Presently in ground vehicle industries, conducting durability tests with a high acceleration factor have become increasingly demanding for the less time and cost involvement. In the previous work, to accelerate the field test, the standard ‘test tailoring’ approach has been modified due to the requirement of high acceleration factors and the limitations of testing implementation. In this study, a computer-aided testing method is developed for the validation of this modified approach. Hence, a new test-piece has been designed by a conjugative approach involving the finite element technique and fatigue analysis. Afterwards, the accelerated durability loading profiles synthesized via the modified approach have been applied on the designed test-piece and the fatigue life has been simulated to verify the effectiveness of those loading profiles. Simulation results show that loading profiles with an acceleration factor up to 330 can be successfully generated with an accuracy of 95% by this modified approach.

Presently in ground vehicle industries, conducting durability tests with a high acceleration factor have become increasingly demanding for the less time and cost involvement. In the previous work, to accelerate the field test, the standard ‘test tailoring’ approach has been modified due to the requirement of high acceleration factors and the limitations of testing implementation. In this study, a computer-aided testing method is developed for the validation of this modified approach. Hence, a new test-piece has been designed by a conjugative approach involving the finite element technique and fatigue analysis. Afterwards, the accelerated durability loading profiles synthesized via the modified approach have been applied on the designed test-piece and the fatigue life has been simulated to verify the effectiveness of those loading profiles. Simulation results show that loading profiles with an acceleration factor up to 330 can be successfully generated with an accuracy of 95% by this modified approach.

Accelerated durability testing of automotive components has become a major interest as it may predict the life characteristics of the vehicle by testing fatigue failure at higher stress level within a shorter period of time. In this work, a specially designed sub-scaled experimental testing bed with the rigid and elastic supports of a simply supported beam was designed and built to compare the effects of the elastic foundation on the change of modal parameters of the tested structure which was later used to tune the FE model. Afterwards, the accelerated loading profiles of both sine sweep and random vibration were applied on the FE model to compare the deviation of the cumulative fatigue damage between the elastic and rigid supports. This work reveals a significant amount of inaccuracy in the current laboratory testing system where the dynamic properties of the tested structure are not maintained close to the real situation. / October 2016

Im vorgestellten Beitrag wird der Einfluss von Erschütterungen auf den jungen Beton systematisch und anhand von realistischen Versuchen an Kleinkörpern aus unbewehrtem und bewehrtem Beton behandelt. Die kontrollierte dynamische Anregung erfolgt künstlich mit dem AIT-Schwingungsgenerator. Die Proben (zwei verschiedene Betonsorten: „Standard-Brückenbeton“ B3-C30/37 und „Randbalkenbeton“ B7-C25/30) werden während der Erhärtungsphase systematisch mit harmonischen als auch mit realen verkehrsinduzierten Brückenschwingungsverläufen beaufschlagt. Variiert werden Intensitäten und Frequenzgehalt sowie Signalform. Im Anschluss werden die Materialparameter bestimmt und mit ruhend gelagerten Referenzköpern verglichen. Erste Ergebnisse zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften Druckfestigkeit und E-Modul wenig oder nur gering beeinflusst werden. Dauerhaftigkeitstests und Untersuchungen am Mikrogefüge dienen dazu, Fehler, Risse und Veränderungen im Gefüge zu identifizieren und werden im laufenden Forschungsprojekt noch weiter durchgeführt. Auswirkungen auf den Verbund zwischen Beton und Bewehrung werden durch Auszugversuche analysiert. Bei diesen Versuchen wurden bei größeren Relativbewegungen zwischen Beton und Bewehrungsstab Abnahmen der mittleren Verbundfestigkeit beobachtet. Bei geringeren Relativverschiebungen (Amplituden von ca. 0,14 mm bei Dauerverkehr) konnte die Verbundfestigkeit hingegen sogar gesteigert werden.

This work deals with the research of degradation of magnetorheological (MR) fluid during long-term loading under conditions that correspond to the real load in the linear MR devices such as dampers. The behaviour of MR fluid is described by a Bingham model of viscoplastic fluid. The parameters of this model are the yield stress and viscosity. Their values are determined by the shear rate from 1 to 2,8104 s-1. Results of durability tests show a significant decrease in viscosity of MR fluid, a gradual increase in yield stress in the off-state and a significant decrease in MR effect. The paper also described the effect of temperature on these parameters and there is also designed a method of non-assembly diagnostic of the MR fluid state in the damper using the "rate of pulsation."

