Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI KONFERENCIA
2012. NOVEMBER 14.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
2.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A TDK KONFERENCIA FŐ TÁMOGATÓI
Egyetemi Hallgatói Képviselet Gépészkari Hallgatói Képviselet Gépészmérnök Képzésért Alapítvány Pro Progresszió Alapítvány 1975-ben végzett gépészmérnökök alapítványa
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
3.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A TDK KONFERENCIA SZEKCIÓI
ALKALMAZOTT MECHANIKA
5.
ANALITIKUS MECHANIKA
16.
ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA
28.
ÁRAMLÁSTAN
36.
BIOMECHATRONIKA
49.
ENERGETIKA
57.
ÉPÜLETGÉPÉSZET
68.
GÉPÉSZETI ELJÁRÁSTECHNIKA
77.
GÉPGYÁRTÁSTECHNOLÓGIA
86.
GÉPTERVEZÉS
100.
MECHATRONIKA
108.
ORVOSTECHNIKA
116.
POLIMER KOMPOZITOK
129.
POLIMER TECHNOLÓGIA
138.
POLIMERTECHNIKA
146.
TERMÉK ÉS FORMATERVEZÉS
154.
4.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
Alkalmazott mechanika SZEKCIÓ Helyszín:
MM földszint 13. (Labor)
Időpont:
2012. november 14. 830
Elnök:
Dr. Kovács László, tudományos munkatárs
Titkár:
Miklós Ákos, tudományos segédmunkatárs
Tag:
Dr. Szabó Zsolt, egyetemi docens
8:30 Budai Csaba Inverz inga egyensúlyozása Konzulens:
Dr. Insperger Tamás, egyetemi docens
8:50 Gellai Imre Sebességingadozás és fogyasztás kapcsolata egyszerű járműmodellekben Konzulens:
Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár
9:10 Ifj. Kecskés Miklós Kerámiakondenzátorok nyúlásmérése a Robert Bosch Elektronika Kft-nél Konzulens:
Dr. Szekrényes András, egyetemi docens
9:30 Ortvein János Péter Anyagroncsolódás modellezése ABAQUS/Standard környezetben Konzulensek: Dr. Szekrényes András, egyetemi docens Angeli Dániel, Motorfejlesztő mérnök, Audi Hungária Motor Kft. 9:50 Juhász Zoltán Törmelék síkbeli szimulációja Konzulens:
Zelei Ambrus, tudományos segédmunkatárs
SZÜNET
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
5.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
10:30 Somos Balázs Az önjáró kerék mechanikája Konzulens:
Dr. Szabó Zsolt, egyetemi docens
10:50 Hajdu Dávid Termikus mikroaktuátor szilárdsági és megbízhatósági vizsgálata Konzulens:
Dr. Kovács Ádám, egyetemi docens
11:10 Farkas Dániel A járás, mint gerjesztés vizsgálata nemlineáris energiaarató tervezéséhez Konzulens:
Bachrathy Dániel, tudományos segédmunkatárs
11:30 Somogyi József, Dobai Attila Zárt kinematikai láncú mechanizmusok kísérleti dinamikai vizsgálata Konzulensek: Dombóvári Zoltán, tanársegéd Kern Dominik, tudományos munkatárs, Karlsruher Institut für Technologie
6.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Inverz inga egyensúlyozása (Balancing of an Inverted Pendulum)
Budai Csaba MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Insperger Tamás, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék Egy olyan robotot vizsgálunk, amely képes saját magát egyensúlyozni. A robotot modellezhetjük egy olyan inverz ingaként, ahol az inga egy kerékhez kapcsolódik. A mechanikai modell alapján felírhatjuk a rendszer nemlineáris mozgásegyenletét. A felső egyensúlyi helyzet körüli linearizálás után kialakíthatjuk a rendszer állapot-tér modelljét a Cauchy-féle normálalak segítségével, majd állapot-visszacsatolással meghatározzuk a szabályozáshoz szükséges nyomaték értékét. Első közelítésben analóg rendszert feltételezünk. A valósidejű rendszer stabilitási tulajdonságait a Routh-Hurwitz stabilitási kritériummal vizsgáljuk. Ezután, mint mintavételes, időkésleltetett digitális rendszert vizsgáljuk. Mind analóg, mind pedig digitális rendszer esetén a stabilitási diagramokat négy dimenziós stabilitási térképen ábrázoljuk. Különböző szabályozási paraméterek esetén vizsgáljuk a rendszer aszimptotikusan stabilis viselkedését numerikus szimuláció segítségével. A kapott eredményeket számítógépes animáció segítségével is szemléltetjük. Felhasználva az analitikus számítások eredményeit egy kísérleti berendezést tervezünk. Kiválasztjuk a szabályozáshoz használható beavatkozó egységet. A tervek alapján a szükséges alkotóelemeket legyártjuk, valamint összeszereljük a megtervezett beágyazott rendszert. A szükséges jelek mérésére alkalmas érzékelőket megválasztjuk, valamint megtervezzük az érzékelők jeleihez szükséges feldolgozó elektronikát. A vezérlő elektronika központi egysége egy digitális jelfeldolgozó processzor (DSP), amely segítségével meghatározzuk a szabályozáshoz szükséges beavatkozó nyomatékot és továbbítjuk a motorvezérlő elektronikán keresztül a szervomotor felé. A vezérlő elektronika tartalmazza a processzor és a további perifériaelemek tápellátását, a jelek szintjének illesztését a processzorhoz. A megtervezett vezérlőelektronika továbbá tartalmaz egy flash memóriára történő adatmentési lehetőséget is. A processzor és a motorvezérlő elektronika között szabványosított CANopen kommunikációt használunk, valamint a számítógép és a processzor közötti kommunikációt Bluetooth modul segítségével valósítjuk meg.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
7.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Sebességingadozás és fogyasztás kapcsolata egyszerű járműmodellekben (Velocity Fluctuation and Fuel Consumption in Simple Vehicle Models)
Gellai Imre Bsc. III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék A sebességtartó automatika bevezetésével nemcsak egy kényelmi funkció került az autókba, hanem az autók átlagfogyasztása is kedvezőbb lett. A manuális sebességtartásnál nagy kilengések tapasztalhatóak, amit a különböző emberi tényezők okoznak, mint például a reakció idő, a pontatlan nyomásérzékelés, illetve a lassú visszacsatolás a sebességmérő jele és a gázpedál nyomása között. Az automatika segítségével egy szűk tartományban lehet tartani a sebességet. Ebben a szűk tartományban már csak mikrolengések vannak jelen a rendszerben. A különböző mechanikai modelleket sorba véve matematikai kapcsolatot állítok fel az egyes paraméterek és a fogyasztás között. A sebesség és a nyomaték „pulzálásának” leírására trigonometrikus függvényeket használok, de könnyen belátható, hogy ha sztochasztikus jellegűnek definiáljuk ezeket, akkor is ugyanarra az eredményre jutunk. Az egyes modellekben számításba veszem az elektromos és a robbanómotor karakterisztikákat is, mivel a valóságot pontosabban leíró modellek esetén a motordinamikai vonatkozásoknak is meghatározó szerepük van a számításoknál. Az egyszerű járműmodellek segítségével a sebességingadozás és a fogyasztás kapcsolata matematikailag is leírhatóvá válik és magyarázatot kaphatunk a jelenség okaira. Irodalom: [1] Béda Gy., Bezák A.: Kinematika és dinamika, Tankönyvkiadó, Budapest, 1991. [2] Haller, G., Stépán, G., Micro-chaos, Journal of Nonlinear Sciece 6 (1996) 415-448.
8.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Kerámiakondenzátorok nyúlásmérése a Robert Bosch Elektronika Kft-nél (Strain Measurement of Ceramic Capacitors at Robert Bosch GmbH)
Kecskés Miklós, MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Szekrényes András, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék Az autóipari rizikóbecslés mindig is különleges figyelmet igénylő terület volt: a gépjárműhasználat során bekövetkező meghibásodások életveszélyes helyzeteket, személyi sérüléseket, komoly baleseteket és környezeti károkat okozhatnak. A vevői elvárások illetve a világszintű ipari versenyhelyzet miatt az autógyártók minőségbiztosítási és megbízhatósági hozzáállása folyamatosan változik. A biztonság és a hatékonyság egyaránt elengedhetetlen faktorok ezen a területen. A beszállított alkatrészek széles palettája közül az egyik legnagyobb mennyiségben felhasznált termékek a kerámia kondenzátorok (angolul Chip-Cs). Miközben a NYÁK-ra (Nyomtatott Áramköri Lap) az SMT (Surface Mount Technology – Felület Szerelt Technológia) folyamat során beültetik az alkatrészeket, a NYÁK lapot mechanikai terhelés éri, mely során az meghajlik. A hajlításból eredő nyúlás megrepesztheti a kerámia kondenzátorokat, amelyek helytelenül működő késztermékeket eredményezhetnek, és ez akár az autóipari vevők visszautasításához is vezethet. Ahhoz, hogy a kerámiakondenzátorok törését elkerüljük, rizikóbecslést kell végeznünk a gyártósor valamennyi munkaállomására. Jelen TDK dolgozat célja, hogy bemutassa a rizikóbecslés módszereit, valamint a nyúlásmérés folyamatát a BOSCH hatvani gyárában. KYOWA nyúlásmérő bélyegek és SPIDER 8 típusú nyúlásmérő berendezés használatával nyúlásmérést végeztünk Hatvanban, az aktuális ipari előírások betartása mellett. A nyúlásmérés eredményeinek validálására analitikus módszerekkel számításokat végeztünk, miközben a NYÁK-ot homogén anyagnak tekintettük. Jelen TDK munkában összefoglaljuk a hatvani gyárban elvégzett nyúlásmérés és az analitikus számítások eredményeit, valamint javaslatot teszünk az eredményekben esetlegesen előforduló eltérések csökkentésére. Irodalom: [1] J. R. Barber, “Elasticity,” 2nd Edition, Klu-wer Academic Publishers, New York, 2004, pp. 54-61, ISBN 1-4020-0964-X (Hardback) and 1-4020-0966-6 (Paperback) [2] Otto T. Bruhns, "Advanced Mechanics of Solids", Springer Verlag, 2003, New York, pp. 146-154, ISBN 3540437975 / 3-540-43797-5. [3] D.W.A. Rees, "Mechanics of Solids and Structures", 2000, pp. London, Imperial College Press, 191-195, ISBN 1860942172 [4] BOSCH Intranet (http://www.htv.hu.BOSCH.com/)
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
9.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Anyagroncsolódás modellezése ABAQUS/Standard környezetben (Modeling Material Failure in ABAQUS/Standard)
Ortvein János Péter, MSc I. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Szekrényes András, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék Angeli Dániel, Motorfejlesztő mérnök, Audi Hungaria Motor Kft. Az Audi Hungaria Motor Kft. Motorfejlesztés területének egy korábbi projektje egy motoremelő/-mozgató fül végeselemes vizsgálata. A biztonságos tervezéshez, ill. ellenőrzéshez elengedhetetlen az alkatrész anyatulajdonságainak pontos ismerete, egy pontos anyagmodell. Egy müncheni vállalat lapos próbatestek szakítóvizsgálata során határozta meg az alkalmazott anyag tulajdonságait, és létrehozott egy olyan anyagmodellt, amely mind a képlékeny, mind pedig a tönkremeneteli tulajdonságokat tartalmazza. A projekt célja ezen anyagmodell validálása, amely a későbbi virtuális vizsgálati eredmények értékelésében és az alkatrészek ellenőrzésében jelentős előrelépést fog nyújtani. Ehhez azonban szükséges egy olyan végeselemes modell, ill. módszer megalkotása, amely a szakítóvizsgálati környezetet jól modellezi, és a szakítóvizsgálat eredményeit a lehető legpontosabban közelíti. A számítógéppel támogatott számítások esetén alkalmazott hagyományos végeselem módszert „behatárolt” módszernek is nevezhetjük, ugyanis csak bizonyos, jól definiált korlátok között képes modellezni az anyag viselkedését, azaz nincs lehetőség repedés, és/vagy törés virtuális modellezésére. A probléma megoldásának újdonsága így éppen abban rejlik, hogy egy teljesen új módszer, az XFEM segítségével - a hagyományos FEM-től eltérően - lehetőségünk nyílik az alkatrészek szerkezeti roncsolódásának, törésének végeselemes modellezésére, biztosítva ezáltal a szakítóvizsgálat környezetének és eredményeinek pontos közelítését, és a mechanikai anyagmodell validálásának elméleti lehetőségét. A szakítóvizsgálat környezetének végeselemes modelljét igyekeztem a lehető legpontosabban felépíteni a helyes peremfeltételek alkalmazásával, biztosítva ezáltal a modell valóságos viselkedését. Dolgozatomban egy általam megalkotott kiértékelési módszert is ismertetek, amely egy következetes és jól átlátható eredményértelmezést biztosít az eredmények validálásához. A TDK dolgozatom legfontosabb eredménye egy olyan XFEM-en alapuló módszer kidolgozása, amely segítségével egy adott alkatrész szakítószilárdság utáni viselkedése is modellezhető, megjeleníthető. Munkám során több tervezési variánst is felépítettem. Ezekben a roncsolódás modellezéséhez szükséges parancsok gyakorlati alkalmazását megmagyaráztam, és értelmeztem a próbatest-modell viselkedését. Így jutottam el a végső variáns megalkotásához, amelynek eredményeit összevetettem a méréssel meghatározott anyagmodellel. A kidolgozott XFEM-en alapuló módszert egy gyakorlati példán is bemutatom, amely előrelépést jelent az AHM Kft. fent említett projektjében. Dolgozatomban emellett további lehetőségeket említek az anyagroncsolódás számítógépes modellezésének finomítására, amik hasznosak lehetnek az XFEM alapú kutatások további fejlesztése érdekében. Irodalom: [1] T. Udomphol, „Laboratory 3: Tensile Testing,” Mechanical metallurgy laboratory 431303. [2] ABAQUS, „User Guide”. [3] ABAQUS, „Keywords Reference Manual”.
