Study of the effect of different hole sizes on mechanical strength of wafers for back contact solar cells

Drilling process on wafers to produce EWT or MWT solar cells is a critical fabrication step, which affects on their mechanical stability. The amount of damage introduced during drilling process depends on the density of holes, their size and the chemical process applied afterwards. To quantify the relation between size of the holes and reduction of mechanical strength, several sets of wafers have been prepared, with different hole diameter. The mechanical strength of these sets has been measured by the ring on ring bending test, and the stress state in the moment of failure has been deduced by FE simulation.

Dimensionamento de um secador em leito fluidizado para secagem de cereais

O objectivo desta tese é dimensionar um secador em leito fluidizado para secagem de cereais, nomeadamente, secagem de sementes de trigo. Inicialmente determinaram-se as condições de hidrodinâmica (velocidade de fluidização, TDH, condições mínimas de “slugging”, expansão do leito, dimensionamento do distribuidor e queda de pressão). Com as condições de hidrodinâmica definidas, foi possível estimar as dimensões físicas do secador. Neste ponto, foram realizados estudos relativamente à cinética da secagem e à própria secagem. Foi também estudado o transporte pneumático das sementes. Deste modo, determinaram-se as velocidades necessárias ao transporte pneumático e respectivas quedas de pressão. Por fim, foi realizada uma análise custos para que se soubesse o custo deste sistema de secagem. O estudo da secagem foi feito para uma temperatura de operação de 50ºC, tendo a ressalva que no limite se poderia trabalhar com 60ºC. A velocidade de operação é de 2,43 m/s, a altura do leito fixo é de 0,4 m, a qual sofre uma expansão durante a fluidização, assumindo o valor de 0,79 m. O valor do TDH obtido foi de 1,97 m, que somado à expansão do leito permite obter uma altura total da coluna de 2,76 m. A altura do leito fixo permite retirar o valor do diâmetro que é de 0,52 m. Verifica-se que a altura do leito expandido é inferior à altura mínima de “slugging” (1,20 m), no entanto, a velocidade de operação é superior à velocidade mínima de “slugging” (1,13 m/s). Como só uma das condições mínimas é cumprida, existe a possibilidade da ocorrência de “slugging”. Finalmente, foi necessário dimensionar o distribuidor, que com o diâmetro de orifício de 3 mm, valor inferior ao da partícula (3,48 mm), permite a distruibuição do fluido de secagem na coluna através dos seus 3061 orifícios. O inicio do estudo da secagem centrou-se na determinação do tempo de secagem. Além das duas temperaturas atrás referidas, foram igualmente consideradas duas humidades iniciais para os cereais (21,33% e 18,91%). Temperaturas superiores traduzem-se em tempos de secagem inferiores, paralelamente, teores de humidade inicial inferiores indicam tempos menores. Para a temperatura de 50ºC, os tempos de secagem assumiram os valores de 2,8 horas para a 21,33% de humidade e 2,7 horas para 18,91% de humidade. Foram também tidas em conta três alturas do ano para a captação do ar de secagem, Verão e Inverno representando os extremos, e a Meia- Estação. Para estes três casos, foi possível verificar que a humidade específica do ar não apresenta alterações significativas entre a entrada no secador e a corrente de saída do mesmo equipamento, do mesmo modo que a temperatura de saída pouco difere da de entrada. Este desvio de cerca de 1% para as humidades e para as temperaturas é explicado pela ausência de humidade externa nas sementes e na pouca quantidade de humidade interna. Desta forma, estes desvios de 1% permitem a utilização de uma razão de reciclagem na ordem dos 100% sem que o comportamento da secagem se altere significativamente. O uso de 100% de reciclagem permite uma poupança energética de cerca de 98% no Inverno e na Meia-Estação e de cerca de 93% no Verão. Caso não fosse realizada reciclagem, seria necessário fornecer à corrente de ar cerca de 18,81 kW para elevar a sua temperatura de 20ºC para 50ºC (Meia-Estação), cerca de 24,67 kW para elevar a sua temperatura de 10ºC para 50ºC (Inverno) e na ordem dos 8,90 kW para elevar a sua temperatura dos 35ºC para 50ºC (Verão). No caso do transporte pneumático, existem duas linhas, uma horizontal e uma vertical, logo foi necessário estimar o valor da velocidade das partículas para estes dois casos. Na linha vertical, a velocidade da partícula é cerca de 25,03 m/s e cerca de 35,95 m/s na linha horizontal. O menor valor para a linha vertical prende-se com o facto de nesta zona ter que se vencer a força gravítica. Em ambos os circuitos a velocidade do fluido é cerca de 47,17 m/s. No interior da coluna, a velocidade do fluido tem o valor de 10,90 m/s e a velocidade das partículas é de 1,04 m/s. A queda de pressão total no sistema é cerca de 2408 Pa. A análise de custos ao sistema de secagem indicou que este sistema irá acarretar um custo total (fabrico mais transporte) de cerca de 153035€. Este sistema necessita de electricidade para funcionar, e esta irá acarretar um custo anual de cerca de 7951,4€. Embora este sistema de secagem apresente a possibilidade de se realizar uma razão de reciclagem na ordem dos 100% e também seja possível adaptar o mesmo para diferentes tipos de cereais, e até outros tipos de materiais, desde que possam ser fluidizados, o seu custo impede que a realização deste investimento não seja atractiva, especialmente tendo em consideração que se trata de uma instalação à escala piloto com uma capacidade de 45 kgs.