Den ökade efterfrågan på pellets har fört med sig högre krav på pelletkvalité och detta har lett till att forskningen i Sverige har övergått från att studera möjliga bränslen till att studera pelletkvalité, ofta med fokus på mekanisk hållfasthet. För att pröva den mekaniska hållfastheten så finns olika standardmetoder såsom tumling enligt ISO 17831-1:2015, som är europeisk standard, och lignotest. Standardmetoderna kräver en större mängd pellets och kan inte användas för att pröva pellets från en singelpelletpress, vilket är ett mycket vanligt sätt att producera nya pelletsammansättningar. En singelpelletpress tillverkar en pellet åt gången och för att prediktera mekaniska hållfastheten finns många olika metoder, till exempel dropp- och hårdhetstest. Det är idag oklart hur väl metoderna för att pröva pellets från en singelpelletpress predikterar mekaniska hållfastheten och det finns en begränsad mängd forskning som undersöker korrelationen med standardmetoderna. Äldre forskning visar på en positiv linjär korrelation medan nyare forskning visar att korrelationen även beror på pelletens sammansättning. Det finns också studier som använder nya sätt att pröva enstaka pellets. En ny studie tumlar pellets tillsammans med plastpellets, men inga jämförelser med andra metoder utförs. En annan studie prövade tumling samt lignotest för en pellet åt gången och jämförde med tumling enligt ISO 17831-1:2015. Den studien visade ett R2 på 0.83 respektive 0.94 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 90%.  En metod som korrelerar med standardmetoderna skulle mycket tydligare indikera hur en pellet från en singelpelletpress skulle prestera i större produktionsskala. Om metoden även utnyttjar redan tillgänglig teknik finns möjligheten för en bred användning, likt en standardmetod, som skulle underlätta jämförelser mellan olika studier och samarbeten mellan forskningsinstitut.  I detta arbete undersöks validiteten av att tumla enstaka pellets tillsammans med plastpellets. Plast- och singelpelletsmixen som innehöll 3, 10 och 20 pellets, resterande del (upp till 500g ±10g) plastpellets, tumlades för 6 olika sorters pellets. Standardavvikelse, relativ standardavvikelse samt medelvärdet av mekaniska hållfastheten bestämdes och den linjära regressionen med tumling enligt ISO 17831-1:2015 undersöktes. För samma pelletsorter genomfördes dropptest och hårdhetstest där den linjära regressionen med tumling enligt ISO 17831-1:2015 även gjordes för hårdhetstestet. Resultaten visar att tumling med plast- och singelpelletmix fungerar som alternativ metod till ISO 17831-1:2015 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 92,45%, där mycket tillförlitligt resultat fås för 3 eller fler tumlade pellets över 96,62% mekanisk hållfasthet där 8 av 9 uppmätta standardavvikelser var under 1 %. För hela det prövade kvalitetsintervallet visades en korrelation (R2) med standardmetoden på 0,88-0,98 och ett R2 nära 1 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 95 %. Dropptestet gav ingen information om pelletens mekaniska hållfasthet och bedömdes inte som en lämplig metod. Hårdhetstestet visade en hög relativ standardavvikelse mellan 19-40 % och en korrelation (R2) med standardmetoden på 0,78. Tumling med plast- och singelpelletmix hade både lägre standardavvikelse och högre korrelation med standardmetoden som visar att det är en bättre metod för att prediktera mekaniska hållfastheten för enstaka pellets än hårdhetstest. / The increased demand of pellets has led to higher demand on pellet quality causing a shift in Swedish research from studying possible fuels to studying pellet quality, often with a focus on mechanical durability. To test the mechanical durability there are various standard methods such as tumbling according to ISO 17831-1:2015, which is the European standard, and lignotest. The standard methods require a large amount of pellets and can´t be used to test pellets from a single-pellets press, a common way to produce new pellet compositions. A single-pellet press produces one pellet at a time and to predict the mechanical durability there are different methods, such as drop and hardness tests. Today it´s unclear how well the methods for testing pellets from a single-pellets press predicts the mechanical durability and there are a limited amount of research that examines the correlation with the standard methods. Earlier research shows a positive linear correlation while a recent publish study showed that the correlation also depends on the composition of the pellet. However, also new ways to test individual pellets has recently bin published, where single pellets were tumbled together with plastic pellets, but no comparisons with other methods were made. Another study tried tumbling and lignotest for one pellet at a time and compared with ISO 17831-1:2015. The study showed an R2 of 0,83 and 0,94 respectively for pellets with a mechanical durability above 90% A method that correlates with the standard methods would indicate how a pellet from a single-pellet press would preform on a larger production scale. If the method also uses already known technology there is the possibility of a broad use, similar to a standard method, wich would facilitate comparisons between different studies and collaborations between research institutes.   