This approach is particularly well adapted to teaching Finite Elements in Electrical Engineering courses at undergraduate level. The procedure leads to the same system of algebraic equations as that derived by classical approaches, such as variational principle or weighted residuals for nodal elements with plane symmetry. It is shown that the extension of the original procedure to three dimensions is straightforward, provided the domain be meshed in first-order tetrahedral elements. The element matrices are derived by applying Maxwell`s equations in integral form to suitably chosen surfaces in the finite-element mesh.

The suitability of different FEA models for studying root fractures caused by wedge effect

Finite element analysis (FEA) utilizing models with different levels of complexity are found in the literature to study the tendency to vertical root fracture caused by post intrusion (""wedge effect""). The objective of this investigation was to verify if some simplifications used in bi-dimensional FEA models are acceptable regarding the analysis of stresses caused by wedge effect. Three plane strain (PS) and two axisymmtric (Axi) models were studied. One PS model represented the apical third of the root entirely, in dentin (PS-nG). The other models included gutta-percha in the apical third, and differed regarding dentin-post relationship: bonded (PS-B and Axi-B) or nonbonded (PS-nB and Axi-nB). Mesh discretization and material properties were similar for all cases. Maximum principal stress (sigma(max)) was analyzed as a response to a 165 N longitudinal load. Stress magnitude and orientation varied widely (PS-nG: 10.3 MPa; PS-B: 0.8 MPa; PS-nB: 10.4 MPa; Axi-13: 0.2 MPa, Axi-nB: 10.8 MPa). Axi-nB was the only model where all (sigma(max) vectors at the apical third were perpendicular to the model plane. Therefore, it is adequate to demonstrate the tendency to vertical root fractures caused by wedge effect. Axi-13 showed only part of the (sigma(max) perpendicular to the model plane while PS models showed sigma(max) on the model plane. In these models, sigma(max) orientation did not represent a situation where vertical root fracture would occur due to wedge effect. Adhesion between post and dentin significantly reduced (c) 2007 Wiley Periodicals, Inc.

Finite Element Analysis (FEA) applied to heat transfer optimization process of pultrusion die systems

The aim of this study is to optimize the heat flow through the pultrusion die assembly system on the manufacturing process of a specific glass-fiber reinforced polymer (GFRP) pultrusion profile. The control of heat flow and its distribution through whole die assembly system is of vital importance in optimizing the actual GFRP pultrusion process. Through mathematical modeling of heating-die process, by means of Finite Element Analysis (FEA) program, an optimum heater selection, die position and temperature control was achieved. The thermal environment within the die was critically modeled relative not only to the applied heat sources, but also to the conductive and convective losses, as well as the thermal contribution arising from the exothermic reaction of resin matrix as it cures or polymerizes from the liquid to solid condition. Numerical simulation was validated with basis on thermographic measurements carried out on key points along the die during pultrusion process.

Estudo de Ferramentas FEA Comerciais na Simulação Numérica de Processos de Conformação de Chapas Metálicas. Aplicação à Indústria Automóvel.