10.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Törmelék síkbeli szimulációja (Planar Simulation of Scrap)
Juhász Zoltán MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Zelei Ambrus, tudományos segédmunkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék A modern számítástechnika egyre növekvő számítási teljesítménye, mára odáig jutott, hogy lehetővé teszi a mérnököknek bonyolult numerikus szimulációk készítését és azok belátható időn belüli futtatását. Ez a nagyméretű számítási kapacitás teszi lehetővé, olyan szimulációk készítését, ahol több száz test egymással kialakított kölcsönhatását modellezzük. Ilyen modellezési elmélet például a Diszkrét Elemes Modellezés röviden DEM [1], melynek segítségével elterjedten modelleznek szemcsés anyagokat, melyekben akár több tízezer szemcse és azok szomszédaival kialakított kapcsolatát kell leírni. Ilyen rendszerek modellezésekor, a mechanikai kapcsolatok leírásán túl jelentős kihívás a szimuláció programozás technikai megvalósítása is, ugyanis a szimuláció készítőjének megfelelő ismeretekkel kel rendelkeznie a felhasznált környezetről, hogy az abban rejlő lehetőségeket kiaknázva minél gyorsabb kódot tudjon írni. A gyors kód pedig elengedhetetlen ahhoz, hogy a különbféle tesztek és optimalizációk belátható időn belül eredményre vezessenek. Ennek a dolgozatnak a célja egy olyan saját szimulációs kód készítése, mely képes tetszőleges a felhasználó által definiált terekben különféle alakú tetszőleges számú test viselkedését leírni. Továbbá célunk, hogy ezt a rendszert könnyen tudjuk más modellekhez kapcsolni, miközben a kód elkészítése során a mechanikai kapcsolatok pontos leírása mellett folyamatosan ügyelnünk kell a sebesség optimalizálására is. Végső kitűzött célunk pedig a tavalyi Féregszerű mozgások vizsgálata [2] című dolgozatunkban létrehozott modell ezen új környezetbe helyezése. Ezáltal lehetővé válna, hogy a féregmodellünket, melyet kereső, felderítő robotként képzelünk el, olyan környezetekben vizsgáljuk, ahol a talaj törmelékes emiatt robotunknak változatos akadályokkal, váratlan földcsuszamlásokkal kell szembenéznie. Irodalom: [1] Stefan Luding: Introduction to Discrete Element Methods Multi Scale Mechanics, TS, CTW, UTwente [2] Juhász Zoltán: Féregszerű mozgások vizsgálata, BME TDK konferencia, 2012
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
11.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Az önjáró kerék mechanikája (Mechanics of the Automotive Wheel)
Somos Balázs János BSc III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Szabó Zsolt, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék Dolgozatomban az általam elnevezett és megtervezett „önjáró kerék” szerkezete, mechanikája illetve mozgásának szimulációja kerül bemutatásra. Az eszköz két kerékből, a köztük elhelyezkedő, csapágyazott tengelyből és a rajta lógó, egy akkumulátorokból és két villanymotorból álló súlyból áll. Működésének lényege, hogy a motorok által kifejtett nyomaték ékszíjhajtáson keresztül adódik a kerekekre, míg az ellennyomaték a lógó súlyt emeli fel. A szerkezet bemutatása során kitérek az egyes alkatrészek funkciójára és röviden a gyártásuk nehézségeire is, hiszen bizonyos elemek elkészítése személyesen történt. Az eszköz mechanikai leírása magában foglalja a modellkészítést, a gördülés közbeni viselkedés egyenleteinek levezetését, a talajon való megcsúszás problémáinak vizsgálatát a csúszást leíró egyenletekkel együtt. Bemutatásra kerül a mechanikai vizsgálatok eredményeit felhasználó LabVIEW szoftverrel készített szimuláció, mely a rendszer gördülés, illetve csúszás közbeni viselkedését szemlélteti. Segítségével történt a szerkezet egyes paramétereinek meghatározása, például a lógórész hosszának, a kerekek átmérőjének vagy a motor nyomatékának egymáshoz igazítása. A dolgozatban kitérek a program elkészítése során felmerülő főbb nehézségekre, illetve a diszkrét időbeli szimuláció problémáira és rövid elemzésére is.
12.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Termikus mikroaktuátor szilárdsági és megbízhatósági vizsgálata (Mechanical and Reliability Analysis of a Thermal Microactuator)
Hajdu Dávid BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Kovács Ádám, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék A hagyományos gépészeti alkalmazásokban egyre nagyobb szerepet kapnak a különféle elektromos rendszerek és szabályozások. Az integráció növekedésével és a technológia fejlődésével lejjebb tolódik a határ a kicsi, akár mikro- vagy nanoméretek felé. A mikroprocesszorok méretei csökkenése mellett bizonyos gépészeti eszközöket is egyre kisebb méretben gyártanak. A hatékonyabb működés, kisebb energiafelhasználás és praktikusság miatt az igény is nagy a méretcsökkentésre. Például egy gyorsulásérzékelő is előnyösebb kisebb méretben, nemcsak a pontosabb működése, hanem a könnyebb kezelhetősége miatt is. A Mikro-Elektro-Mechanikai Rendszerek (MEMS) elnevezés a szerkezet működésére és méretére utal. Egy átlagos emberi hajszál vastagsága kb. 80 mikrométer körüli. Ehhez képest egy MEMS jellemző mérete egy-két mikrométertől néhány száz mikrométerig terjed. Az ilyen méretű szerkezetek gyártásának technológiája megegyezik a mikroprocesszorokéval. A szerkezetet egy szilícium lapkából munkálják ki elektrokémiai úton, éppen ezért a geometriája korlátozott, jellemzően egyszerű elemekből, például állandó keresztmetszetű, egyenes szakaszokból áll. Az egyszerűbb megoldások gyakran egyetlen mozgó alkatrészt sem tartalmaznak, működésük egyszerű fizikai jelenségeken alapul. Az „elektro” szó az eszköz működésének jellegére utal. A MEMS szerkezetek általában egyszerű feladatot látnak el, de lehetnek kisebb komplexitásúak is integrált elektronikával. Ez a nagyfokú integráltság adja egyik legnagyobb előnyét. A működésre való tekintettel két csoportba sorolhatjuk őket, szenzorok és aktuátorok (érzékelők és beavatkozók). Szokás ezeket a szerkezeteket „transzduszer”-eknek is nevezni, mivel fizikai mennyiségek átalakítása a feladatuk. Szenzor esetén pédául hőmérsékletet, nyomást, gyorsulást, sebességet mérhetünk, amit feszültség formájában mérünk. Aktuátort használva a működtetéshez feszültségre van szükségünk, hogy hőmérsékletnövekedést, elmozdulást, nyomásnövekedést stb. hozhassunk létre. A téma nagyon tág, a TDK dolgozatomban egy speciális aktuátor típust, az ún. termikusan működtetett beavatkozókat vizsgáltam. A kívülről bekapcsolt feszültség hatására a szerkezeten áram folyik keresztül, ami felmelegíti annak bizonyos szakaszait. A hőmérsékletnövekedés hatására alakváltozás következik be, amely az aszimmetrikus szerkezet elmozdulását eredményezi. Egy egyszerű, többszörösen befogott tartó a mechanikai modell, amelyet szilárdságtanilag ellenőriztem. A cél az volt, hogy a működést minél pontosabban meghatározhassam analitikus úton, figyelembe véve minél több jelenséget. Az analitikus eredményeket végeselem modellel kapottakkal vetettem össze, és jó egyezést kaptam, ami bizonyítja a számítás helyességét. A dolgozatban az eszköz használhatóságát is vizsgáltam. Irodalom: [1] D. Yan: Mechanical Design and Modeling of MEMS Thermal Actuators for RF Applications, Waterloo, Ontario, 2002, 25-48. [2] A.B. Seng, Z. Dahari, O. Sidek, M.A. Miskam: Design and Analysis of Thermal Microactuator, 2009, 281-292. [3] Gróf Gy.: Hőközlés (Ideiglenes jegyzet), BME Budapest, 1999, 5-24.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
13.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A járás, mint gerjesztés vizsgálata nemlineáris energiaarató tervezéséhez (The Examination of the Human Walk as Excitation to Design a Nonlinear Energy Harvester)
Farkas Dániel BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Bachrathy Dániel, tud. segédmunkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék Az energiaipar régóta a technikai fejlődés egyik húzóágazata, azonban egyre nagyobb figyelem fordul az alternatív energiaforrásokra. Ilyen alternatív energiaforrások az energiaaratók is, amelyek bár kiváltani nem tudják a fosszilis energiahordozókat, de mobilitásukkal jelentős segítséget nyújthatnak a hétköznapokban. A legismertebb talán közülük a KERS, ami a forma 1-ből lehet ismerős, amely a fékezés során a kinetikai energiát elraktározza, ezáltal a megfelelő pillanatban növelni tudja a motor teljesítményét. Azonban nem ez egyetlen folyamat, amely során az eddig elpazarolt energiákat „learathatjuk”. A nagy fogyasztású, érintő képernyős mobiltelefonok elterjedésével megjelent az igény a hordozható töltőállomásra. Arra, hogy a mindennapok során végzett mozgással termeljünk energiát sokféle megoldás született, azonban egyik sem volt igazán hatékony. A tény, miszerint a nemlineáris rugók rezonancia sávja, nagyságrendekkel szélesebb, mint a lineáris rugalmas rendszereké, jelentős változást hozhat ezen a területen. A dolgozat célja megvizsgálni, hogy a járás milyen gerjesztéssel jár a test különböző pontjain, és hogy ez mennyire függ a magasságtól, testalkattól, illetve a mindennapok során reálisan felmerülő járási sebességtől, helyzetektől. A mozgáselemzést hosszú expozíciós idejű fényképek képfeldolgozásával végeztük, amelynek előnye a kis műszerigény, a nagy mozgástér és a pozíció jelek direkt mérése. A vizsgált pontokat LEDek segítségével vettük fel. A képek feldolgozása a MATLAB program által szolgáltatott programozási környezet segítségével készült. Az elkészített képeken a LEDek által kirajzolt görbék közelítése szinuszos függvényekkel történt. A hiba lecsökkentésére minimumkereső eljárást alkalmaztunk. A mérési eredmények validálása egy biciklire rögzített fényforrás cikloissal való közelítésével történt. A kapott amplitúdó–frekvencia intervallum pontos adatokat szolgáltat a nemlineáris energiaarató méretezéséhez, illetve választ ad arra, hogy test melyik pontján lehet optimálisan működő a járásra rezonáló energiaaratót készíteni. Irodalom: [1] Barton, D. A. W., Burrow, S. G., Clare, L. R. : Energy harvesting from vibration with nonlinear oscillator Journal of vibration and acoustic, Vol. 132 / 021009-7 [2] Beeby, S. P., Tudor, M. J., White, N. M.: Energy harvesting vibration sources for microsystem applications Measurement Science and Technology 17 (2006) R175–R195. [3] Cottone, F., Vocca, H., Gammaitoni, L., Nonlinear Energy Harvesting Physical Review Letters, PRL 102, 080601 (2009)
14.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Zárt kinematikai láncú mechanizmusok kísérleti dinamikai vizsgálata (Experimental Dynamical Research for Paralell Kinematic Mechanism)
Somogyi József BSc IV. évf., Dobai Attila BSc IV. évf.
