Prediction of Young's modulus of trabeculae in microscale using macro-scale's relationships between bone density and mechanical properties

According to the literature, there are many mathematical relationships between density of the trabecular bone and mechanical properties obtained in macro-scale testing. In micro-scale, the measurements provide only the ranges of Young's modulus of trabeculae, but there are no experimentally tested relationships allowing the calculation of the distribution of Young's modulus of trabeculae within these experimental ranges. This study examined the applicability of relationships between bone density and mechanical properties obtained in macro-scale testing for the calculation of Young's modulus distribution in micro-scale. Twelve cubic specimens from eleven femoral heads were cut out and micro-computed tomography (micro-CT) scanned. A mechanical compression test and Digital Image Correlation (DIC) measurements were performed to obtain the experimental displacement and strain full-field evaluation for each specimen. Five relationships between bone density and Young's modulus were selected for the test; those were given by Carter and Hayes (1977), Ciarelli et al. (2000), Kaneko et al. (2004), Keller (1994) for the human femur, and Li and Aspden, 1997. Using these relationships, five separate finite element (FE) models were prepared, with different distribution of Young's modulus of trabeculae for each specimen. In total, 60 FE analyses were carried out. The obtained displacement and strain full-field measurements from numerical calculations and experiment were compared. The results indicate that the highest accuracy of the numerical calculation was obtained for the Ciarelli et al. (2000) relationship, where the relative error was 17.87% for displacements and 50.94 % for strains. Therefore, the application of the Ciarelli et al. (2000) relationship in the microscale linear FE analysis is possible, but mainly to determine bone displacement

Security theory and practice: Stablisation and reconstrution of post-conlict areas in the 21st century

Wprowadzenie: Cieszymy się, że możemy skierować do Państwa rąk kolejny numer periodyku „Bezpieczeństwo.Teoria i Praktyka”, tym razem poświęcony problematyce stabilizacji i odbudowy obszarów pokonfliktowych w XXI w. Podjęty temat jest niezwykle ważny, ponieważ żyjemy w czasach nieuporządkowanego świata, w którym liczba konfliktów zbrojnych o różnej skali i charakterze oraz wynikające z nich konsekwencje wpływają destrukcyjnie na ład międzynarodowy.Umiędzynarodowienie konfliktów wewnętrznych pełni często funkcję instrumentalną w grze, której stawką jest zajęcie przez dane państwo właściwego – z punktu widzenia jego decydentów – miejsca w nowym systemie ról międzynarodowych. Przykładem tego jest wojna domowa w Syrii, którą Jerzy Zdanowski w artykule rozpoczynającym tom traktuje jako „wojnę zastępczą”. Krótko przedstawia także istotę rekonstrukcji obszarów pokonfliktowych, czym jako badacz rozwija myśli pułkownika Piotra Gąstała, wieloletniego żołnierza i dowódcy Jednostki Wojskowej GROM, który podczas swojej służby przebywał w niejednym państwie dotkniętym konfliktem zbrojnym i wojną oraz ich skutkami. W udzielonym wywiadzie odnosi się on do zagadnienia stabilizacji ze swojej perspektywy – praktyka, któremu nie raz, na terenie prowadzenia działań wojskowych, przyszło mierzyć się z tym wszystkim, co kryje się pod tym pojęciem. Należy przy tym uwzględnić, że jako żołnierz jednostki specjalnej wykonywał tam specyficzne działania. O tym, jak podchodzą do nich nie tylko praktycy, ale i badacze, pisze Piotr Orłowski, analizując znaczenie sił specjalnych jako narzędzia stabilizacji na obszarach pokonfliktowych

The design and mechanical tests of the dielectric adapter for a socket wrench

This article presents the design and results of the mechanical tests of the dielectric adapter for a socket or ratchet wrench, that can provide an additional protection for the operator against the electrical shock when working under voltage. According to the design a dielectric adapter is made from glass-epoxy rod, that have an excellent mechanical and dielectric properties and inside the pre-made holes in the glassepoxy rod are installed a steel sockets or pivots, that allows for attachment to the wrench or socket. For the purpose of the research, 2 pieces of the dielectric adapter prototype were made and mechanically tested for maximal torque transmission. The obtained results indicate, that maximal torque for the adapter with the given geometrical dimensions is 90Nm. However, the maximal torque can be increased by increasing the wall thickness of the glass-epoxy rod. The obtained results of the mechanical tests and leakage current measurements indicate, that dielectric adapter can be used in the typical maintenance works of the power lines or devices under voltage.W artykule przedstawiono projekt i wyniki testów mechanicznych adaptera dielektrycznego do klucza nasadowego lub grzechotkowego, który może stanowić dodatkowe zabezpieczenie operatora przed porażeniem prądem elektrycznym przy wykonywaniu prac pod napięciem. Projekt adaptera zakłada wykonanie z pręta szklano - epoksydowego o bardzo dobrych własnościach izolacyjnych i mechanicznych, w którego wnętrzu w uprzednio wykonanych otworach zostaną umieszczone gniazda lub trzpień stalowy pozwalający na zamocowanie do klucza lub nasadki. Na potrzeby badań wykonane zostały 2 sztuki prototypu adaptera dielektrycznego, które poddano testom mechanicznym pod względem przenoszonego momentu obciążenia. Uzyskane wyniki wskazują, że adapter o zadanych wymiarach geometrycznych przenosi moment o wartości maksymalnej 90Nm. Przenoszony moment można jednak zwiększyć poprzez zwiększenie grubości ścianki pręta szklano-epoksydowego. Uzyskane wyniki testów mechanicznych i pomiaru prądu upływu wskazują, że adapter może być zastosowany do prowadzenia typowych prac związanych z obsługą lini elektroenergetycznych lub urządzeń elektrycznych znajdujących się pod napięciem