Os componentes obtidos através da conformação plástica de chapas têm uma grande importância, tanto na etapa de concepção do produto como na etapa de produção na indústria automóvel. Isto comprova-se pelo facto de, em média, cada automóvel integrar cerca de 500 componentes estampados para construir o chassis e a carroçaria [Alves 2003]. Deste total de componentes, 50 são de grandes dimensões (portas, tejadilho, painéis inferior e laterais, entre outros) e necessitam, em média, de cinco ferramentas para o seu fabrico, sendo o custo estimado para cada ferramenta de 230 000 € [Col 2000, Alves 2003]. Para além da indústria automóvel, a conformação plástica de chapas metálicas é um processo tecnológico presente nas indústrias relativas à aeroespacial, petrolífera, decoração, alimentar, entre outras. Do ponto de vista do enquadramento económico, cerca de 20% do custo total de um automóvel novo é devido à incorporação de componentes metálicos estampados. [Alves 2003]. A pressão do “Mercado Global” faz com que os custos relativos à matéria-prima, energia e mão-de-obra sejam uma constante em termos de redução do seu impacte no orçamento das empresas fornecedoras destes produtos. É neste contexto que surge a necessidade da realização deste estudo de Benchmark de Softwares, tornando-se bastante importante, quer ao nível da competitividade industrial, quer ao nível da inovação para novos produtos. A análise por elementos finitos desempenha um papel primordial no tryout virtual e otimização das ferramentas e processos de conformação plástica. Os objetivos principais deste estudo de simulação numérica são a identificação e comparação dos resultados obtidos pelo AUTOFORM e pelo PAMSTAMP, para cada uma das variáveis identificadas como as mais influentes na robustez dos processos de estampagem de chapa metálica. Estas variáveis identificadas são: consumo de material (Draw-in) após conformação; forças de conformação; valores de variação de espessura e dos valores de extensão e resultados de Springback. Os resultados obtidos são comparados com os resultados experimentais e, desta forma, avalia-se a capacidade inovadora e a eficácia de cada um dos softwares, obtendo-se assim, uma orientação mais real para o software mais indicado aos objetivos impostos pela indústria automóvel. Para este efeito, a indústria automóvel, como maior impulsionador e motor da investigação na área da simulação numérica aplicada aos processos de estampagem, tem aderido em peso ao Benchmarking. Um exemplo disto, é o que acontece nas conferências Numisheet. O Benchmark #2 da conferência Numisheet 2008 é analisado pormenorizadamente e os resultados numéricos e experimentais são comparados e apresentados. Dois materiais distintos (aço HC260LAD e liga de alumínio AC170), assim como três modelos com geometrias diferentes (com e sem freios) são apresentados neste relatório. Com vista à redução dos ciclos tentativa-erro, tem-se adotado ciclos virtuais ou numéricos e tem-se incrementado a interatividade entre as fases de concepção e projeto, num conceito muito próprio, mas cada vez mais abrangente, denominado “produção virtual”. É nesta filosofia que se insere a simulação numérica dos processos de conformação de chapa.

Rutiinimenetelmillä ja Vitek2-laitteella saatujen tulosten vertailu bakteerien identifikaatio- ja antibioottiherkkyystutkimuksissa

Nykyään bakteerien identifikaatio- ja antibioottiherkkyysmääritykset tehdään kliinisen mikrobiologian laboratorioissa suurimmaksi osaksi manuaalisesti. Näytemäärät ovat lisääntyneet bakteriologian laboratorioissa, ja siksi diagnostiikan automatisointi on tullut tarpeelliseksi. BioMerieux on kehittänyt Vitek2-laitteen, jolla voidaan tehdä bakteerien ja sienien identifikaatio ja antibiootti-herkkyys-määrityksiä. Opinnäytetyön tarkoituksena oli verrata rutiinimenetelmien ja Vitek2laitteen identifikaatio- ja antibioottiherkkyystuloksia. Yksittäisiä vertailtavia kohteita olivat testireaktiot, ESBL (Extended Spectrum Beta-Lactamase) -ominaisuus ja määrityksiin kulunut aika. HUSLABin toimeksiannosta Vitek2-laitteella tutkittiin ESBL-kantoja sekä rutiinimenetelmillä vaikeasti tunnistettavia nonfermenta-tiivisia sauvabakteereja ja kasvuolosuhteiltaan vaativia bakteereja. Laitetta varten on kehitetty uusia testikortteja, jotka tunnistavat näitä bakteerik antoja. Aikaisemmat identifikaatio-, reaktio- ja antibioottiherkkyystulokset kerättiin HUSLABin potilastieto-järjestelmästä. Niitä verrattiin Vitek2-laitteesta saatuihin tuloksiin. Määritysten kestoa Vitek2-laitteella verrattiin aikaisempiin tutkimuksiin. Tutkimuksessa käytettiin yhteensä 183 bakteerinäytettä, joista 76 oli ESBL-kantoja, 40 nonfermentatiivisia sauvabakteereja, 41 kasvuolosuhteiltaan vaativia bakteereja sekä 26 uusia potilasnäytelöydöksiä. Vitek2 antoi 99 prosentille kaikista tutkituista ESB--kannoista saman identifikaation kuin rutiini-menetelmät. Uusista potilasnäytelöydöksistä Vitek2 tunnisti 96 Nonfermentatiivisista sauva-baktee-reista ja kasvuolosuhteiltaan vaativista bakteereista Vitek2 tunnisti noin 70 amalla tavalla kuin rutiinimenetelmät. Vitek2-laitteen antamat identifikaatioreaktiotulokset vastasivat paremmin Api20E-testin (94 kuin Api20NE-testin (70 reaktiotuloksia. Noin 80 aikista antibiootti-herkkyys-tuloksista vastasi perinteisillä menet elmillä saatuja tuloksia. Vitek2-laitteella saadut antibiootti-herkkyystulokset olivat yleensä rutiinimenetelmiä herkempiä. Vitek2-laitteella saadut ESBL-tulokset vastasivat rutiinimenetelmillä saatuja tuloksia noin 90-prosenttisesti. Verrattuna aikaisempiin tutkimuksiin Vitek2-laitteen suorittamat määritykset olivat rutiinimenetelmiä paljon nopeampia. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että Vitek2-laite on käyttökelpoinen bakteriologian laboratoriossa identifikaatio- ja antibioottiherkkyystutkimuksissa. Nonfermentatiivisia sauvabakteereja ja kasvuolo-suhteiltaan vaativia bakteereja voisi kuitenkin tutkia enemmän.