[email protected] Konzulensek: Dombóvári Zoltán, tanársegéd, Műszaki Mechanikai Tanszék, Kern Dominik, tudományos munkatárs, Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Technische Mechanik A zárt kinematikai láncú mechanizmusok alkalmazásával épített robotok illetve szerszámgépek merevebbek, mint nyitott kinematikai láncú testvéreik, azonban szerkezetük bonyolultabb és munkaterük kisebb. Bizonyos szerelési vagy megmunkálási eljárásoknál a szerkezet statikus illetve dinamikus merevségének (átvitelének) ismerete elengedhetetlen, melynek meghatározáshoz kézenfekvő a végeselemek módszerének (VEM) vizsgálata. Azonban a VEM a dinamikus hatásokat csak korlátozottan tudja kezelni, különös tekintettel azokra a szerkezetekre melyek gördülő vagy súrlódó kényszerkapcsolatokat tartalmaznak, mint csavarkötések vagy csapágyak. Ezen kapcsolatoknak a szerkezet dinamikus merevségére és csillapítására gyakorolt hatása tisztázatlan. A dolgozatunk célja kísérletileg igazolni a kapcsolati elemek dinamikus merevségre gyakorolt hatását. Kutatásunkat Németországban, a Karlsruher Institut für Technologie egyetem Institut für Technische Mechanik tanszékén (Műszaki Mechanikai Tanszék) végeztük. Karlsruheba az Erasmus ösztöndíj program keretein belül juthattunk ki. Dolgozatunkban két valós zárt kinematikai láncú mechanizmuson végeztünk kísérleti modális analízist. A geometriai modellezés után elvégeztük a mechanizmusok végeselemes vizsgálatát, melyek a valós szerkezet mért eredményektől különböző eredményt mutattak. A kísérleti és a mért eredmények alapján következtetéseket vontunk le a kapcsolati elemek teljes dinamikára gyakorolt hatásával kapcsolatban. Összefoglaltuk a modális analízis elméleti hátterét, különböző módszerekkel kísérletet tettünk a modellek javítására és összegyűjtöttük a modális analízis, illetve a számítógépes modellezés során felmerülő nehézségeket, tapasztalatokat.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
15.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
Analitikus mechanika SZEKCIÓ Helyszín:
MM épület I. emelet 29. (Olvasóterem)
Időpont:
2012. november 14. 830
Elnök:
Dr. Insperger Tamás, egyetemi docens
Titkár:
Hénap Gábor, tanársegéd
Tag(ok):
Dr. Csernák Gábor, egyetemi docens
8:30 Beregi Sándor Vontatmányok stabilitása Konzulens:
Dr. Takács Dénes, tudományos munkatárs
8:50 Sőtér Gábor Káosz szabályozása mechanikai rendszerekben OGY-algoritmus segítségével Konzulens:
Dr. Bende Margit, adjunktus
9:10 Várszegi Balázs Gördeszka, az önegyensúlyozó anholonom rendszer Konzulens:
Dr. Takács Dénes, tudományos munkatárs
9:30 Vajda Gábor, Lukács Ferenc Forgó tárcsán rezgő, gerjesztett, súrlódásos oszcillátor vizsgálata Konzulens:
Dr. Csernák Gábor, egyetemi docens
9:50 Sykora Henrik Tamás Rugalmas kerékfelfüggesztés hatása a vontatott kerekek stabilitására Konzulens:
Dr. Takács Dénes, tudományos munkatárs
SZÜNET
16.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
10:30 Tóth Máté Tandem kerékpárok dinamikája erőszabályozási modellek alapján Konzulens:
Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár
10:50 Borda Péter Monocikli dinamikája Konzulensek: Zelei Ambrus, tudományos segédmunkatárs Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár 11:10 Sindler László Emberi egyensúlyozás íves talpú cipőben Konzulens:
Dr. Insperger Tamás, egyetemi docens
11:30 Várnai Péter, Morapitiye Sunil Irányított mélyfúrás stabilitása Konzulens:
Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár
11:50 Hidas Anna, Mátyás Dóra Megfogó egység mechanikai modellezése a szingularitást kihasználva Konzulensek: Zelei Ambrus, tudományos segédmunkatárs Bencsik László, doktorandusz
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
17.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Vontatmányok stabilitása (Stability of Trailers)
Beregi Sándor BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Takács Dénes, tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék A közúti közlekedésnek ma az egyik fontos kérdése a különböző vontatmányok (pl. utánfutók, lakókocsik, kamionok, csuklós buszok) haladás közbeni stabilitása, illetve ezek instabilis viselkedésének megelőzése. Ez indokolja, hogy a járműdinamika e területén napjainkban is számos kutatás zajlik. A dolgozatban a személygépjárműből és utánfutóból álló rendszer vizsgálatához síkbeli, egymáshoz csuklóval csatlakozó rudakból és a hozzájuk kapcsolódó kerekekből álló (ún. bicikli) modellt alkalmaztam. Azaz, a járműszerelvény oldalirányú méretét elhanyagolva, az egyes tengelyeken a két kereket egy kerékkel helyettesítettem. Az járműdinamikában ez egy általánosan elfogadott módszer a járművek dinamikai vizsgálatának egyszerűsítésére. A járműre a kerekekről átadódó erők meghatározásához ún. „kefe” modellt alkalmaztam, amely szerint a gumiköpenyt úgy képzeljük el, mintha a keréken sugárirányban lineáris gumirugók lennének, a kerekekről átadódó erőt pedig ezek deformációjából származtatjuk. Így meghatározható egy kvázistatikus esetben érvényes erő karakterisztikája, melyet erőszeretettel alkalmaznak valódi ipari kerékdinamikai problémák vizsgálatára is [1]. Az anholonom rendszer mozgásegyenleteit Appell-Gibbs-egyenletek [2] segítségével írtam fel és vizsgáltam a jármű egyenes vonalú pályán való haladás közbeni lineáris stabilitását a haladási sebesség és a járművek jellemző paraméterinek függvényében. Majd az eredményeket stabilitási térképeken ábrázoltam. A stabilitásvizsgálat során kapott eredményeket numerikus szimulációkkal hasonlítottam össze. A dolgozat célja továbbá egy a vontatmányok stabilitásvizsgálatára alkalmas kísérleti berendezés tervezése is, amely lehetőséget adna az analitikus, illetve numerikus számítások validálására illetve az elméleti modell hiányosságainak feltárására. Irodalom: [1] Pacejka, H.B., Tyre and Vehicle Dynamics, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 2002. [2] Gantmacher, F., Lectures in Analytical Mechanics, Mir Publishers, Moszkva, 1975.