Investigation of Two Bridge Alternatives for Low Volume Roads Volume 2 of 2 Concept 2: Beam In Slab Bridge, HR-382, 1997

Recent reports have indicated that 23.5% of the nation's highway bridges are structurally deficient and 17.7% are functionally obsolete. A significant number of these bridges are on the Iowa secondary road system where over 86% of the rural bridge management responsibilities are assigned to the counties. Some of the bridges can be strengthened or otherwise rehabilitated, but many more are in need of immediate replacement. In a recent investigation (HR-365 "Evaluation of Bridge Replacement Alternatives for the County Bridge System") several types of replacement bridges that are currently being used on low volume roads were identified. It was also determined that a large number of counties (69%) have the ability and are interested in utilizing their own forces to design and construct short span bridges. After reviewing the results from HR-365, the research team developed one "new" bridge replacement concept and a modification of a replacement system currently being used. Both of these bridge replacement alternatives were investigated in this study, the results of which are presented in two volumes. This volume (Volume 2) presents the results of Concept 2 - Modification of the Beam-in-Slab Bridge. Concept 1 - Steel Beam Precast Units is presented in Volume 1. Concept 2 involves various laboratory tests of the Beam-in-Slab bridge (BISB) currently being used by Benton County and several other Iowa counties. In this investigation, the behavior and strength of the BISB were determined; a new method of obtaining composite action between the steel beams and concrete was also tested. Since the Concept 2 bridge is primarily intended for use on low-volume roads, the system can be constructed with new or used beams. In the experimental part of the investigation, there were three types of laboratory tests: push-out tests, service and ultimate load tests of models of the BISB, and composite beam tests utilizing the newly developed shear connection. In addition to the laboratory tests, there was a field test in which an existing BISB was service load tested. An equation was developed for predicting the strength of the shear connection investigated; in addition, a finite element model for analyzing the BISB was also developed. Push-out tests were completed to determine the strength of the recently developed shear connector. A total of 36 specimens were tested, with variables such as hole diameter, hole spacing, presence of reinforcement, etc. being investigated. In the model tests of the BISB, two and four beam specimens [L=9,140 mm (30 ft)] were service load tested for behavior and load distribution data. Upon completion of these tests, both specimens were loaded to failure. In the composite beam tests, four beams, one with standard shear studs and three using the shear connection developed, were tested. Upon completion of the service load tests, all four beams were loaded to failure. The strength and behavior of the beams with the new shear connection were found to be essentially the same as that of the specimen with standard shear studs.

Metallien laserporaus

Lasertarkkuusporauksella on tämän hetken teollisuudessa useita sovelluksia, kuten esimerkiksi mustesuihkukirjoittimet, dieselmoottoreiden polttoainesuuttimet, lääketieteen instrumentit, turbiinien lapojen jäähdytysreiät ja stensiilit. Tässä työssä on tutkittu laserporauksen mahdollisuuksia 99,9 % kupariin sekä EN 1.4301 ruostumattomaan teräkseen (vastaava AISI 304). Ainepaksuuksia oli käytettävissä kolmea: 0,1 mm, 0,5 mm ja 1,0 mm. Vertailun vuoksi valittiin tutkimukseen mukaan ainepaksuudeltaan 1,0 mm EN 1.4432 haponkestävää terästä (vastaava AISI 316L). Tutkimuksessa käytettiin kolmea eritehoista 1,064 µm aallonpituuden Nd:YAG – laseria ja yhtä CO2 – laseria. Poratut reiät kuvattiin elektronimikroskoopilla ja jokaisesta reiästä mitattiin halkaisija, ympyrämäisyys ja kartiokkuus. Lisäksi reiän laatua arvioitaessa tarkasteltiin purseen määrää reikien ympärillä. Tutkimus osoitti, että eri materiaaleihin voidaan porata, laserin säteen laadusta ja aallonpituudesta riippuen, hyvin erikokoisia reikiä. Kartiokkuuteen havaittiin voitavan vaikuttaa polttopisteen paikkaa siirtämällä.