Kudoskuljetusohjelmien vertailu rasvaisilla näytteillä

Histologisen näytteen valmistukseen kuuluu fiksaatio, kudoskuljetus, valu, mikrotomia ja värjääminen. Kudoskuljetuksen epäonnistuessa kudoksen leikkautuvuus huononee, mikä puolestaan voi vaikuttaa lopullisen leikkeen laatuun ja kudoksen yleisrakenteeseen eli morfologiaan. Työssäni vertaillaan kahta eri kudoskuljetusohjelmaa rasvaisille näytteille ja niiden vaikutusta mikrotomiaan. Kudoskappaleet leikattiin kahteen eri paksuuteen, jolloin voitiin vertailla rasvaisten kudoskappaleiden paksuuden vaikutusta kudoskuljetuksen onnistumiseen ja mikrotomiaan. Vertailun tarkoituksena on tuottaa Päijät-Hämeen Keskussairaalan patologian laboratoriolle tieto, kumpaa ohjelmaa jatkossa tulisi käyttää, kun kysymyksessä on rasvainen näyte. Kudoskappaleet (2-3 mm ja 5-6 mm) kuljetettiin rinnakkaisissa kudoskuljetusohjelmissa kudostenkäsittelyautomaateilla, jonka jälkeen kudokset valettiin parafiiniin. Kaksi laboratoriohoitajaa leikkasi blokeista 4 µm leikkeet vesiliukumikrotomilla ja arvioivat leikkautuvuuden tehtyjen kriteerien mukaan. Leikkeet värjättiin hematoksyliini-eosiini-värjäyksellä. Kaikki lasit arvioitiin tietyillä kriteereillä, jonka jälkeen patologeille valittiin osa laseista arvioitaviksi. Patologit eivät saaneet etukäteen tietoa käytetyistä kudoskuljetusohjelmista, kudoksista tai kudoskappaleiden paksuudesta. Leikkautuvuudessa ei ollut suuria eroja ohjelmien välillä vertailtaessa 2-3 mm paksuisia kudoksia. 5-6 mm paksujen kudosten leikkautuvuudessa erot olivat selkeät ohjelmien välillä. Valmiissa leikkeissä rasvaohjelman läpikäyneet 5-6 mm paksuiset kudokset olivat normaaliohjelmalla kuljetettuja laadukkaampia. Suurin vaikutus rasvaohjelmalla oli leikkeen reikiintymisen ja repeilyn vähenemiseen. Värjäystulokseen kudosten paksuus tai kudoskuljetusohjelmat eivät juurikaan vaikuttaneet. Rasvaohjelma otettiin työn tulosten perusteella käyttöön. Rasvaohjelmaa voidaan jatkossa käyttää yli 3 mm paksuille rasvaisille kudoksille rutiininomaisesti. Rasvaohjelma itsessään toimi hyvin, eikä kaipaa muutoksia liuosaikoihin, vaan on osoittautunut vertailussa hyvin toimivaksi. Tulevaisuudessa rasvaohjelman liuosaikoja mahdollisesti lyhennetään siten, että ohjelma kestää kolmen vuorokauden sijaan kaksi vuorokautta.

Vuosina 1992-95 sioista eristettyjen E. coli -bakteerikantojen mikrobilääkeherkkyys ja kahden eri herkkyysmääritysmenetelmän vertailu käyttäen oksitetrasykliiniä

Virpi Ala-Risku, Marja Fossi ja Matti Nyberg