18.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Káosz szabályozása mechanikai rendszerekben OGY-algoritmus segítségével (Controlling Chaos in Mechanical Systems with OGY Algorithm)
Sőtér Gábor BSc III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Bende Margit, adjunktus, Műszaki Mechanikai Tanszék A káoszelmélet olyan nemlineáris dinamikai rendszerekkel foglalkozik, melyek viselkedése hosszú távon megjósolhatatlan. A káosz, mint tudományterület az 1900-as évek második felében fejlődött ki. Számos területen (mechanika, elektronika, gazdaságtudomány stb.) sikerült különböző rendszerekben kimutatni a kaotikus viselkedést, viszont e mozgások szabályozása egészen 1990-ig megoldatlan maradt. Ebben az évben a University of Maryland három kutatója (név szerint: Edward Ott, Celso Grebogi és James A. Yorke) Controlling Chaos című cikkével áttörést ért el ezen a területen. Módszerük segítségével számos rendszerben sikerült a kaotikus mozgást periodikus mozgássá alakítani. A dolgozatban két mechanikai rendszert szabályozását végeztük el, két különböző módon. Elsőként egy harmonikusan gerjesztett oszcillátoron pattogó labda mozgását szabályoztuk. Az általunk írt algoritmus az oszcillátor gerjesztésének frekvenciáját változtatja úgy, hogy periodikus mozgás jöjjön létre, tehát a labda minden ütközés után ugyanabba a magasságba pattanjon vissza. Második kaotikus rendszernek a harmonikusan gerjesztett Duffing-oszcillátort választottuk. A rezgőrendszer mozgását numerikusan szimuláltuk, majd a mért adatok és különböző statisztikai módszerek segítségével számítottuk ki a szabályozáshoz szükséges mátrixokat és vektorokat. A szabályozást a gerjesztés amplitúdójának a változtatásával végeztük el. Ebben a feladatban látszik igazán az OGY-módszer szépsége, ugyanis a szabályzó algoritmushoz nincs szükség a rendszert leíró egyenletekre, elegendő csupán egyetlen jelet mérni, figyelni mi történik, majd adott pillanatban beavatkozni. Irodalom: [1] E. Ott, C. Grebogi, J.A. Yorke: Controlling Chaos, Phys. Rev. Lett. 64 (1990) [2] S. Bocaletti, C. Grebogi, Y.-C. Lai, H. Mancini, D. Maza: The control of chaos: Theory and applications, Physics Reports 329 (2000) 103-197. [3] P.J. Holmes: The dynamics of repeated impacts with a sinusoidally vibrating table, Journal of Sound and Vibration (1982) 84(2), 173-189
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
19.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Gördeszka, az önegyensúlyozó anholonom rendszer (Skateboard, the Self-Balancing Nonholomic System)
Várszegi Balázs MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Takács Dénes, tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék Sokszor a legegyszerűbb közlekedési eszközeink is érdekes, nem várt instabilitásokat mutatnak. Például a járműdinamikában mindmáig kutatott a kerékpárok [1] és gördeszkák [2] lineáris stabilitása. Dolgozatom célja a gördeszka mozgásának leírása, illetve az egyenes vonalú egyenletes mozgás lineáris stabilitásvizsgálata. A vizsgálatok elvégzéséhez elkészítettem a gördeszka legegyszerűbb mechanikai modelljét, amely csupán egy tömegpontot tartalmaz és két darab tömeg nélküli rudat, valamint egy torziós rugót, amely a gördeszka kormányzásáért felelős gumibakot modellezi. A gördeszka legalapvetőbb mechanikai modelljében is figyelembe kell vennünk a gördeszka irányítását meghatározó kinematikai kényszereket. Azaz, még a legegyszerűbb modell is anholonom rendszert alkot, mely rendszerek mozgásegyenleteit nem lehet a másodfajú Lagrange-egyenletekkel segítségével meghatározni. Így azok előállítására elsődlegesen az Appell–Gibbs-egyenleteket [3] használtam. A mozgásegyenletek helyességét leellenőriztem a Routh–Voss-egyenletek használatával, illetve Newton második axiómájának segítségével. A megalkotott konzervatív mechanikai modell segítségével a gördeszka egyenes vonalú egyenletes mozgásának lineáris stabilitását vizsgáltam. Ehhez, meghatároztam a rendszer karakterisztikus egyenletét, és a stabilitásvizsgálatot annak gyökeinek kiszámításával végeztem el. Stabilitási térképeket készítettem a stabil és instabil sebességtartományok megjelenítéséhez. A modell hasonlóan viselkedik, mint egy torziós rugóval megtámasztott inverz inga, a stabilitási feltételek is hasonlóra adódnak, azzal a különbséggel, hogy a stabil egyenes vonalú egyenletes mozgáshoz szükséges rugómerevség nagysága a gördeszka sebességétől függ. Ezek alapján megállapítható, hogy amennyiben az egyenes vonalú mozgás kis sebesség esetén instabil, akkor is lehet a gördeszka egyenes vonalú mozgása stabil nagyobb sebességek esetén. Hasonló megállapítások találhatók egy egyszerűsített bicikli modellt vizsgáló tanulmányban [1], amelyben a számítások helyességét kísérletekkel is igazolták. Jelen tanulmány szintén megcélozza egy egyszerű kísérlet összeállítását, amely segítségével igazolható a stabilitás kimutatott sebességfüggése. Mivel a vizsgált modellel nem lehet magyarázni a gördeszka nagyobb sebességnél fellépő stabilitásvesztését – amely jól ismert probléma a gyakorlott gördeszkások körében – ezért modell kiegészítettem egy szabályozási körrel, amely a gördeszkázó személy gördeszkára való hatását hivatott modellezni. A szabályozási körben figyelembe vettem a gördeszkás reakcióidejéből fakadó időkésést. A gördeszka stabilitását különböző sebességek és szabályozási paraméterek mellett vizsgáltam. Irodalom: [1] Kooijman, J. D. G., at al.: 2011 A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic or Caster Effects, Science 332, 339 (2011). [2] Kremnev, A. V., Kuleshov, A. S.: 2008, Dynamics and simulation of the simplest model of skateboard, ENOC-2008, Saint Petersburg, Russia, June, 30–July, 4 2008. [3] Gantmacher, F.: 1975, Lectures in Analytical Mechanics, MIR Publishers, Moscow
20.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Forgó tárcsán rezgő, gerjesztett, súrlódásos oszcillátor vizsgálata (Analysis of an Excited Frictional Oscillator that Slides on a Rotating Disc)
Vajda Gábor BSc III. évf., Lukács Ferenc BSc III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Csernák Gábor, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék Az akadozó csúszásból eredő problémák régóta foglalkoztatják a tudományos társadalmat, és ez a mai napig is aktívan kutatott területnek számít. A jelenséggel találkozhatunk például járművek fékezése kapcsán, amikor a fékbetétek és a féktárcsa érintkezésbe lépnek. Továbbá tapasztalható esztergagépeknél vagy például ez okozza a táblán végighúzott kréta csikorgását is. Okozója két jelenség váltakozása, a felületek egymáshoz tapadása illetve egymáson való elcsúszása. A folyamat a súrlódási tényező-sebesség karakterisztika negatív meredekségével kapcsolatos. A jelenség pl. megfelelő kenéssel (a felületek közötti súrlódási tényező csökkentésével) vagy a csúszó test periodikus gerjesztésével küszöbölhető ki. Az előbbi módszer nem mindig alkalmazható (pl. fékrendszereknél), utóbbi pedig kaotikus viselkedéshez vezethet. Dolgozatunk a fenti jelenség egy speciális esetének vizsgálatával foglalkozik. Egyenletes forgást végző tárcsán szinuszosan gerjesztünk egy rezgő testet. Modellünkre jellemző, hogy nem tudjuk leírni egyetlen, minden időpillanatra érvényes analitikus függvénnyel, hanem a rendszer állapotától függően ki kell választani az aktuális állapotot jellemző differenciálegyenletet. Vizsgálataink a fázistérben történnek. Amikor a trajektória eléri az ún. kapcsolófelületet (tárcsa sebességétől függ), két dolog történhet. Ha a súrlódási erő egyensúlyt tud tartani a testre ható többi erővel, akkor a test a tárcsához tapad, és együtt mozognak. Amennyiben ez nem történik meg, akkor a trajektória áthalad a kapcsolófelületen. Ettől függően kell kiválasztanunk a megfelelő differenciálegyenleteket. A jelenség vizsgálata során kiderül, hogy bizonyos gerjesztési frekvenciáknál a test egyáltalán le sem tapad. Dolgozatunk az irodalomjegyzékben megadott cikken alapul. A cikk állítása szerint bizonyos paramétereknél a fázistérben ábrázolva a mozgást jellemző értékeket (zérus gyorsulású pontokat), jól azonosítható sokszögeket kapunk. Ezek alakja a gerjesztési frekvenciától függ. Vizsgálatunk elsősorban a cikkben megadott dimenziótlan paraméterekre korlátozódik, de más adatokkal is elvégezhető a szimuláció és a kísérlet. Célunk az, hogy a meglévő számításokat kiegészítsük, Matlab programban elvégezzük a jelenség szimulációját, majd pedig ezt kiértékelve a valóságban is végrehajtsuk a kísérletet. Ezzel igazolhatjuk, hogy valóban ez a mozgás jellemzi a testet. Irodalom: [1] R. Szalai and H.M. Osinga: Invariant polygons in systems with grazing-sliding (2007).
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
21.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Rugalmas kerékfelfüggesztés hatása a vontatott kerekek stabilitására (The Effect of the Elasticity of the Suspension System on the Stability of Towed Wheels)
Sykora Henrik BSc III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Takács Dénes, tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék Vontatott kerekeknél gyakran probléma az egyenes vonalú gördülésük során jelentkező stabilitásvesztés, amely az úgynevezett kerékszitáló mozgás megjelenésével jár. Ez a hétköznapi életben bevásárló kocsik, hordágyak és babakocsik önbeállós kerekeinél figyelhető meg. A felsorolt esetekben a kerékszitálás oka a kerékfelfüggesztés lágysága, míg a repülőgépek futóműve, a motorkerékpár első kereke esetén a stabilitásvesztésben a meghatározó szerepet a kerék rugalmassága játssza. Rugalmas kerék modell esetén, pusztán a kerék-talaj érintkezési tartomány pontos modellezésével is kimutathatók a kerékszitáló mozgás legfontosabb tulajdonságai [1], mint a kvázi-periodikusság, és a szubkritikusság. Egy valóságos járműdinamikai rendszer esetén olyan modell szükséges, amelyben figyelembe veszik a kerék rugalmasságát és a felfüggesztés lágyságát is, de ezeknek a modelleknek az analitikus vizsgálata nagyon bonyolult. Mivel a bevásárlókocsiknál, hordágyaknál a kerékszitálás többnyire nem okoz semmiféle veszélyt a használat során, így ezek esetén nem is mindig törekednek a kerékszitás elkerülésére, illetve a kerékszitálás vizsgálatára jóval egyszerűbb modelleket használnak. Egy motorkerékpárnál, repülőgépnél nagyon súlyos balesetet okozhat egy váratlan stabilitásvesztés, így a kerékszitálás vizsgálata során elkerülhetetlen pontos, szabatos mechanikai modellek használata. A kerékszitálást igyekeznek csillapító szerkezetek beépítésével elkerülni, de ez nem mindig valósítható meg, így már a felfüggesztés tervezésénél gondoskodni kell a kiküszöböléséről. Dolgozatomban a vontatórúd lágy csapágyazásának hatását vizsgálom, és a kerék rugalmasságát elhanyagolom. Modellként egy kis szabadságfokú, állandó sebességgel vontatott, a vontatórúdnál torziós viszkózus csillapítással ellátott vontatott merev kereket használok, amely egy ponton érintkezik a talajjal. A mozgásegyenleteket a Routh-Voss-egyenletek [2] segítségével írom fel, melyek másodrendű, nemlineáris, közönséges differenciálegyenlet-rendszert alkotnak. Az egyenes vonalon valamint a körpályán egyenletesen haladó kerék lineáris stabilitását analitikus úton vizsgálom meg a Routh-Hurwitz-kritérium segítségével. Eredményeimet numerikus szimuláción keresztül ellenőrzöm, majd a kapott eredményeket összevetem az irodalomban [3] találhatóakkal. Irodalom: [1] Dénes Takács: Thesis: Dynamics of rolling of elastic wheels. 2005. [2] F. Gantmacher: Lectures in Analytical Mechanics. MIR Publishers, Moscow, 1975. [3] D. Takács, G. Stépán, S. J. Hogan: Isolated large amplitude periodic motions of towed rigid wheels, Nonlinear Dyn, 52: 27–34, Springer Science+Business Media, 2007.
22.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Tandem kerékpárok dinamikája erőszabályozási modellek alapján (Dynamics of Tandem Bicycles by Force Control Models)
Tóth Máté MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék A dolgozatban vizsgált fizikai jelenséget tekintve a tandemezés nagyban hasonlít a búvárkodásra. Kezdő búvárok számára a merülési mélység állandó értéken tartása nem egyszerű feladat. Ezt a paramétert a ruhájukban lévő levegő mennyiségével tudják beállítani, illetve szabályozni. Levegőt engedve a ruhájukba emelkednek, ha azonban kiengedik annak egy részét, akkor süllyednek. Egy tapasztalatlan búvár számára ijesztő lehet a beugrást követő hirtelen merülés. Ilyenkor pánikszerűen emelkedni szeretnének, ezért nagy mennyiségű levegőt pumpálnak a ruhájukba. Az ijedtség következében viszont „túlreagálják” a helyzetet, így gyors emelkedésbe kezdenek. A búvárok tudják azonban, hogy a hirtelen nyomáscsökkenés veszélyes, ezért kiengedik a ruhájukban lévő levegő egy jelentős részét. Ezt a beavatkozást ismét egy erőteljes süllyedés követi, így a búvár a megkívánt merülési melysége körül leng. A „túlreagálás”, a holtidő és a természeténél fogva lassú rendszer a szabályozás instabilitásához vezethetnek. Pontosan ez történik tandemezéskor is. A különbség csupán annyi, hogy az itt kialakuló rezgések jóval kisebb amplitúdójúak és sokkal gyorsabban játszódnak le, ezért egy külső megfigyelő számára gyakorlatilag láthatatlanok. A tapasztalatlan vagy nem összeszokott kerékpárosok viszont remegés formájában érzékelik ezeket a rezgéseket. Dolgozatomban a megkívánt merülési mélységgel a megkívánt haladási sebesség lesz egyenértékű. A rendszerbe való beavatkozás természetesen a hajtáson keresztül lehetséges. Tisztán arányos szabályozással dolgozom, a legtöbben így szabályozzák például az autójuk sebességét. A hibával arányos módon lépünk rá vagy veszünk vissza a gázból. Tandemezés során a „túlreagálás” a reflexkéséssel együtt okozhat instabilitást. Dolgozatomban egy állandó lejtőszögű emelkedőn haladó tandem állandó sebességre történő szabályozásával foglalkozom. Analitikus módszerekkel vizsgálom a reflexkésés és a beavatkozási erősség kapcsolatát stabilitási térképek formájában, illetve meghatározom a stabilitásvesztéskor kialakuló öngerjesztett rezgési frekvenciákat. A jó szabályozási technika elsajátítása egy tanulási folyamat eredménye, amelyet a probléma alapos vizsgálatával gyorsítani lehet. Például bizonyos fizikai paraméterek találkozásakor elképzelhető, hogy egyáltalán nincs stabil tartomány, ezért teljesen felesleges az adott konfigurációban „próbálkozni”. Különböző szabályozási technikákat sorra véve szeretnék útmutatást adni a még tapasztalatlan kerékpárosok számára. Munkámmal elsősorban a kezdő tandemeseket szeretném segíteni a fent említett kellemetlenségek elkerülésében. Irodalom: [1] L.L. Kovács, J. Kövecses, G. Stépán: Analysis of effects of differential gain on dynamic stability of digital force control, Internat. Journal of Non-Lin. Mech., 2008. [2] J. Kövecses, L.L. Kovács, G. Stépán: Dynamics modeling and stability of robotic systems with discrete-time force control, Arch. Appl. Mech., 2007. [3] P. Korondi: Advanced Control and Informatics, előadás, 2012.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
23.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Monocikli dinamikája (Dynamics of Monocycles)
Borda Péter MSc I. évf.