Thermal analysis of the electrical motor body for a electrical drive system of the bus or truck

This article presents the thermal analysis of the electrical motor body for the electrical drive system of the bus or truck with a capacity of approx. 150kW. The aim of the study was to compare the efficiency of the cooling system for the several construction variants of the motor body. The numerical analyses were performer for the following construction variants of the motor body with liquid cooling system: the motor body with single spiral cooling channel, the motor body with 7 parallel ring-shaped cooling channels, the motor body with 12 parallel ring-shaped cooling channels. Additionally, in the numerical analyses were taken into account the construction variants with stator windings filled in the epoxy resin, that improves the heat transfer from windings to the motor body cooling system. The numerical model consisted of: a motor body with cooling system, a motor body outer shell, a stator with a windings, a closing cover (bearing housing) and depending on the construction variant - an epoxy resin. In the numerical model the power losses in stator winding and stator stack were taken into account. Furthermore, the thermal resistances on the contact surfaces between a windings, a stator stack, an epoxy resin and a motor body were taken into account in the numerical models. The obtained results allowed to evaluate the cooling system efficiency of the analyzed construction variants of electrical motor body in the steady state.W artykule przedstawiono analizę termiczną kadłuba silnika elektrycznego do napędu autobusu lub samochodu ciężarowego o mocy ok. 150 kW. Celem pracy było porównanie wydajności układu chłodzenia dla kilku wariantów konstrukcyjnych kadłuba silnika elektrycznego. Analizie numerycznej poddano modele kadłuba z układem chłodzenia cieczą dla następujących wariantów konstrukcyjnych: z pojedynczym kanałemspiralnym, z 7 równoległymi kanałami pierścieniowymi, z 12 równoległymi kanałami pierścieniowymi. W analizowanych modelach numerycznych uwzględniono również warianty z czołami uzwojenia stojana zalanymi żywicą epoksydową poprawiającą odprowadzanie ciepła z czół. Model numeryczny składał się z: kadłuba z układem chłodzenia, płaszcza zewnętrznego, stojana z uzwojeniem, tarczy łożyskowej oraz w zależności od wariantu - zalewy z żywicy epoksydowej. W modelu numerycznym uwzględniono straty mocy generowane w uzwojeniu oraz pakiecie blach stojana oraz opory cieplne na powierzchniach kontaktu uzwojenia z pakietem blach stojana i żywicą, a także na powierzchniach kontaktu pakietu blach stojana i żywicy z powierzchnią wewnętrzną kadłuba. Otrzymane wyniki pozwoliły na ocenę wydajności chłodzenia poszczególnych wariantów konstrukcyjnych kadłuba silnika elektrycznego w stanie ustalonym

A comparison of stresses in the electrical motor body with different variants of liquid cooling system dedicated for use in the bus or truck

W artykule przedstawiono wyniki analiz numerycznych stanu naprężenia dla kadłuba silnika elektrycznego dedykowanego do napędu autobusu lub samochodu ciężarowego o mocy ok. 150 kW. Celem pracy było porównanie wartości naprężeń w kadłubie silnika elektrycznego przy różnych wariantach układu chłodzenia cieczą. Analizom numerycznym poddano warianty kadłuba z pojedynczym kanałem chłodzącym w kształcie spirali oraz warianty kadłuba z układem równoległych pierścieniowych kanałów chłodzących. Ponadto, analizowano również wpływ zaokrągleń krawędzi kanałów chłodzących na redukcję poziomu naprężeń w kadłubie. W warunkach brzegowych uwzględniono działanie stałego co do wartości i kierunku działania momentu skręcającego oraz sił ciężkości stojana, wirnika oraz samego kadłuba. Wyniki obliczeń numerycznych wskazują, że wybór układu chłodzenia w kadłubie silnika elektrycznego ma istotny wpływ na poziom generowanych w nim naprężeń. Analizę prowadzono metodą elementów skończonych w systemie Autodesk Inventor 2012.The article presents the results of the numerical analyses of mechanical stresses in the electrical motor body dedicated for use in the bus or truck with a capacity of approx. 150kW. The aim of the study was to compare the stresses in the electrical motor body with different variants of liquid cooling system. The numerical analyses were conducted for the variants of motor body with single spiral-shaped cooling channel and for variants of motor body with a system of parallel annular cooling channels. In addition, the influence of rounding edges in the cooling channels on the reduction of stress level was also analyzed. In the boundary con-ditions, the torque and gravity forces of stator, rotor and motor body that were constant in value and direction were taken into account. The results of numerical calculations indicate that the selection of the cooling system in the electric motor body has a significant influence on the mechanical stress level generated in this body. The analyses were conducted using a finite element method in the Autodesk Inventor 2012 system