In this study, the validity of tumbling individual pellets together with plastic pellets is investigated. The plastic and single-pellet mix containing 3, 10 and 20 pellets, the remaining part (up to 500 ±10g) plastic pellets, was tumbled with 6 different types of pellets. Standard deviation, relative standard deviation and the mean value of the mechanical durability were determined and the linear regression with tumbling according to ISO 17831-1:2015 was examined. For the same pellet varieties, drop and hardness tests where preformed, where the linear regression with ISO 17831-1:2015 was also examined for the hardness test.   The results show that tumbling with plastic and single-pellet mix works as an alternative method to ISO 17831-1:2015 for pellets with a mechanical durability above 92,45 %, where very reliable results was obtained for 3 or more tumbled pellets above 96.62 % mechanical durability where 8 out of 9 standard deviations measured below 1%. For the entire tested quality range, a correlation (R2) was shown with ISO 17831-1:2015 of 0.88-0.98 and an R2 close to 1 for pellets with a mechanical durability over 95 %. The drop test did not provide any information on the mechanical durability of the pellet and was not considered an appropriate method. The hardness test showed a high relative standard deviation between 19-40 % and a correlation (R2) with ISO 17831-1:2015 of 0.78. Tumbling plastic and single-pellet mix had both lower standard deviation and higher correlation with the standard method ISO 17831-1:2015 which shows that it is the superior method for predicting the mechanical durability of individual pellets over hardness test.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The innovation and investigation of catalysts in proton exchange membrane fuel cells are included in this thesis. In the first part of this work, stability of the catalyst support of PEMFC catalyst is investigated. Nanoscale platinum particles were loaded on two different kinds of carbon supports, nano graphene sheets and functionalized carbon black/graphene hybrid were developed by the liquid phase reaction. The crystal structure of two kinds of catalysts was characterized by X-ray diffractometer (XRD). The morphology and particle size were characterized by scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Pt loading was measured by thermal gravimetric analysis (TGA). The Brunauer, Emmett and Teller (BET) method was applied to test the surface area of the catalysts. The electrochemical surface area (ECSA) and mass activity during oxygen reduction reaction (ORR) process for two kinds of catalyst were tested by cyclic voltammetry method under different conditions. The stability of the catalysts were tested by accelerated durability test (ADT). The results show that although the mass activity of Pt/graphene is much lower, the stability of it is much better than that of the commercial catalyst. After adding functionalized carbon black (FCB) as spacer, the stability of the catalyst is preserved and at the meantime, the mass activity becomes higher than 20% Pt/XC72 catalyst. The lower mass activity of both catalysts are due to the limitation of the electrolyte diffusion into the carbon support because of the aggregation nature of graphene nano-sheets. After introducing functional carbon black as spacer, the mass activity and ECSA increased dramatically which proved that FCB can be applied to prevent the restacking of graphene and hence solved the diffusion problem. In the meantime, the durability was still keeping the same as Pt/graphene catalyst. In the second part of the work, the restacking problem was solved by introducing FCB as spacers between functionalized graphene nanosheets. The same measurement was applied to test the electrochemical performance of Pt/FCB/FG catalyst. The new catalyst showed a higher mass activity compared to Pt/graphene catalyst which meant the restacking problem was partially solved. The durability of the Pt/FCB/FG catalyst was still excellent.

