Развој на математички модели за дизајн на симетрични и асиметрични композитни делови

Истражувањата во рамките на оваа докторска дисертација се насочени на развој на математички модели при дизајнирање на симетрични и асиметрични композитни делови за примена при нивно производство со технологијата за намотување на влакна (filament winding technology, FW). Композитните материјали нудат уникатни предности во однос на традиционалните материјали и се карактеризираат со релативно високи соодноси јакост/тежина, одлични термички и електрични својства, а тоа ги прават привлечни за различни индустрии. Последните години значајно е зголемено користењето на композитни материјали и постои континуирано побарување од страна на индустриските капацитети, а тоа ја наметнува потребата за развој на одобрени методи за дизајн на композитните делови. Развојот на математички моделите вклучува истражувања поврзани со различни влијателни фактори, како својствата на атеријалите, геометријата, условите на процесирање, условите на оптоварување на композитниот дел и друго. Во рамките на оваа докторска дисертација развиени и одобрени се математички модели за патека на влакна со примена на технологија за намотување на влакна за добивање на композитни делови. Точноста на математичките модели е потврдена преку симулации на патеките на влакната врз симетрични и асиметрични форми и експериментално тестирање на произведени композитни симетрични примероци. Преку анализа на добиените резултати донесени се заклучоци за однесувањето на композитните примероци според редвидените модели. Истражувањето има важна примена во разни индустрии, како вселенската, воздухопловната, автомобилската, воената, поморската итн. каде што се применуваат композитни делови како носечки материјали. Докторската дисертација почнува со преглед на композитните материјали, нивните својства, видови и примена. Исто така, објаснета е предноста од користењето на композитните материјали во однос на традиционалните материјали во разни индустрии. Понатаму, опишан е технолошкиот процес на технологијата за намотување со влакна и на методите за дизајн на композитни делови. Првиот дел од дисертацијата е насочен на развој на математички модели на патеките на движење на влакната во FW технологијата за добивање на симетрични композитни делови, како цевки, резервоари и сл. За прецизно и точно добивање на моделите разгледуван е аголот на намотување на влакната како влијателен фактор, а останатите процесни фактори се земени константни според искуството од индустријата која ја применува оваа ехнологија. Покрај дизајн на патека на влакната за добивање на композит, направен е и целосен дизајн на цевка за да се потврди точноста на моделот преку експериментални тестирања. Врз основа на развиените математички модели за патека на влакна и дизајн на цевка, произведени се симетрични композитни примероци (композитни цевки) со различни агли на намотување: 10, 30, 45, 60 и 90 и примероци со комбинација на аглите на намотување. Сите произведени композитни примероци се лабораториски тестирани за јачината на истегнување (hoop tensile strength) за исполнување на барањата за квалитет на композитните цевки: отпорност на висок внатрешен притисок. Од добиените резултати беше заклучено дека предвиденото однесување на симетричните композитни делови (композитни цевки) соодвествува со резултатите од тестирањата на така произведените примероци. Преку ова истражување развиени се математички модели за дизајнот на патека на влакна врз симетрични површини, што резултира во оптимизирано и прецизно производство на композитни цевки и минимално генерирање на отпаден материјал. Вториот дел од докторската дисертација е насочен на истражувања за подобрување и развој на нови методи за дизајн на математички модел за патека на влакна за добивање на посложени асиметрични композитни делови. Дополнително, направени се и графички симулации на дизајните. Предвидувањето на однесувањето на асиметричните композитни цевки е направено врз основа на заклучоците од експерименталните тестирања од првиот дел за симетрични композитни цевки и со логички пресликувања на тоа однесување врз посложените асиметрични модели. Докторска дисертација дава значајни сознанија за прецизно намотување на влакната преку развиените и подобрените математички модели за добивање на квалитетни композитни делови за употреба во различни индустрии. Клучни зборови: математички модели, дизајн на патека, симетрични композити, асиметрични композит

Computer aided (filament winding) tape placement for elbows. Practically orientated algorithm

Filament winding is one of the most used automated techniques for manufacturing of composite objects with different open-end or closed-end structures. Mathematical model for covering an elbow mandrel with composite material is considered. The nature of the comprising equations is elaborated in detail. A practically orientated algorithm for filament winding for elbows is formulated and its open-source implementations in Python and MATLAB are presented. The results from the constructed algorithm are presented and discussed. Keywords: filament winding for elbows, tape placement for elbows, practical algorithm, open-source, CAD

Effect of Process Parameters on Thermal and Mechanical Properties of Filament Wound Polymer-Based Composite Pipes

Abstract: The aim of this study was to investigate the mechanical and thermal properties of composite pipes based on epoxy resin and glass fibers produced by filament winding (FW) technology. Epoxy resins are widely used polymers in FW composite structures. The thermal characterization of the neat epoxy resin, curing, and post-curing characteristics for the determination of polymerization and glass transition temperature was performed, which is important for the mechanical properties of polymer composite pipes. In the present work, the applicability of the full factorial experimental design in predicting the hoop tensile and compressive strengths of glass fiber/epoxy resin composite pipes was investigated. The composite pipes in accordance with the 23 full factorial experimental design by using of three parameters and two levels of variation were prepared. The winding speed of the composites was taken to be the first factor, the second was the fiber tension, and the third was winding angle. To approximate the response, i.e., the mechanical properties of the composite pipes within the study domain, the first-order linear model with the interaction was used. The influence of each individual factor to the response function was established, as well as the influence of the interaction of the two and three factors. Additionally, those results were completed with the thermal characterization of the polymer composite pipes. From received results from mechanical and thermal characterization, it was concluded that the properties of composite specimens were highly affected by the analyzed parameters in filament winding technology. It was found that the estimated first-degree regression equation with the interaction gave a very good approximation of the experimental results of the hoop tensile and the compressive strengths of composite pipes within the study domain. Keywords: polymer composite; filament winding; experimental design; thermal analysis; mechani- cal propertie