[email protected] Konzulensek: Zelei Ambrus, tud. segédmunkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék, Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék Az utóbbi évek dinamikai szakirodalmában sokan foglalkoznak a közismert Segway® működési elvével, és megjelentek a hozzá hasonló szerkezetek is, mint az egykerekű bicikli, illetve ennek motorral hajtott változatai. A kutatók érdeklődése is mutatja, hogy az ilyen rendszerek működésének, stabilitásának még számos nyitott kérdése van, ami egyúttal a mérnökök számára új konstrukciós lehetőségeket nyit meg. Instabil rendszerek stabilizálása gyakori mérnöki feladat, és bár jól használható és egzakt módszerek állnak rendelkezésre a lineáris elméletekben a tervező munka számára, még akár egy egyszerű rendszer kezelése is komoly kihívást okozhat. Különösen igaz ez az alulaktuált rendszerekre, ahol a rendszer szabadsági fokainak száma nagyobb, mint az arra ható beavatkozó erők és nyomatékok együttes száma. Az informatika és elektronika fejlődésének köszönhetően, az ilyen rendszerek irányítása ma már korántsem lehetetlen feladat, ugyanakkor komoly szaktudást igényel. Dolgozatomban egy monocikli – egykerekű jármű – síkbeli mechanikai modelljét állítom össze és elemzem annak viselkedését. Először belső csillapítás nélküli, ideális esetben vizsgálom a stabilitás feltételeit analóg és mintavételes szabályozás alkalmazásával, majd belső csillapítással rendelkező motor hozzáadásával pontosítom a modellt és vizsgálom a csillapítás hatásait. Megfelelően hangolt nyomaték-szabályozó szervvel stabilizálom a rendszert. Kimutatom a kapcsolatot az így kialakult rendszer és az inverz inga stabilitási kritériumai között. A monocikli esetében az jelenti a többletfeladatot, hogy azzal előírt sebességű haladást is meg kell tudni valósítani, sőt esetleges terepakadályokon is át kell jutni. Irodalom: [1] Lantos B., Irányítási rendszerek elmélete és tervezése 1., Akadémiai kiadó, Budapest, 2001. [2] Martynenko, Yu G., Formal’skii, A. M., The theory of the control of a monocycle, Journal of Applied Mathematics and Mechanics 69 (2005) 516-528. [3] Stépán, G., Enikov E., Microchaotic Motion of Digitally Controlled Machines, Journal of Vibration and Control 4 (1998) 427-443.
24.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Emberi egyensúlyozás íves talpú cipőben (Human Balancing in Rocker Bottom Shoe)
Sindler László MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Insperger Tamás, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék Emberi egyensúlyozás mechanikai modelljét vizsgálom íves talpú cipőben való állás esetén. A szakirodalomból ismert boka-csípő-lépés (ankle-hip-step) szabályozási stratégia, amely szerint három fokozatban történik az emberi egyensúlyozás: (1) kis kitérések esetén csak a bokán keresztül szabályozunk és a test merev testnek tekinthető, mint egy inverz inga; (2) nagyobb kitérések esetén a csípőn keresztül is szabályozunk, ekkor a test egy kettős inverz ingaként modellezhető; (3) még nagyobb kitérések esetén lépéssel korrigáljuk a testhelyzetet. A jelen TDK munkában én a bokán keresztüli szabályozást vizsgálom. A mechanikai modell egy íves talpból és egy hozzá csuklón keresztül kapcsolódó merev testből áll. A talp és a test közötti ízületi kapcsolatokat egy lineáris karakterisztikájú rugóval és csillapító elemmel modellezem. A szabályozás egy aktív nyomatékkal történik a talp és a test között. A szabályozott rendszer kimenete a test és a talp szöghelyzete és szögsebessége. A szabályozás célja mind a talp mind a test állandósult függőleges helyzetének az elérése. Ennek eléréséhez arányos-deriváló (PD) szabályozót alkalmazunk. Négy szabályozási paramétert definiálunk, P1 a test arányossági tényezője, P2 a talp arányossági tényezője, D1 a test deriváló tényezője és D2 a talp deriváló tényezője. A stabilitási tulajdonságokat először a reflexkésés figyelembe vétele nélkül vizsgálom a megfelelő négy dimenziós paramétertérben az állapottér modell együttható mátrixa alapján. Ezután a reflexkésés hatását vizsgálom, amelynek értékét a szakirodalom alapján 0,2 s-nak veszem fel. A stabilitásvizsgálathoz feltételezem, hogy az idegrendszer egy digitális szabályozóhoz hasonlóan működik, ezért figyelembe veszem a mintavételezés hatását. A stabilitásvizsgálathoz előállítom a rendszer leképezési mátrixát. Ennek a mátrixnak a mérete függ a mintavételezési lépésköztől. A stabilitás feltétele az, hogy a leképezési mátrixnak a sajátértékei abszolút értékben kisebbek legyenek, mint 1. Az eredményeket stabilitástérképek formájában mutatom be különböző paraméterek, pl. különböző talp görbületi sugár illetve különböző reflexkésés esetén. Irodalom: [1] Y. Asai, Y. Tasaka, K. Nomura, T. Nomura, M. Casidio, and P. Morasso, A model of postural control in quiet standing: Robust compensation of delay–induced instability using intermittent activation of feedback control, PLoS ONE, 4:e6169, 2009. [2] I. D. Loram and M. Lakie. Direct measurement of human ankle stiffness during quiet standing: the intrinsic mechanical stiffness is insufficient for stability. Journal of Physiology, 545(3):1041–1053, 2002. [3] T. Insperger and G. Stepan. Semi-Discretization for Time-Delay Systems. Springer, New York, 2011.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
25.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Irányított mélyfúrás stabilitása (Stability of Directional Drilling)
Várnai Péter BSc II.évf., Morapitiye Sunil BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék Napjaink aktuális problémája az olajfúrás technológiájának fejlesztése. Egy olajlencsébe ugyanis nem feltétlenül egyenesen felülről, hanem oldalról érdemes belefúrni. Ez esetben komoly kihívást jelent a fúrás menet közbeni irányítása, mivel mélyfúráskor a merev fúrótest stabilizálása nehézkes, kevés információ áll rendelkezésre a fúrás valós irányáról. TDK munkánkban ennek a mai napig megoldatlan problémának egy alapvető részfeladatával kezdtünk el foglalkozni, nevezetesen a fúróegység és a fúrás folyamatának egy egyszerűsített modelljét elemeztük. A vizsgált modellben a szakirodalom alapján a fúróegységet tökéletesen merevnek, a fúrófejet tökéletesen hegyesnek tekintettük, tömegüket elhanyagoltuk, míg a fúrótestet két helyen gyűrűkkel rögzítettük a nála szélesebbre fúrt üreg falához képest. E rögzítések jelentősége, hogy helyzetük meghatározza a fúrófej mozgását, és így a fúrás irányát, annak stabilitását. Matematikailag ez egy olyan függvénnyel írható le, amelynek adott értéke függ két, előzőleg felvett értéktől. Dolgozatunkban az ilyen típusú függvények stabil tartományait térképeztük fel a rendszer paramétereinek terében, és ezek alapján vontunk le következtetéseket a mélyfúrás kiválasztott modelljének dinamikai viselkedésével kapcsolatban. Munkánk során programokat írtunk a stabil paramétertartományok megjelenítésére, azok elemzésének könnyítésére. A matematikai eredmények és a programok összevetéséből az derül ki, hogy a fúrás csak igen ritka esetekben lehet stabilis, és ekkor is csak a stabilitás határán van, azaz végtelenül érzékeny a rögzítőgyűrűk elhelyezkedésére. Eredményeink összhangban állnak a numerikus szimulációval, melyet számításaink ellenőrzésére és a fúrás szemléltetésére készítettünk. Mélyfúrási modellünket természetesen számos vonatkozásban lehet pontosítani. A fúrótest rugalmasságának, tömegének, illetve a fúrófej forgás közbeni súrlódásának figyelembevételével egyre valósághűbb modelleket kapunk. Reményeink szerint a most megalapozott matematikai eszközeink segítségével a pontosított modellekben sikerül olyan paramétertartományokat találnunk, amelyeket akár az iparban is alkalmazhatnak majd az eddigieknél hatékonyabb mélyfúrásokhoz. Irodalom: [1] Downton, G. C., Directional Drilling System Response and Stability. 16th IEEE International Conference on Control Applications, 1544-1550 (2007, Singapore). [2] Stépán, G., Retarded Dynamical Systems: Stability and Characteristic Functions. Longman, London co-published with Wiley (1989, New York).
26.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Megfogó egység mechanikai modellezése a szingularitást kihasználva (Mechanical Modelling of a Grasping Mechanism, Working with Singularity)
Hidas Anna BSc II. évf., Mátyás Dóra BSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Zelei Ambrus, tud. segédmunkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék, Bencsik László, doktorandusz, Műszaki Mechanikai Tanszék Az Acroboter (Autonomous Collaborative Robots to Swing and Work in Everyday EnviRonment) egy EU projekt keretében fejlesztett beltéri szerviz robot. Alapgondolata, hogy egy épületben a legnagyobb szabad felület a mennyezet. Ebből adódik, hogy ez a rendszer egy, a mennyezetre szerelt rácsozaton, a rácspontokhoz (anchor pontok) való kapcsolódás megváltoztatásával mozog. A mászó egységhez kapcsolódó, csévélhető kötélen függő lengő egységet légcsatornázott ventillátorok működtetik, és feladata kisebb tárgyak vagy más kisebb mobilitású (pl. földön mozgó) szerviz robotok három dimenzióban történő mozgatása. A létező mechanizmus problémája, hogy a mászó egysége nagyon lassan változtat pozíciót, mivel csavarok becsavarásával rögzíti magát. Ezen túl annak köszönhetően, hogy a tárcsák kivitelezése pontatlan, a szerkezet képtelen megfelelően működni. A mászó egység megfogó mechanizmusának koncepcionális tervezését egy korábbi munkában már megvalósították [1]. Az újratervezett megfogó egység a gyorsleszorítók elvén működik, ami az ipar különböző területein használatos. Például hegesztés során, az alkatrészek összefogására, vagy akár egy asztalosműhelyekben bútor összeragasztásához alkalmazzák. A szingularitásnak köszönhetően a megfogó erő a mechanizmus teherbíró képességével lesz egyenlő, mivel így viszonylag kis aktuátorerő szükséges a megfogáshoz. Továbbá, ha a szerkezet elérte a szinguláris helyzetet, nagyfokú biztonságot garantál, még áramkimaradás esetén is, amely a robot sajátosságai miatt elengedhetetlen. A kérdés a következő: Lehet-e hatékonyan felhasználni az ilyen típusú szorítókat egy robotrendszer esetén? Ezen munka célja a konstrukció működőképességének vizsgálata, valamint a fizikai paraméterek optimalizálása a mászó egységre nézve. Továbbá a tanulmány egy szisztematikus módszert kíván adni, mely széles körben alkalmazható hasonló megfogó és szorító mechanizmusok tervezéséhez. A vizsgált négycsuklós mechanizmus több test dinamikai rendszerként kerül modellezésre [2]. A kinematikai leírás természetes koordinátákkal történik, a szokásos minimális számú általános koordináta használata helyett, annak érdekében, hogy a trigonometrikus transzcendens függvények elkerülhetőek legyenek, csökkentve ezáltal a számítások időigényét. Mindamellett a szingularitás modellezése és feloldása egy kihívást jelentő feladat. Irodalom: [1] Tóth Attila, Acroboter mászóegység koncepció tervezési feladat, Budapest, 2012. [2] Javier Garcia de Jalón, Eduardo Bayo, Kinematic and Dynamic Simulation of Multibody Systems
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
27.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA Helyszín:
MT épület, I. emelet Könyvtár
Időpont:
2012. november 14.