[EN] The test for determining the resonance frequencies has traditionally been used to investigate the mechanical integrity of concrete cores, to assess the conformity of concrete constituents in different accelerated durability tests, and to ascertain constitutive properties such as the elastic modulus and the damping factor. This nondestructive technique has been quite appealed for evaluation of mechanical properties in all kinds of durability tests. The damage evolution is commonly assessed from the reduction of dynamic modulus which is produced as a result of any cracking process. However, the mechanical behavior of concrete is intrinsically nonlinear and hysteretic. As a result of a hysteretic stress-strain behavior, the elastic modulus is a function of the strain. In dynamic tests, the nonlinearity of the material is manifested by a decrease of the resonance frequencies, which is inversely proportional to the excitation amplitude. This phenomenon is commonly referred as fast dynamic effect. Once the dynamic excitation ceases, the material undergoes a relaxation process whereby the elastic modulus is restored to that at rest. This phenomenon is termed as slow dynamics. These phenomena (fast and slow dynamics) find their origin in the internal friction of the material. Therefore, in cement-based materials, the presence of microcracks and interfaces between its constituents plays an important role in the material nonlinearity. In the context of the assessment of concrete durability, the damage evolution is based on the increase of hysteresis, as a result of any cracking process. In this thesis three different nondestructive techniques are investigated, which use impacts for exciting the resonant frequencies. The first technique consists in determining the resonance frequencies over a range of impact forces. The technique is termed Nonlinear Impact Resonant Acoustic Spectroscopy (NIRAS). It consists in ascertaining the downward resonant frequency shift that the material undergoes upon increasing excitation amplitude. The second technique consists in investigating the nonlinear behavior by analyzing the signal corresponding to a single impact. This is, to determine the instantaneous frequency, amplitude and attenuation variations corresponding to a single impact event. This technique is termed as Nonlinear Resonant Acoustic Single Impact Spectroscopy (NSIRAS). Two techniques are proposed to extract the nonlinear behavior by analyzing the instantaneous frequency variations and attenuation over the signal ring down. The first technique consists in discretizing the frequency variation with time through a Short-Time Fourier Transform (STFT) based analysis. The second technique consists of a least-squares fit of the vibration signals to a model that considers the frequency and attenuation variations over time. The third technique used in this thesis can be used for on-site evaluation of structures. The technique is based on the Dynamic Acousto- Elastic Test (DAET). The variations of elastic modulus as derived through NIRAS and NSIRAS techniques provide an average behavior and do not allow derivation of the elastic modulus variations over one vibration cycle. Currently, DAET technique is the only one capable to investigate the entire range of nonlinear phenomena in the material. Moreover, unlike other DAET approaches, this study uses a continuous wave source as probe. The use of a continuous wave allows investigation of the relative variations of the elastic modulus, as produced by an impact. Moreover, the experimental configuration allows one-sided inspection. / [ES] El ensayo de determinación de las frecuencias de resonancia ha sido tradicionalmente empleado para determinar la integridad mecánica de testigos de hormigón, en la evaluación de la conformidad de mezclas de hormigón en diversos ensayos de durabilidad, y en la terminación de propiedades constitutivas como son el módulo elástico y el factor de amortiguamiento. Esta técnica no destructiva ha sido ampliamente apelada para la evaluación de las propiedades mecánicas en todo tipo de ensayos de durabilidad. La evolución del daño es comúnmente evaluada a partir de la reducción del módulo dinámico, producido como resultado de cualquier proceso de fisuración. Sin embargo, el comportamiento mecánico del hormigón es intrínsecamente no lineal y presenta histéresis. Como resultado de un comportamiento tensión-deformación con histéresis, el módulo elástico depende de la deformación. En ensayos dinámicos, la no linealidad del material se manifiesta por una disminución de las frecuencias de resonancia, la cual es inversamente proporcional a la amplitud de excitación. Este fenómeno es normalmente denominado como dinámica rápida. Una vez la excitación cesa, el material experimenta un proceso de relajación por el cual, el módulo elástico es restaurado a aquel en situación de reposo. Este fenómeno es denominado como dinámica lenta. Estos fenómenos ¿dinámicas rápida y lenta¿ encuentran su origen en la fricción interna del material. Por tanto, en materiales basados en cemento, la presencia de microfisuras y las interfaces entre sus constituyentes juegan un rol importante en la no linealidad mecánica del material. En el contexto de evaluación de la durabilidad del hormigón, la evolución del daño está basada en el incremento de histéresis, como resultado de cualquier proceso de fisuración. En esta tesis se investigan tres técnicas diferentes las cuales utilizan el impacto como medio de excitación de las frecuencias de resonancia. La primera técnica consiste en determinar las frecuencias de resonancia a diferentes energías de impacto. La técnica es denominada en inglés: Nonlinear Impact Resonant Acoustic Spectroscopy (NIRAS). Ésta consiste en relacionar el detrimento que el