The construction of the dielectric adapter for a socket wrench

W artykule przedstawiono konstrukcję adaptera dielektrycznego do klucza nasadowego lub grzechotkowego, który może być zastosowany do prowadzenia typowych prac związanych z obsługą linii elektroenergetycznych, serwisem pojazdów elektrycznych lub innych urządzeń elektrycznych znajdujących się pod napięciem. Zastosowanie adaptera dielektrycznego ma na celu poprawę bezpieczeństwa pracy poprzez dodatkowe zabezpieczenie operatora przed porażeniem prądem elektrycznym. Adapter dielektryczny wykonano z pręta szklano-epoksydowego, charakteryzującego się bardzo dobrymi własnościami elektroizolacyjnymi oraz wytrzymałością mechaniczną. We wnętrzu pręta szklano-epoksydowego w uprzednio wykonanych otworach umieszczono gniazda stalowe z otworami kwadratowymi 1/2˝, pozwalające na zamocowanie do klucza lub nasadki (za pośrednictwem dwustronnego trzpienia kwadratowego 1/2˝). Wykonano 2 sztuki prototypu adaptera dielektrycznego, które następnie poddano testom mechanicznym pod względem przenoszonego momentu obciążenia. Uzyskane wyniki wskazują, że adapter o zadanych wymiarach geometrycznych przenosi moment o wartości maksymalnej 90 Nm. Ponadto dla obu próbek adaptera wykonano pomiar prądu upływu, który wynosił 0,02 mA przy napięciu 6 kV.This article presents the construction of the dielectric adapter for a socket or ratchet wrench, that can be used to conduct a typical works related to power lines, service of an electrical vehicles or other electrical equipment working under voltage. The use of the dielectric adapter is aimed to improve a working safety by providing an additional protection for the operator against the electrical shock. The dielectric adapter is made from glass-epoxy rod, that have an excellent mechanical and dielectric properties. Inside the glass-epoxy rod in the pre-made holes are installed a steel 1/2” square sockets, that allows for attachment to the wrench or socket (through square double ended lug 1/2˝). The two pieces of the dielectric adapter prototype were made and mechanically tested for maximal torque transmission. In addition, the leakage current measurement was made for both prototypes of the dielectric adapter and was 0,02 mA at 6 kV

The design of the tooling for monding magnets on a rotor's surface

W artykule przedstawiono konstrukcję przyrządu do klejenia magnesów na powierzchni zewnętrznej wirnika do silników SPM. Celem prac było zaprojektowanie przyrządu zapewniającego wysoką dokładność pozycjonowania magnesów podczas klejenia oraz wysoką powtarzalność parametrów klejenia. Oprzyrządowanie wg wytycznych projektowych musi zabezpieczać magnes przed uszkodzeniem na skutek niekontrolowanego uderzenia spowodowanego działaniem sił magnetycznych pomiędzy klejonymi magnesami lub pomiędzy magnesem, a elementami przyrządu. Dlatego też, w projekcie przyrządu wszystkie jego elementy zaprojektowane zostały z materiałów niemagnetycznych. Ponadto, konstrukcja przyrządu zapewnia prostotę obsługi pozwalającą na obsługę przez jednego operatora nawet kilku przyrządów jednocześnie (w zależności od czasu wiązania kleju). Pozwala to na zwiększenie wydajności czasu pracy operatora i produkcji wirników.This article presents a design of a tooling for bonding magnets on an external rotor's surface dedicated to the SPM motors. The aim of the study was to design a tooling, that ensure a high accuracy of magnet positioning during bonding process and high repeatability of the bonding parameters. According to the design requirements, the tooling must protect the magnets from damage due to uncontrolled impact caused by the action of magnetic forces between different magnets or between magnets and tooling components. Therefore, in the tooling design all its components were designed from non-magnetic materials. Furthermore, the design of the tooling ensures ease of use allowing one operator to operate even several devices at the same time (depending on the bonding time of the glue). This allows to increase the efficiency of the operator working time and rotor production

Odd-even effect in peptide SAMs-competition of secondary structure and molecule–substrate interaction

Peptide-based self-assembled monolayers (SAMs) are well known to be crucial for biocompatible surface formation on inorganic substrates applied for implants, biosensors, or tissue engineering. Moreover, recently these bioinspired nanostructures are also considered particularly interesting for molecular electronics applications due to their surprisingly high conductance and thickness-independent capacitance, which make them a very promising element of organic field-effect transistors (OFETs). Our structural analysis conducted for a series of prototypic homooligopeptides based on glycine (Gly) with cysteine (Cys) as a substrate bonding group chemisorbed on Au and Ag metal substrates (GlynCys/Au(Ag), n = 1−9) exhibits the formation by these monolayers secondary structure close to β-sheet conformation with pronounced odd−even structural effect strongly affecting packing density and conformation of molecules in the monolayer, which depend on the length of molecules and the type of metal substrate. Our experiments indicate that the origin of these structural effects is related to the either cooperative or competitive relationship between the type of secondary structure formed by these molecules and the directional character of their chemical bonding to the metal substrate. The current analysis opens up the opportunity for the rational design of these biologically inspired nanostructures, which is crucial both for mentioned biological and electronic applications

The mechanical system for changing a gear meshing between electrical motor, planetary gear and the wheel hub in the electrical drive for installation inside the wheel of the vehicle

W artykule przedstawiono konstrukcję układu mechanicznego przełączania zazębienia pomiędzy silnikiem elektrycznym, przekładnią planetarną oraz piastą koła w napędzie elektrycznym zabudowanym w kole pojazdu. Układ mechaniczny umożliwia zarówno jazdę z napędem bezpośrednim (silnik elektryczny napędza bezpośrednio piastę koła pojazdu) oraz z napędem pośrednim (przez sprzężenie silnika elektrycznego z przekładnią planetarną). Napęd bezpośredni umożliwia uzyskanie wyższych prędkości obrotowych przy niższym momencie (np. w sytuacji jazdy na równej nawierzchni), natomiast napęd pośredni umożliwia uzyskanie wyższego momentu obrotowego w zależności od potrzeb w terenie. W pracy przedstawiono założenia projektowe, konstrukcję układu mechanicznego oraz obliczenia mechaniczne połączeń wielowypustowych mechanizmu. Praca została zrealizowana w ramach projektu „Innowacyjny elektryczny zespół napędowy do pojazdów użytkowych”, finansowanego ze środków NCBiR w ramach programu LIDER XI, zgodnie z umową nr LIDER/15/0060/L-11/19/NCBR/2020.This article presents a design of a mechanical system for changing a gear meshing between electrical motor, planetary gear and the wheel hub in the electrical drive for installation inside the wheel of the vehicle. This mechanical system enables both: driving with a direct drive (electrical motor drives the wheel hub directly) and driving with an indirect drive (electrical motor is coupled to a planetary gear that drives the wheel hub). The direct drive enables to achieve higher rotational speeds with lower torque ( e.g. when driving on a straight road), while the indirect drive enables to achieve higher torque when driving in off-road conditions and according to higher torque requirements. The paper presents a design assumptions, structure of the mechanical system and mechanical calculations of the involute splines applied in the mechanical system. The study was carried out as part of the project "Innovative electric drive unit for commercial vehicles", financed by the National Center for Research and Development under the LIDER XI program, in accordance with the agreement no. LIDER/15/0060/L-11/19/NCBR/2020

Design assumptions of the electrical power unit for commercial vehicles

Artykuł przedstawia koncepcję napędu elektrycznego do zabudowy w kołach pojazdów użytkowych, który zostanie opracowany w ramach realizacji projektu „Innowacyjny elektryczny zespół napędowy do pojazdów użytkowych”, finansowanego ze środków NCBiR w ramach programu LIDER XI, zgodnie z umową nr LIDER/15/0060/L-11/19/NCBR/2020. W artykule autorzy przedstawili wady i zalety tego typu napędu oraz możliwe jego aplikacje. W publikacji zostały przedstawione wyniki wstępnych obliczeń projektowych obwodu elektromagnetycznego wraz z obliczeniami termicznymi oraz wstępne założenia konstrukcji mechanicznej napędu.The article presents the concept of an electric drive for installation in the wheels of utility vehicles, which will be developed as part of the project "Innovative electric drive unit for commercial vehicles", financed by the National Center for Research and Development under the LIDER XI program, in accordance with the agreement no. LIDER/15/0060/L-11/19/NCBR/2020. In the article, the authors presents the advantages and disadvantages of this type of drive and its possible applications. The publication presents the results of the preliminary design calculations of the electromagnetic circuit along with thermal calculations and preliminary assumptions for the mechanical structure of the drive