Computer-based simulation and validation of robot accuracy improvement method and its verification in robot calibration procedure

Algorithm for improving accuracy of six-axes robot is developed and validation method based on computer simulation is implemented. Optimization is used to minimize the distances between nominal and actual positions of the tool. That way, the parameters of the robot are calibrated and using such calibrated parameters, accuracy of the robot is significantly enhanced. Measurement is done using API Radian laser tracker and experimental data is collected on KUKA 480 R3330. For the set of 75 points used for calibration, simulation predicted reduction of the mean of the total displacement error from 1.619 mm to 0.174 mm. After that, the same points were used for verification procedure. Another measurement is performed, using the calibrated parameters and numerically calculated compensation of the machine coordinates of the robot. The mean of total displacement error was 0.293 mm and that way the correctness of described method is verified

First results from insemination with sex-sorted semen in dairy heifers in Macedonia

Science has been searching for a long time for a reliable method for controlling the sex of mammalian offspring. Recently, the application of specific modern cellular methodologies has led to the development of a flow cytometric system capable of differentiating and separating living X- and Y-chromosome-bearing sperm cells in amounts suitable for AI and therefore, commercialization of this sexing technology. The aim of this work was to present the first results of heifers that introduce bovine AI with sex sorted semen, for the first time in Macedonia. Insemination with sex sorted cryopreserved semen (2x106 spermatozoa per dose) imported from the USA was done at two dairy farms in ZK Pelagonija. In total, 74 heifers (Holstein Friesian) were inseminated. Inseminations were carried out in a timely manner following a modified OvSynch protocol. During the insemination, the sperm was deposited into the uterine horn ipsi lateral to the ovary where a follicle larger than 1.6 cm was detected by means of transrectal ultrasound examination. Pregnancy was checked by ultrasound on day 30 after the insemination. Overall, the average pregnancy rate in both farms was 43,24% (40,54% and 45,95%, for farm 1 and farm 2, respectively). All pregnant heifers delivered their calves following a normal gestation length (274,3 days in average) and of the 32 born calves, 30 (93,75%) were female. In conclusion, since the first results from inseminations with sex-sorted semen in dairy heifers in Macedonia are very promising, the introduction of this technique may bring much benefit to the local dairy sector. Average pregnancy rate seems similar with results obtained following ‘regular’ inseminations, notwithstanding the relatively low number of spermatozoa per insemination dose. Due to the latter, we however recommend inseminations only to be carried out by experienced technicians followinga TAI protocol and ultrasound examinations of the ovaries prior to insemination

Effect of Process Parameters on Thermal and Mechanical Properties of Filament Wound Polymer-Based Composite Pipes

The aim of this study was to investigate the mechanical and thermal properties of composite pipes based on epoxy resin and glass fibers produced by filament winding (FW) technology. Epoxy resins are widely used polymers in FW composite structures. The thermal characterization of the neat epoxy resin, curing, and post-curing characteristics for the determination of polymerization and glass transition temperature was performed, which is important for the mechanical properties of polymer composite pipes. In the present work, the applicability of the full factorial experimental design in predicting the hoop tensile and compressive strengths of glass fiber/epoxy resin composite pipes was investigated. The composite pipes in accordance with the 23 full factorial experimental design by using of three parameters and two levels of variation were prepared. The winding speed of the composites was taken to be the first factor, the second was the fiber tension, and the third was winding angle. To approximate the response, i.e., the mechanical properties of the composite pipes within the study domain, the first-order linear model with the interaction was used. The influence of each individual factor to the response function was established, as well as the influence of the interaction of the two and three factors. Additionally, those results were completed with the thermal characterization of the polymer composite pipes. From received results from mechanical and thermal characterization, it was concluded that the properties of composite specimens were highly affected by the analyzed parameters in filament winding technology. It was found that the estimated first-degree regression equation with the interaction gave a very good approximation of the experimental results of the hoop tensile and the compressive strengths of composite pipes within the study domain

COMPUTER AIDED (FILAMENT WINDING) TAPE PLACEMENT FOR ELBOWS. PRACTICALLY ORIENTATED ALGORITHM

Filament winding is one of the most used automated techniques for manufacturing of composite objects with different open-end or closed-end structures. Mathematical model for covering an elbow mandrel with composite material is considered. The nature of the comprising equations is elaborated in detail. A practically orientated algorithm for filament winding for elbows is formulated and its open-source implementations in Python and MATLAB are presented. The results from the constructed algorithm are presented and discussed. Keywords: filament winding for elbows, tape placement for elbows, practical algorithm, open-source, CAD