material experimenta en sus frecuencias de resonancia, con el aumento de la amplitud de la excitación. La segunda técnica consiste en investigar el comportamiento no lineal mediante el análisis de la señal correspondiente a un solo impacto. Ésta consiste en determinar las propiedades instantáneas de frecuencia, atenuación y amplitud. Esta técnica se denomina, en inglés, Nonlinear Single Impact Resonant Acoustic Spectroscopy (NSIRAS). Se proponen dos técnicas de extracción del comportamiento no lineal mediante el análisis de las variaciones instantáneas de frecuencia y atenuación. La primera técnica consiste en la discretización de la variación de la frecuencia con el tiempo, mediante un análisis basado en Short-Time Fourier Transform (STFT). La segunda técnica consiste en un ajuste por mínimos cuadrados de las señales de vibración a un modelo que considera las variaciones de frecuencia y atenuación con el tiempo. La tercera técnica empleada en esta tesis puede ser empleada para la evaluación de estructuras in situ. La técnica se trata de un ensayo acusto-elástico en régimen dinámico. En inglés Dynamic Acousto-Elastic Test (DAET). Las variaciones del módulo elástico obtenidas mediante los métodos NIRAS y NSIRAS proporcionan un comportamiento promedio y no permiten derivar las variaciones del módulo elástico en un solo ciclo de vibración. Actualmente, la técnica DAET es la única que permite investigar todo el rango de fenómenos no lineales en el material. Por otra parte, a diferencia de otras técnicas DAET, en este estudio se emplea como contraste una onda continua. El uso de una onda continua permite investigar las variaciones relativas del módulo elástico, para una señal transito / [CA] L'assaig de determinació de les freqüències de ressonància ha sigut tradicionalment empleat per a determinar la integritat mecànica de testimonis de formigó, en l'avaluació de la conformitat de mescles de formigó en diversos assajos de durabilitat, i en la terminació de propietats constitutives com són el mòdul elàstic i el factor d'amortiment. Esta tècnica no destructiva ha sigut àmpliament apel·lada per a l'avaluació de les propietats mecàniques en tot tipus d'assajos de durabilitat. L'evolució del dany és comunament avaluada a partir de la reducció del mòdul dinàmic, produït com resultat de qualsevol procés de fisuración. No obstant això, el comportament mecànic del formigó és intrínsecament no lineal i presenta histèresi. Com resultat d'un comportament tensió-deformació amb histèresi, el mòdul elàstic depén de la deformació. En assajos dinàmics, la no linealitat del material es manifesta per una disminució de les freqüències de ressonància, la qual és inversament proporcional a l'amplitud d'excitació. Este fenomen és normalment denominat com a dinàmica ràpida. Una vegada l'excitació cessa, el material experimenta un procés de relaxació pel qual, el mòdul elàstic és restaurat a aquell en situació de repòs. Este fenomen és denominat com a dinàmica lenta. Estos fenòmens --dinámicas ràpida i lenta troben el seu origen en la fricció interna del material. Per tant, en materials basats en ciment, la presència de microfissures i les interfícies entre els seus constituents juguen un rol important en la no linealitat mecànica del material. En el context d'avaluació de la durabilitat del formigó, l'evolució del dany està basada en l'increment d'histèresi, com resultat de qualsevol procés de fisuración. En esta tesi s'investiguen tres tècniques diferents les quals utilitzen l'impacte com a mitjà d'excitació de les freqüències de ressonància. La primera tècnica consistix a determinar les freqüències de ressonància a diferents energies d'impacte. La tècnica és denominada en anglés: Nonlinear Impact Resonant Acoustic Spectroscopy (NIRAS). Esta consistix a relacionar el detriment que el material experimenta en les seues freqüències de ressonància, amb l'augment de l'amplitud de l'excitació. La segona tècnica consistix a investigar el comportament no lineal per mitjà de l'anàlisi del senyal corresponent a un sol impacte. Esta consistix a determinar les propietats instantànies de freqüència, atenuació i amplitud. Esta tècnica es denomina, en anglés, Nonlinear Single Impact Resonant Acoustic Spectroscopy (NSIRAS). Es proposen dos tècniques d'extracció del comportament no lineal per mitjà de l'anàlisi de les variacions instantànies de freqüència i atenuació. La primera tècnica consistix en la discretización de la variació de la freqüència amb el temps, per mitjà d'una anàlisi basat en Short-Time Fourier Transform (STFT). La segona tècnica consistix en un ajust per mínims quadrats dels senyals de vibració a un model que considera les variacions de freqüència i atenuació amb el temps. La tercera tècnica empleada en esta tesi pot ser empleada per a l'avaluació d'estructures in situ. La tècnica es tracta d'un assaig acusto-elástico en règim dinàmic. En anglés Dynamic Acousto-Elastic Test (DAET). Les variacions del mòdul elàstic obtingudes per mitjà dels mètodes NIRAS i NSIRAS proporcionen un comportament mitjà i no permeten derivar les variacions del mòdul elàstic en un sol cicle de vibració. Actualment, la tècnica DAET és l'única que permet investigar tot el rang de fenòmens no lineals en el material. D'altra banda, a diferència d'altres tècniques DAET, en este estudi s'empra com contrast una ona contínua. L'ús d'una ona contínua permet investigar les variacions relatives del mòdul elàstic, per a un senyal transitori. A més, permet la inspecció d'elements per mitjà de l'accés per una sola cara. / Eiras Fernández, JN. (2016). Studies on nonlinear mechanical wave behavior to characterize cement based materials and its durability [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/71439 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales