High Pressure Torsion (HPT) is one of the most widely used severe plastic deformation methods which enable to obtain a crack free ultra-fine grained bulk material with improved mechanical properties like increased strength and toughness. In the process, a disc shaped sample is pressed between two anvils and deformed via surface friction forces by rotating one of the anvils. The aim of this study is to nondestructively characterize the variations in the deformation uniformity of the severely deformed steel disks. Two sets of low carbon steel samples were obtained by applying the unconstrained and constrained HPT process up to 6 turns. Magnetic Barkhausen Noise (MBN) method was used in order to evaluate the samples in a nondestructive manner via a commercial device. The results of the MBN measurements were verified with those of conventional methods such as / x-ray diffraction (XRD), metallographic examination and hardness measurements. The initial stages of HPT revealed the effects of conventional plastic deformation on MBN / however with further straining, grain size refinement prevailed and caused increase in MBN signals.

Conformal map has application in a lot of areas of science, e.g., fluid flow, heat conduction, solidification, electromagnetic, etc. Especially conformal map applied to elasticity theory can provide most simple and useful solution. But finding of conformal map for custom domain is not trivial problem. We used a numerical method for building a conformal map to solve torsion problem. In addition it was considered an infinite system method to solve the same problem. Results are compared.

Hauptziel dieser Arbeit ist die Klärung der in der Praxis oft getroffenen Annahme, dass die statischen Torsionseffekte eines Windturbinenrotorblatts keinen Einfluss auf die aerodynamische Leistungsbilanz nehmen. Auf dem Markt findet sich ein breites Angebot an Software, mit der die Aeroelastizität von Windturbinenblättern und deren dynamische Stabilität berechnet und geprüft werden kann. Mit diesen Programmen können üblicherweise Schwingungsformen, die dazugehörigen Frequenzen sowie die Überlagerung der Schwingungen, das Flattern und die Stabilität des Rotorblattes berechnet werden [1, 2, 3 und 4]. Konstruktive Maßnahmen in diesem Zusammenhang sind auf die Schwingungstechnik fokussiert [5]. Die dynamische Stabilität ist jedoch nicht maßgebend für die statische Deformation des Windturbinenblattes, bei deren Auslegung auf die Vermeidung von Kollisionen mit dem Turm geachtet werden muss. In diesem Zusammenhang gewinnt die statische Aeroelastizität der Windturbinenblätter an Wichtigkeit. Die zur Verfügung stehenden Berechnungsprogramme ziehen zwar sowohl die dynamische als auch die statische Aeroelastizität in Betracht. Da jedoch in der Regel die dynamischen Torsionsschwingungen der Windturbinenblätter wesentlich höhere Frequenzwerte aufweisen als die Schlag- und Schwenkschwingungen, wird als plausibel angenommen, dass die Rotorblätter grundsätzlich torsionssteif sind. Daher werden bei den handelsüblichen Berechnungsprogrammen sowohl für die Aerodynamik als auch für die Strukturmechanik Vereinfachungen vorgenommen, in denen die statischen Torsionsberechnungen wegfallen. Als Stand der Technik bei den kommerziell erhältlichen Programmen wird die Aerodynamik des Rotors zunächst an einem Modell untersucht, in welchem der Rotor in viele zweidimensionale Profilpolare (mit angenommenen