Compósito Polimérico Híbrido: Comportamento Mecãnico, Descotinuidade Geométrica e Resistência Residual

The growing demand in the use of hybrid composite materials makes it essential a better understanding of their behavior face of various design conditions, such as the presence of geometric discontinuities in the cross section of structural elements. This way, the purpose of this dissertation is a study of the mechanical response (strength and stiffness), modes (characteristics) of fracture and Residual Strength of an hybrid polymeric composite with and without a geometric discontinuity in its longitudinal section (with a reduction in the cross section) loaded by uniaxial tension. This geometric discontinuity is characterized by central holes of different diameters. The hybrid composite was fabricated as laminate (plate) and consisting of ortho-tereftalic polyester matrix reinforced by 04 outer layers of Jute fibers bidirectional fabrics and 01 central layer of E-glass bidirectional fabric. The laminate was industrially manufactured (Tecniplas Nordeste Indústria e Comércio Ltda.), obtained by the hand lay-up technique. Initially, a study of the volumetric density of the laminate was made in order to verify its use in lightweight structures. Also were performed comparative studies on the mechanical properties and fracture modes under the conditions of the specimens without the central hole and with the different holes. For evaluating the possible influence of the holes in the structural stability of the laminate, the Residual Strength of the composite was determined for each case of variation in hole diameter. As a complementary study, analyses of the macroscopic final fracture characteristic of the laminates were developed. The presence of the central hole of any sizes, negatively changed the ultimate tensile strength. Regarding the elastic modulus, moreover, the difference found between the specimens was within the range of tests displacement, showing the laminate stability related to the stiffness

Otimização do fresamento de roscas internas com a técnica de interpolação helicoidal

In machining of internal threads, dedicated tools, known as taps, are needed for each profile type, diameter, and low cutting speed values are used when compared to main machining processes. This restriction in the cutting speed is associated with the difficulty of synchronizing the tool s rotation speed and feed velocity in the process. This fact restricts the flexibility and makes machining lead times longer when manufacturing of components with threads is required. An alternative to the constraints imposed by the tap is the thread milling with helical interpolation technique. The technique is the fusion of two movements: rotation and helical interpolation. The tools may have different configurations: a single edge or multiple edges (axial, radial or both). However, thread milling with helical interpolation technique is relatively new and there are limited studies on the subject, a fact which promotes challenges to its wide application in the manufacturing shop floor. The objective of this research is determine the performance of different types of tools in the thread milling with helical interpolation technique using hardened steel workpieces. In this sense, four tool configurations were used for threading milling in AISI 4340 quenched and tempered steel (40 HRC). The results showed that climb cut promoted a greater number of machined threads, regardless of tool configuration. The upcut milling causes chippings in cutting edge, while the climb cutting promotes abrasive wear. Another important point is that increase in hole diameter by tool diameter ratio increases tool lifetime

Estudo histomorfométrico da influência do diâmetro do orifício piloto na interface entre o implante e o osso vertebral

OBJETIVO: Estudar as alterações agudas da interface entre os parafusos e o tecido ósseo vertebral, considerando o diâmetro do orifício-piloto em relação ao diâmetro interno do parafuso. MÉTODOS: O estudo foi realizado em carneiros e a segunda vértebra cervical selecionada para o estudo. Foram utilizados parafusos corticais de 3,5mm de diâmetro externo (2,4mm de diâmetro interno) e 14mm de comprimento. Foram formados quatro grupos experimentais: 1) orifício-piloto de 2,0mm e colocação do parafuso de 3,5mm; 2) orifício-piloto de 2,5mm e colocação do parafuso de 2,5mm; 3) orifício-piloto de 2mm sem colocação do parafuso; e 4) orifício-piloto de 2,5mm sem colocação do parafuso. RESULTADOS: O grupo 1 (orifício-piloto menor do que o diâmetro interno do parafuso) apresentou maior densidade óssea no interior da rosca do implante e maior densidade óssea na área em espelho do que o grupo 2 (orifício-piloto maior que o diâmetro interno do parafuso). A superfície de contato entre o tecido ósseo e o implante foi maior no grupo 2 em relação ao grupo 1. A comparação da densidade óssea na área em espelho entre os grupos com e sem implante (1 e 3) e (2 e 4) mostrou que a densidade óssea era maior nos grupos com o implante. Não foi observada diferença estatística entre as comparações dos grupos experimentais. CONCLUSÃO: A utilização de orifício-piloto de menor diâmetro em relação ao diâmetro interno do parafuso apresentou tendência a provocar maior compactação do osso ao redor do implante.

Monitoring in precision metal drilling process using multi-sensors and neural network

This paper presents a new method to estimate hole diameters and surface roughness in precision drilling processes, using coupons taken from a sandwich plate composed of a titanium alloy plate (Ti6Al4V) glued onto an aluminum alloy plate (AA 2024T3). The proposed method uses signals acquired during the cutting process by a multisensor system installed on the machine tool. These signals are mathematically treated and then used as input for an artificial neural network. After training, the neural network system is qualified to estimate the surface roughness and hole diameter based on the signals and cutting process parameters. To evaluate the system, the estimated data were compared with experimental measurements and the errors were calculated. The results proved the efficiency of the proposed method, which yielded very low or even negligible errors of the tolerances used in most industrial drilling processes. This pioneering method opens up a new field of research, showing a promising potential for development and application as an alternative monitoring method for drilling processes. © 2012 Springer-Verlag London Limited.

Estimação do diâmetro e rugosidade em um processo de furação utilizando multi sensores e redes neurais artificiais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)