Elnök:
Dr. Szabó Péter János, egyetemi docens
Titkár:
Fábián Enikő Réka, egyetemi tanársegéd
Tag(ok):
Dr. Bobor Kristóf, egyetemi adjunktus Dr. Krállics György, egyetemi docens Dr. Lovas Jenő, egyetemi adjunktus
9:00 Budai Lajos, Iványicki Tamás, Tóth Levente Ferenc Kerámia gömbhéjak infiltrálhatóságának vizsgálata Konzulens(ek): Dr. Orbulov Imre Norbert, egyetemi adjunktus
9:20 Kun Levente Lézeres mikromegmunkálás Konzulens(ek): Puskás Zsolt, tudományos munkatárs 9:40 Kozma Bálint, Simon Gergely C75-ös acél fűrészlap TIG hegesztése Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs 10:00
Németh Levente, Kristóf Dániel A hegesztőhuzal és az áramátadó kapcsolatának és kopásának elemzése II: Az áramátadó tönkremeneteli módjai Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs
10:20 Salló Bence, Hadzsi Ákos, Hangyás I. Atanáz Fémmátrixú polimer kompozit huzal folyamatos gyártásának előkészítése Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs, Törzsök Péter, műszaki ügyintéző
28.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
10:40 Steinbach Ágoston Hegesztett alumínium kötések vizsgálata Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
29.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Kerámia gömbhéjak infiltrálhatóságának vizsgálata Experimental study on infiltration of ceramic hollow spheres
Budai Lajos BSc IV. évf., Iványicki Tamás BSc IV. évf., Tóth Levente Ferenc BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Orbulov Imre Norbert, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék A szintaktikus fémhabok előállításának több módszere ismert. Ezek közül az egyik általunk vizsgált módszer a nyomásos infiltrálás, melynek során üreges mikrogömbhéjak közé fémolvadékot juttatunk külső nyomás segítségével. Az így létrejött porózus szerkezeti anyagot nevezzük szintaktikus fémhabnak, melynek tulajdonságai közül a kis sűrűségét és ezáltal a jó fajlagos tulajdonságait, valamint a nagy energiaelnyelő képességét használják ki alkalmazása során. Ezen fémmátrixú kompozit anyag nyomásos infiltrációval való létrehozásának technológiája még kutatás alatt áll. A jelen TDK munka arra tesz kísérletet, hogy a már létező infiltrálási modelleket a valósággal összehasonlítsa. A munka távlati célja az, hogy megteremtse a szintaktikus fémhabok nyomásos öntéssel történő gazdaságos gyártásának lehetőségét. A kísérletsorozatot az eutektikushoz közeli összetételű alumínium – szilícium ötvözettel (AlSi12, szilumin), valamint két féle gömbhéjjal végeztük. Az egyik az Envirosphere Ltd. Cég által gyártott SLG , míg a másik a Hollomet GmbH cég által gyártott Globocer kerámia gömbhéj volt. A tanszéken végzett mérések alapján az SLG gömbéjak átlagos átmérője 119 µm, míg a Globocer gömbhéjaké 1,45 mm. A vizsgálat arra irányult, hogy az infiltrálási időt és nyomást változtatva milyen mélyen tud az olvadt alumínium behatolni a gömbhéjak közé, azaz, hogy mekkora infiltrálási hosszt tudunk elérni. A tanszéken található infiltráló berendezés segítségével végeztük a kísérleteket, melyet Tóth Levente és társa az előző évben fejlesztett ki és ismertette TDK munkájában. Az AlSi12 mátrixanyagot indukciós kemencében szakaszos hevítéssel, a gömbhéjakat tartalmazó acélcsövet pedig egy kantál szalag spirállal fűtöttük fel. A kísérleti infiltráló berendezés két termoelemet tartalmazott. Az egyik a mátrixanyag, a másik a gömbhéjak hőmérsékletét mérte, mely egy számítógépes adatgyűjtőbe volt bekötve, így a hőmérsékletet monitoron online tudtuk követni. A infiltrációt akkor kezdtük el, amikor mind a két hőmérséklet 625±2°C-ot ért el. (olvadáspont + 50 C°) A kísérletsorozat befejeztével az acélcsöveket szétbontottuk és megmértük az infiltrált hosszakat, melyeket ábrázoltunk egy grafikonon az idő és a nyomás függvényében. A Bárczy és Kaptay [1] modell részben beigazoltnak tűnt, mert azonos nyomások mellett az infiltrálási időt változtatva a létrejött szintaktikus fémhab hossza gyökösen változott. Azonban az új eredményt hozott, hogy azonos infiltrálási idők mellett pedig a nyomást változtatva az infiltrált hossz közel lineárisan változott. További célunk, hogy több mátrix alapanyag és gömbhéj kombinációra meghatározzuk az infiltrálási grafikonokat, valamint a berendezés továbbfejlesztése olyan irányban, hogy a méréseket gyorsabban és pontosabban tudjuk végezni. Irodalom: [1] 1. T. Bárczy és G. Kaptay: Modeling the infiltration of liquid metals into porous ceramics, Material Science Forum, 473-474 (2005), 297-302
30.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Lézeres mikromegmunkálás Microprocessing with Laser Kun Levente BSc III. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Puskás Zsolt, tudományos munkatárs, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dolgozatomban a lézervágással, azon belül kis átmérőjű csövek (Ø1,8-3,6 mm) mikromegmunkálás témájával fogok foglalkozni. Az orvostechnikában használt CoCr ötvözetű sztentek (értágítók) további kutatása a célom. A lézertechnológia a 21. századra az egyik legjelentősebb iparággá nőtte ki magát világszerte. Az egyes területeken egyre nagyobb teret hódító nagy, több kW-os berendezések mára széles körben használatosak az autóiparban és más iparágakban egyaránt. A technika gyors fejlődésének köszönhetően egyre hatékonyabban tudjuk alkalmazni a lézereket. Olyan feladatok megoldására képesek, amely más, hagyományos eljárásokkal, technikával kivitelezhetetlen, vagy csak nagyon nehezen és körülményes munka árán lenne megvalósítható. Kutatásom során CoCr (kobalt-króm) fém ötvözetű csövek lézeres megmunkálásán dolgozom. Ezen anyagból készült, az orvostechnikában széles körben alkalmazott értágítók használata mára szinte rutin beavatkozásnak számít, viszont további lehetőségeket rejt magában. Kutatásom célja, hogy a jelen pillanatban alkalmazott sztentek ~0,1-0,12 mm szálvastagságát lecsökkentsük 0,06-0,07 mm-re. A orvostechnika ezen területe rengeteg kritériumot támaszt , hiszen fontos, hogy a beültetett eszközök ne tegyenek kárt élő szervezetekben. Az elkészült bonyolult geometriájú daraboknak a kis méret ellenére méretpontosnak, sorjamentesnek, kiválóan kezelhető felületűnek és jó felületi minőségűnek kell lenniük, illetve megmunkálásuk után rugalmasnak kell maradniuk a könnyebb behelyezést elősegítve. Továbbá – a mikro méretek miatt - a hőhatásövezet minimalizálása elengedhetetlen a kiváló és használható darabok elkészítésében. A fent említett szálvastagság elérése ezen feltételek pontos betartását kívánják meg. Ilyen vékony vastagságok mellett külön figyelmet szolgál a vetemedés elkerülése. Kísérleteim során egy LASAG KLS 246-FC típusú Nd:YAG 15 W maximális átlagteljesítményű szilárdtest lézergéppel fogok dolgozni. Továbbá más anyagoknál anyagoknál jól bevált paraméterekből kiindulva a CoCr ötvözetű anyag megfelelő vágási paramétereit kutatom, hogy a fent említett feltételeknek maximálisan megfeleljenek. Az új anyag tökéletes vágásához szükséges értékek megtalálása, mint később látható lesz tesztek sorozatából fog állni. Ezek összesítésével egy képet fogunk kapni az adott anyag vágási paramétereiről. Továbbá nem elég ha megtaláljuk a megfelelő beállításokat, fontos a gyártástechnológiai szempontokat is figyelembe venni. A mintadarabok előállításánál fontos a megmunkálási idő, a védőgáz felhasználás, energia felhasználás. Ezen tényezők minimalizálásával a gép élettartamának a növekedését, és –ami sok esetben még fontosabb- a költségek redukálását érhetjük el.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
31.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
C75-ös acél fűrészlap TIG hegesztése TIG welding of C75 carbon steel blade
Kozma Bálint BSc II. évf., Simon Gergely BSc VI. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs, Anyagtudomány és Technológia Tanszék C75-ös acél fűrészlapok kísérleti TIG hegesztését végeztük el, a hegesztett kötésekről keresztmetszeti csiszolatokat, róluk mikroszkópos felvételeket készítettünk. A próbadarabokat elő- és utóhőkezelésnek vetettük alá, kipróbáltünk más-más áramerősséget és különböző összetételű hegesztőanyagokat.
32.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A hegesztőhuzal és az áramátadó kapcsolatának és kopásának elemzése II: Az áramátadó tönkremeneteli módjai The investigation of the wear of the welding wire and the contact tip part 2: Failure modes of the contact tip
Németh Levente BSc IV. évf., Kristóf Dániel BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Magyarországon sok olyan cég működik, amelynek éves szinten több millió forint járulékos költsége származik a fogyóelektródás védőgázos ívhegesztés egyik kopóalkatrészének, az áramátadójának a kopásából. A kopás kiváltó oka az áramátadó és a hegesztőhuzal csúszási kapcsolata. A fogyóelektródás hegesztőgépekben a hegesztőhuzalt általában görgőpárok tolják a hegesztőpisztolyhoz, ahol az áramátadón végigcsúszva kapcsolódik a huzal az áramkörbe. A huzalelőtoló berendezés feladata a hegesztőhuzal egyenletes tolása, amelyhez a minimális erőszükséglet 3 m hosszú pisztolykábelnél és 1,2 mm átmérőjű huzalnál kb. 100 N. Az áramátadó rézből vagy rézötvözetből (Cu-Cr-Zr, Cu-Ag) készült alkatrész, amelynek furatában csúszik a hegesztőhuzal. A furat átmérője 0,2 ± 0,05 mm-rel nagyobb, mint a hegesztőhuzal átmérője, ám ettől egyes felhasználók eltérnek akár úgy is, hogy saját maguk állítják elő az áramátadót. A huzal és az áramátadó furata közötti tényleges érintkezési felület jelentősen kisebb, mint a geometriai körülményekből adódó látszólagos érintkezési felület. Az érintkezésre az átmérőkülönbség mellett hatással bír az, hogy a hegesztőhuzal és az áramátadó-furat keresztmetszete sem ideális kör alakú, továbbá, hogy huzalnak van egy saját görbülete, amelynek sugara a tekercselési átmérőtől és a huzal rugalmassági tulajdonságaitól függ. A huzal és az áramátadó tehát egy sajátos kopási rendszert alkot. Becsléseink szerint egy 100 tonna huzalt felhasználó üzemben évente 7000–8000 db áramátadót használnak fel, aminek az anyagköltsége és a leállások miatti költsége kb. 3 millió Ft. A fröcskölési veszteség, a csiszolóanyag költség és a takarítási költségek akár 10 millió Ft fölé növelhetik ezt az összeget, amely van annyira jelentős, melyet érdemes redukálni. Dolgozatunkban ismertetjük az áramátadó kopását közvetlenül kiváltó huzalelektródák csúszási ellenállása mérésének vizsgálati eredményeit, valamint bemutatunk egy eredeti ötleten alapuló kísérletsorozatot, amellyel – egyelőre csak elméletileg – jelentősen növelhető az áramátadó élettartama.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
33.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Fémmátrixú polimer kompozit huzal folyamatos gyártásának előkészítése Preparation of metal matrix composite wire continuous production
Salló Bence BSc képzés V. évf., Hadzsi Ákos O IX. évf, Hangyás I. Atanáz BSc képzés VII. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Törzsök Péter, műszaki ügyintéző, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Fémmátrixú polimer kompozit huzal folyamatos gyártásának előkészítése, mely arra a törekedik, hogy az eddig kerémiaszállal erősített, alumínium mátrixú kompozit huzalt gyártó gépet átállítsuk szénszál erősítésű, alumínium ötvözet mátrixú kompozit huzal gyártására. A felmerülő problémákat különböző felületkezelésekkel, a gépen eszközölt átalakításokkal és a gyártási paraméterek változtatásával próbáljuk megoldani.