Interpolationsmöglichkeiten) unterteilt ist, wobei die Profilpolare 2DWindkanalmessungen entnommen werden. Die Strukturmechanik bezieht sich in der Regel auf eindimensionale Balkenelemente, die für Biege- und Zuglasten, aber nicht für Torsionsbetrachtungen um die Rotorlängsachse berechnet werden, da die Torsionseffekte als sehr gering und vernachlässigbar eingeschätzt werden. Beim torsionselastischen Windturbinenblatt ist zu erwarten, dass die Last der lokalen Auftriebskräfte und Nickmomente das Rotorblatt um die eigene Längsachse tordieren lässt [6]. Durch den Torsionswinkel nimmt der Auftrieb und somit die Schubkraft des Rotorblattes zu. Da der Torsionswinkel an der Windturbinenblattspitze am größten ist, wird folglich die größte Schlagdeformation ebenfalls im äußeren Bereich des Rotorblattes auftreten. Mit zunehmender Größe des Rotordurchmessers von der Größenordnung 100 m wird erwartet, 10 dass die Torsionslasten einen zunehmenden, nicht mehr vernachlässigbaren Einfluss auf die Wechselwirkung der Aerodynamik und Strukturmechanik einnehmen und somit die Zunahme der Schlagdeformation begünstigen. Daher ist die Aufgabe dieser Arbeit die Klärung der Annahme, dass die statischen Torsionseffekte eines Windturbinenrotorblatts Einfluss auf die aerodynamische Leistungsbilanz nehmen. In den Kapiteln 4 und 5 dieser Arbeit werden daher die Größenordnung der Drehwinkel und die sich daraus ergebende Schlagdeformation mit einem besonderen Augenmerk auf die Torsionseffekte des Rotorblattes ermittelt. Weiterhin werden in der aeroelastischen Berechnung dieser Arbeit die lokalen Deformationen berücksichtigt, da die flexible Haut des Windturbinenprofils durch die aerodynamischen Lasten eine Verformung erfährt, die einen beachtenswerten Einfluss auf die Aerodynamik des Windturbinenprofils hat. Bei immer größer werdenden Profiltiefen wird die Zunahme der lokalen Deformationen der flexiblen Haut des Windturbinenprofils begünstigt, welche durch die aerodynamischen Lasten und Torsion verursacht wird, die ihrerseits die Aerodynamik beeinflussen. Da der Fokus auf den lokalen Deformationen und Torsionseffekten liegt, wird hier auf sonst wichtige Parameter wie z.B. Windgeschwindigkeitsgradient, und Rotorebenenneigung verzichtet und somit eine stationäre Strömung angenommen. In einem iterativen Verfahren wird zunächst die aerodynamische Lastverteilung des Rotorblatts ermittelt. Die Ergebnisse werden in einem strukturmechanischen Programm auf das Rotorblattmodell übertragen. Die aerodynamischen Lasten und die Zentrifugalkräfte erzeugen einen Gleichgewichtszustand und eine neue Deformation des Rotorblattes. Der neue Gleichgewichtszustand wird für die Ermittlung der Aerodynamik für den nächsten Berechnungsschritt benutzt. Das iterative Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis sich eine Konvergenz eingestellt hat. Hierzu sollen die Konvergenzkriterien berücksichtigt und dokumentiert werden, um somit die Berechnungsgenauigkeit des Antriebsmoments der Turbinenwelle beurteilen zu können. Für die Untersuchungen werden sowohl ein Balkenmodell als auch ein Schalenmodell benutzt.

Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille) : 3326. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 139-146.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第18986号 / 工博第4028号 / 新制||工||1620 / 31937 / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 辻 伸泰, 教授 田中 功, 教授 乾 晴行 / 学位規則第4条第1項該当

Throwing with power and accuracy is a uniquely human behavior and a potentially important mode of early hunting. Chimpanzees, our closest living relatives, do occasionally throw, although with much less velocity. At some point in our evolutionary history, hominins developed the ability to produce high performance throws. The anatomical changes that enable increased throwing ability are poorly understood and the antiquity of this behavior is unknown. In this thesis, I examine how anatomical shifts in the upper body known to occur during human evolution affect throwing performance. I propose a new biomechanical model for how humans amplify power during high-speed throwing using elastic energy stored and released in the throwing shoulder. I also propose and experimentally test a series of functional hypotheses regarding how four key shifts in upper body anatomy affect throwing performance: increased torso rotational mobility, laterally oriented shoulders, lower humeral torsion, and increased wrist hyperextensability. These hypotheses are tested by collecting 3D body motion data during throws performed by human subjects in whom I varied anatomical parameters using restrictive braces to examine their effects on throwing kinematics. These data are broken down using inverse dynamics analysis into the individual motions, velocities, and forces acting around each joint axis. I compare performance at each joint across experimental conditions to test hypotheses regarding the relationship between skeletal features and throwing performance. I also developed and tested a method for predicting humeral torsion using range of motion data, allowing me to calculate torsion in my subjects and determine its effect on throwing performance. My results strongly support an important role for elastic energy storage in powering humans’ uniquely rapid throwing motion. I also found strong performance effects related to anatomical shifts in the torso, shoulder, and arm. When used to interpret the hominin fossil record, my data suggest high-speed throwing ability arose in a mosaic-like fashion, with all relevant features first present in Homo erectus. What drove the evolution of these anatomical shifts is unknown, but as a result the ability to produce high-speed throws was available for early hunting and likely provided an adaptive advantage in this context. / Anthropology

The author examines nonlinear aeroelastic responses of air vehicle systems. Herein, the governing equations for a cantilevered configuration are developed and the methods of analysis are explored. Based on the developed nonlinear bending-bending-torsion equations, internal resonance, which is possible in future air vehicles, and the possible cause of limit cycle oscillations of aircraft wings with stores are investigated. The nonlinear equations have three types of nonlinearities caused by wing flexibility, store geometry and aerodynamic stall, and retain up to third-order nonlinear terms. The internal resonance conditions are examined by the Method of Multiple Scales and demonstrated by time simulations. The effect of velocity change for various physical parameters and stiffness ratio is investigated through bifurcation diagrams derived from Poinar´e maps. The dominant factor causing limit cycle oscillations is the stiffness ratio between in-plane and out-of-plane motion.

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Le sujet principal de la thèse est le transport dans les systèmes mésoscopiques. Dans une première partie de lathèse, on étudie le cas d'un branchement adiabatique d'un biais de potentiel sur un système unidiensionnel sansrépartition initiale. On démontre que le courant complet est uniformément borné par rapport à la vitesse debranchement adiabatique, lorsque celle-ci tend vers zéro. On démontre l'existence de la partie linéaire de l'étatet du courant. La seconde partie de la thèse a donné lieu à a publication d'un article et elle consiste en l'étuded'un modèle discret, sans répartition initiale. On démontre que, dans ce système et après une perturbationélectrochimique, il existe un état stationnaire hors équilibre, et on retrouve la formule de Landauer-Büttikerpour ce modèle. La dernière partie de la thèse, qui a également donné lieu à un article, porte sur l'étude del'approximation des guides d'onde quantiques par des graphes quantiques. On s'intéresse à un guide d'ondelocalement torsadé. On étudie moins le Laplacien sur ce guide d'onde torsadé. Lorsque e diamètre du guidetend vers zéro et, simultanément, lorqsue le support de la courbure tend vers zéro, on démontre que le graphelimite est la ligne droite, et que l'opérateur limite est moins le Laplacien sur L2 (R) plus une condition deDirichlet à l'origine. Cette condition de Dirichlet est la conséquence des rétrécissements faits. En Annexe, ondonne des démonstrations et explications plus détaillées et utiles pour la compréhension de points clés de lathèse.

Delayed or impaired bone healing occurs in 5-10% of all fractures, yet cost effective solutions to enhance the healing process are limited. Lithium, a current treatment for bipolar disorder, is not clinically indicated for use in fracture management, but has been reported to positively influence bone biology. The objective of this study was to identify lithium administration parameters that maximize bone healing in a preclinical, rodent femur fracture model. Using a three factor, two level, design of experiments (DOE) approach, bone healing was assessed through mechanical testing and μCT-image analysis. Significant improvements in healing were found at a low dose, later onset, longer duration treatment combination, with onset identified as the most influential parameter. The positive results from this DOE screening focuses the optimization phase towards further investigation of the onset component of treatment, and forms a crucial foundation for future studies evaluating the role of lithium in fracture healing.