34.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Hegesztett alumínium kötések vizsgálata Test of aluminium welding joints
Steinbach Ágoston BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs, Anyagtudomány és Technológia Tanszék A hegesztett kötések létrehozása komoly mérnöki feladat, mely csak akkor lehet igazán sikeres, ha minden paraméter megfelelően van kiválasztva. Az áramerősség, feszültség stb. mellett fontos a megfelelő huzal kiválasztása is. Vizsgálataim során fogyóelektródás védőgázos ívhegesztéssel készített alumínium kötéseket vizsgáltam. A vizsgálatokhoz T kötéseket és tompakötéseket készítettünk, ezen belül a kötésekhez három különböző gyártó által készített elektródát használtunk. Minden egyes kötéstípusból 3-3 db készült, ezeken megvizsgáltam a porozitást a beolvadást, a tomakötéseket elszakítottam és Charpy féle ütőművön elütöttem. Az ezekből kapott eredmények adják majd dolgozatom alapját.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
35.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
Áramlástan SZEKCIÓ Helyszín:
D épület, HDR Tanszék Archimes terem
Időpont:
2012. november 14. 830
Elnök:
Dr. Paál György, egyetemi docens
Titkár:
Nagy László, egyetemi tanársegéd
Tag:
Dr. Kullmann László, egyetemi docens Dr. Kristóf Gergely, egyetemi docens
8:30 Szőke Tibor Máté Kétdimenziós áramlási tér keverőképességének vizsgálata kinematikai jellemzők alapján Konzulens:
Dr. Hős Csaba, egyetemi docens
8:50 Piszker Szilvia Vizórás mérés hibája valós fogysztói hálózatban Konzulens:
Dr. Pandula Zoltán, egyetemi adjunktus
9:10 Haraszti Péter Ultrahangos felszínmérő eszköz tervezése, gyártása és vezérlése nyíltfelszínű csatornához Konzulens:
Bene József, tudományos segédmunkatárs
9:30 Józsa Viktor Gázturbina légporlasztó CFD analízise Konzulens:
Nagy László, egyetemi tanársegéd.
9:50 Tóth Bence Mihály Koaxiális propfan kísérleti vizsgálata Konzulensek: De Santana Leandro (von Karman Institute for F. D.), Dr. Schram Christophe (von Karman Institute for F. D.), Horváth Csaba, egyetemi tanársegéd
36.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
10:10 Tomor András Darrieus szélturbinák egymásra hatásának vizsgálata Konzulens:
Dr. Szente Viktor, tudományos munkatárs
10:30 Stibrányi Márton Miklós Légzsilip hőveszteségének statisztikai és szimulációs elemzése Konzulens:
Dr. Kristóf Gergely, egyetemi docens
10:50 Füle Péter Turbulens áramlások modellezése nagy örvény szimulációval (LES), hálózási módszerek fejlesztése Konzulens:
Hernádi Zoltán, doktorandusz
11:10 Budafoki Richárd, Vitai László Axiális átömlésű ventilátor résveszteségének vizsgálata Konzulens:
Dr. Vad János, egyetemi docens
11:30 Bartos Ambrus Az artériás véráramlás alakulása mozgás közben Konzulens:
Dr. Halász Gábor, egyetemi tanár
11:50 Lipécz Ádám Új lehetőség az áramlástechnikában Konzulens:
Czmerk András, egyetemi tanársegéd
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
37.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Kétdimenziós áramlási tér keverőképességének vizsgálata kinematikai jellemzők alapján Kinematic evaluation of mixing in a two dimensional flow
Szőke Tibor Máté MSc 4. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Hős Csaba (HDR) Keverőberendezések tervezésekor különböző közegek gyors és homogén elkeverése a cél, ugyanakkor nem egyértelmű, hogy a keverés „jóságát” milyen mérőszám segítségével minősíthetjük. Számos megközelítés lelhető fel a szakirodalomban, de egyik sem tekinthető általánosan elfogadottnak. A dolgozatban egy kétdimenziós, kör alakú áramlási térben excentrikusan elhelyezett forgó keverőelem hatására kialakuló áramlási tér keverőképességét vizsgáltuk egy saját fejlesztésű módszer segítségével. A munka kidolgozása során egy egyszerűsített, kör alakú keverőgeometriát vizsgáltunk, melyben kétdimenziós áramlást feltételeztünk. A forgó keverőelem szintén kör alakú volt és excentrikusan helyezkedett el a keverőtérben. A létrejött áramlási tér sebességmezőjét CFD szoftver segítségével határoztuk meg, a szokásos hálófüggetlenségi ellenőrzések után. Megvizsgáltuk a turbulenciamodellek hatását is. A kapott sebességtér segítségével MATLAB környezetben kiszámítottuk egy véges kiterjedésű folyadékcsomag „pályafutását”, azaz deformációjának időbeli változását. Nagy hangsúlyt helyeztünk a megmaradó mennyiségek állandóságának folyamatos ellenőrzésére, melynek érdekében adaptív numerikus módszert dolgoztunk ki. A számítások során egy, a kezdetben négyzet alakú folyadékcsomag kerületén megfelelő számú pontot elhelyezve azok mozgását követtük. A kerület mentén a pontok számát folyamatosan adoptáltuk és megfelelő sűrűségen tartottuk az ívhosszra jutó pontok számának állandó értéken tartásával. A számítás fő eredménye a csomag kerületének időbeli változása, amely növekedési ütemének segítségével minősítettük a keverés intenzitását. Eredményeinket összevetettük az irodalomban elérhető, elterjedtebb keverőképesség-minősítő módszerekkel. Irodalom: 1. BOYLAND, P.L., AREF, H., STREMLER, M.: Topological fluid mechanics of stirring, Journal of Fluid Mechanics (2000), vol. 403, pp. 277-304 2. DR. LAJOS TAMÁS: Az áramlástan alapjai, Műegyetem Kiadó, 2004, ISBN 978 963 06 6382 3 3. J. M. OTTINO: The kinematics of mixing: stretching, chaos, and transport, Cambridge University Press, 1997, ISBN 0 521 36335 7
38.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Vizórás mérés hibája valós fogysztói hálózatban Errof of measurements with water meter in real consumption network
Piszker Szilvia BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Pandula Zoltán (HDR) A lakossági vízfogyasztás mérése vízórák segítségével történik. A hiteles méréshez a vízórát szabványban megadott módon hitelesíteni kell. E hitelesítés során állandó térfogatáramon végzett mérések hibája kell, hogy az előírásnak megfeleljen. A valóságban mérés során korántsem állandó a vízhozam. E kísérleti munka keretén belül azt vizsgáltuk, hogy instacionárius áramlásban hogyan változik a mérő pontossága. A vizsgálat során elvégeztük a vízmérő kalibrálását a szabványban leírt módon. A laboratóriumban összeépített berendezésen proporcionális szelep segítségével a valóságot modellező fogyasztáslefutások esetén vizsgáltuk a vízmérő által mért és a ténylegesen átfolyt vízmennyiség közötti eltérést. Az eredmények alapján következtettünk a mérés pontosságára, az eltérés irányára.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
39.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Ultrahangos felszínmérő eszköz tervezése, gyártása és vezérlése nyíltfelszínű csatornához Design, manufacturing and control of an ultrasonic surface measurement device built for open channel flows
Haraszti Péter BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Bene József (HDR) A nyíltfelszínű áramlások [1] észrevétlenül is igen fontos részét képezik az életünknek. Ilyen jelenség figyelhető meg természetes vizeinkben, például a folyókban is. Elég, ha csupán Szabadság-hídról a Dunára tekintünk, és máris láthatjuk a pillérek és a vízen úszó hajók körül kialakuló hullámjelenségeket és örvényeket. A természet mellett az iparban is számos területen előfordul nyílt felszínű áramlás. Legyen szó akár csak egy egyszerű esővíz-elvezető csatornáról, egy térfogatáram-mérő műtárgyról, vagy akár egy nagyváros szennyvízelvezető csatornahálózatáról. Könnyen belátható, hogy minél alaposabban megismerjük az ilyen áramlásokat, annál könnyebben, és pontosabban tervezhetjük a felmerülő ipari alkalmazásokat. A jelenségek megismerését segíti a BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék laboratóriumában található nyílt felszínű csatorna. Ehhez a csatornához terveztem egy olyan mérőberendezést, amely képes a csatornában kialakuló vízfelszínt mérni. Dolgozatomban ennek a mérőeszköznek a tervezését, gyártását, működését és a vele végzett méréseket mutatom be. A mérőkocsi a csatorna tetején található sínpáron, kerekeken gördülve mozog a csatorna hossza mentén. Az eszköz a rajta található mérőfejet képes a csatorna hossztengelyére merőlegesen is pozícionálni, így a teljes vízfelszínt le tudja letapogatni. A mérőberendezés alapja egy ultrahangos mérőfej, ami a vízfelszín fejtől való távolságát méri. A mérőberendezés képes a csatorna felett egy pontban állva mérni a vízszint időbeli lefutását. Emellett alkalmas hossz- és keresztirányú vízfelszín profilmérésre is. A mérőkocsi felépítését én terveztem meg a kereskedelemben kapható, és a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék műhelyében elkészített, szintén általam tervezett alkatrészek felhasználásával. A mérőeszközt irányító elektronikát tartalmazó nyomtatott áramköri panelt ugyancsak én terveztem, gyártottam és szereltem össze. A mért adatokat feldolgozó és a kocsi mozgását koordináló számítógépes programot LabVIEW-t használva írtam meg. A kész eszközt próbaméréseknek vetettem alá, így tesztelve a funkcióit és a mérés pontosságát. A próbamérések eredményeit összevetettem MATLAB-ban végzett szimulációk eredményeivel, és értékeltem az általam tervezett mérőeszköz pontosságát. Irodalom: 1. Hubert Chanson: (2010) The Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction. Elsevier
40.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Gázturbina légporlasztó CFD analízise CFD analysis of a gas turbine airblast atomizer Józsa Viktor MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Nagy László (ARA) Napjainkban a gázturbina a légiközlekedésben domináns, az energiatermelésben kiemelkedő szerepet tölt be. Az áramlással kapcsolatos részegységek továbbfejlesztése (kompresszor, égőtér, turbina) ma már döntően numerikus áramlástani (CFD) szoftverekkel történik. Általános célkitűzés a jobb hatásfok elérése és az egyre szigorodó rendeletek miatt az alacsonyabb károsanyag kibocsátás. A turbinára érkező füstgáz tulajdonságai (pl. koromtartalom, hőmérséklet eloszlás, sebesség, turbulencia) nagyban befolyásolják az élettartamot. A dolgozatban az üzemanyag porlasztó tulajdonságaival foglalkozunk. A keletkező folyadékcseppek mérete és eloszlása határozza meg az égés minőségét az előbb említett paramétereken keresztül. Ma már az égés hatásfoka gyakorlatilag a 100%-ot is eléri, de a megfelelő porlasztás közvetve javítani tudja a körfolyamati hatásfokot is, ezért fontos a témával foglalkoznunk. Ez a munka egy másfél éve futó projekt része, mely tartalmaz kísérleteket és a jövőben lézeres áramlásmérést is meg fogunk valósítani az erre a célra kialakított tesztpadon [1] [2]. Egy folyadéküzemű C-330 mikro-gázturbina légporlasztójának az áramlás által átjárható részét vizsgáltunk meg, kifejezetten a porlasztásra és a folyadékcseppek keveredésére fókuszálva. A modell az égést, így a hősugárzást nem veszi figyelembe, ez is a jövőben lesz vizsgálva. Különböző porlasztási segédközegekkel egyaránt megvizsgáltuk a modellt. Ezek belépés előtti nyomását változtatva vizsgáltuk a 3 komponens (dízelolaj, etanol-víz elegy gőze, levegő) keveredését. A geometria hálózása bonyolult, mivel az üzemanyag fúvóka tartalmaz előperdítőt és furatokat. Így kevert megoldást alkalmaztunk: a közepe strukturált, az előperdítő közelében pedig strukturáltatlan, tetraéder elemeket tartalmazó hálót készítettünk. A kapcsolatot a két rész közt piramis elemekkel hidaltuk át. A megfelelő peremfeltételekkel először egy 2D-s, axiszimmetrikus kevés elemet tartalmazó hálón vizsgáltuk majd a 3D esetnél ~3 millió használtunk a térbeli diszkretizáció során. A gázturbina légnyelése 0,31 kg/s 30 kW villamos terhelés esetén, így ebből meghatározható volt az előperdítő elemeken és a furatokon át érkező levegő tömegárama. A kísérleteink során a porlasztási segédközeg nyomását mértük a porlasztó előtt, így ezt egy belépő nyomás peremfeltételnek írtuk elő. A kilépés a szabadba történt. A megoldáshoz sűrűség alapú megoldó algoritmust használtunk, először teljes explicit sémát és 0,5-ös Cu számot használva. Utána tértünk át a gyorsabb, implicit megoldóra. Ebben már mi adhatjuk meg az időlépést és a belső iterációk számát is. A levegőt ideális gázként modelleztük. A hálófüggetlenségi vizsgálat a felhasznált modell szempontjából jelentős, viszont a porlasztás és a keveredés modellezése miatt olyan sűrű hálóra van szükségünk, ami bőven teljesíti az y+-al kapcsolatban támasztott követelményeket. A modellt már most több szempontból is tudtuk értékelni, mivel rendelkezésre állt kellő mennyiségű mérési eredmény. Viszont a numerikus szimulációt teljes egészében a lézeres áramlásmérés után fogjuk tudni kiértékelni. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
41.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Koaxiális propfan kísérleti vizsgálata Experimental Investigation of a Contra-Rotating Open-Rotor
Tóth Bence Mihály MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: De Santana Leandro (von Karman Institute for Fluid Dynamics), Dr. Schram Christophe (von Karman Institute for Fluid Dynamics), Horváth Csaba (ARA) Koaxiális propfan esetében komoly problémát jelent a turbulencia és a lapátok egymásra hatása által keltett zaj. A hátsó rotor belépőélére érkező turbulens áramlás magas zajszinteket okozhat. A jelenség akár ezen hajtóművek alkalmazását is lehetetlenné teheti, hiszen a zajszintre vonatkozó előírások egyre szigorúbbak, így egy túlságosan zajos hajtómű nem lehet sikeres a piacon. Az ilyen típusú hajtóművek alkalmazása viszont igen előnyös lenne kiváló hatásfokuk miatt, amely akár 20% üzemanyag-megtakarítást is jelenthet a jelenlegi technológiákhoz képest. Jelen dolgozat témája a módszertan kidolgozása, amely egy koaxiális propfan kísérleti modelljének mérésére szolgál. Ezen mérések célja, hogy információt nyerjünk az ilyen hajtóművekben jelentkező rotorsztátor egymásrahatási zajról illetve az első rotor áramlási nyomának a második rotorra gyakorolt hatásáról. Hogy ez megvalósítható legyen, a mikrofonok számára egy kalibrációs módszert kellett kidolgozni és tesztelni. Számos változó hatását vettem figyelembe, mivel a felszínbe beépített mikrofonok kalibrálására nincs szabványos módszer. Ezután méréseket végeztem, majd következtetéseket vontam le a rendszer aerodinamikai és aeroakusztikai viselkedésére vonatkozóan. Az ingadozó nyomáskomponens rögzítésére elektret mikrofonokat használtam, míg az átlag nyomást megcsapolások segítségével egy Scanivalve nyomáspontosztóval és egy Validyne nyomástávadóval mértem. A zaj mérésére egy Brüel&Kjær mikrofon szolgált. A méréseket számos állásszög mellett és ívhossz pozícióban is elvégeztem. A létrejövő áramlási szerkezeteket is vizsgáltam. A jelen dolgozatban tárgyalt méréseket egy gyakornoki program keretében végeztem a von Kármán Intézetben 2012 júniusa és szeptembere között. Eredményeim hozzájárulnak, hogy az NAA-CROR projekt elérhesse az Európai Bizottság Clean Sky programjában leírt céljait és csökkenhessen a légi közlekedés környezeti terhelése, mind légszennyezés, mind zajterhelés szempontjából.
42.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Darrieus szélturbinák egymásra hatásának vizsgálata Studying the interaction of Darrieus wind turbines
Tomor András BSc III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Szente Viktor (ARA) A manapság még széles körben elterjedt atomenergia és fosszilis energiahordozók használata több olyan problémát is felvet, melyek nincsenek összhangban a fenntartható fejlődéssel. Ezért mindenképpen szükség van rá, hogy a megújuló energiaforrások - így a szélenergia jobban előtérbe kerüljenek. A szélturbinák két nagy csoportját, a vízszintes és a függőleges tengelyű szélturbinákat összehasonlítva azt mondhatjuk, hogy bár önmagában egy mai korszerű vízszintes tengelyű szélturbinával (megfelelő kialakítás esetén) magasabb hatásfok érhető el, mint egy függőleges tengelyűvel, a függőleges tengelyű szélturbinákat egymáshoz meglehetősen közel lehet elhelyezni anélkül, hogy ez jelentős teljesítményromlást eredményezne. Így értelmet nyer a függőleges tengelyű szélturbinák csoportosan történő vizsgálata, hiszen egy függőleges tengelyű szélturbina farm nagyobb teljesítménysűrűségű lehet, mint egy ugyanakkora alapterületen elhelyezkedő vízszintes tengelyű szélturbina farm. Célom többek között az volt, hogy az Áramlástan Tanszék laboratóriumában található nagy vízszintes szélcsatornában méréseket tudjak végezni Darrieus szélturbinákkal, ezek egymásra hatását megvizsgáljam különböző elrendezések esetén. Vizsgálni akartam, hogy két szélturbina egymáshoz képesti elhelyezkedése hogyan befolyásolja azok teljesítményét, valamint több szélturbinát felhasználva különféle elrendezéseket akartam létrehozni, és ezek teljesítménysűrűségét vizsgálni. Természetesen az optimálishoz lehető legközelebbi elrendezés meghatározása volt a cél. Ahhoz, hogy ezeket a méréseket meg tudjam valósítani, terveznem kellett egy Darrieus típusú szélturbinát. A tervezés során figyelembe kellett vennem, hogy (mivel szélcsatornában akartam mérni) megfelelően kisméretű, de mérhető teljesítményt leadó, költséghatékonyan legyártható, sokszorosítható szélturbinára volt szükségem. A tervezés után meg kellett építenem a szélturbinát, majd jött az elengedhetetlen tesztelés és a sokszorosítás. A méréshez szükséges generátorok és egyéb elektronikai eszközök beszerzése után következhetett a mérés. Először egy szélturbina jellemzőit mértem ki, ugyanis az épített szélturbina jellemzőinek ismerete elengedhetetlen volt ahhoz, hogy megállapításokat tehessünk több szélturbina egymásra hatására vonatkozóan. Az egymásra hatás vizsgálatát először két szélturbinával kezdtem, majd a teljesítménysűrűséget több szélturbinából álló elrendezésekre határoztam meg. Végül következett az elkészített szélturbina, mérőrendszer, mérési módszer kritikai elemzése, az ötletek felsorakoztatása a továbbfejlesztési lehetőségekre és az esetleges új kutatási lehetőségek számbavétele hasonló témakörben.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
43.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Légzsilip hőveszteségének statisztikai és szimulációs elemzése Simulation and statistic investigation of an airlock
Stibrányi Márton Miklós BSc IV. évf. Konzulens: Dr. Kristóf Gergely (ARA) A nagy személyforgalmú épületek (bevásárlóközpontok, sportcsarnokok, iskolaépületek) hőveszteség-csökkentésének leggyakoribb módja légzsilip alkalmazása. A légzsilip általában két különböző hőmérsékletű és nyomású teret választ el egymástól két, egymás mögötti ajtó segítségével. Egy ajtó esetén átjáráskor a két térrész között szükségszerűen létrejön áramlás a hőfokkülönbségek miatt, két ajtó egyidejű nyitásakor azonban – ennek kisebb a valószínűsége – a nagy légterek közötti huzathatás következtében a hőforgalom kiugróan intenzív is lehet. Az áramlást több paraméter befolyásolhatja, pl. a légzsilip geometriája, hőmérsékletek, nyomások, az ajtók közötti távolság, a személyforgalom időbeli megoszlása, az ajtók működtető automatika beállításai. A légzsilipek személyforgalmáról és az általa okozott hőveszteségről a mai napig nem, vagy csak kevés adat áll rendelkezésre, és az így létrejövő áramlásról is kevés szakirodalmi adat lelhető fel. Megfelelő elméleti háttér hiányában a légzsilipek optimálása nem lehetséges. Dolgozatomban bemutatok egy légzsilipek termo-hidraulikai vizsgálatára alkalmas módszert. Munkám során egy két ajtóból álló, létező légzsilip vizsgálatát végeztem el. Mértem az ajtónyitások számát és az ajtók nyitvatartási idejét. Szimulációs modellt készítettem a légzsilip hőforgalmának numerikus meghatározására, melyet a kiértékelt ajtónyitási statisztikák alapján futtattam, téli időszakot feltételezve. A szimulációval meghatároztam a légzsilip napi hőveszteségét, emellett az áramlás jellegét is vizsgáltam. Az eredmények fényében a légzsilip hőveszteségének csökkentésére kerestem megoldást, melynek során több paraméter hatását vizsgáltam.
44.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Turbulens áramlások modellezése nagy örvény szimulációval (LES), hálózási módszerek fejlesztése Numerical modeling of turbulent flows using Large Eddy Simulation (LES), development of meshing methods Füle Péter MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Hernádi Zoltán (ARA) Az áramlástani vizsgálatokban a mérések mellett vagy helyett gyakran alkalmaznak számítógépes szimulációkat. A fizikailag jól megalapozott és kísérletileg kellőképpen igazolt számítási módszerek számos előnnyel rendelkeznek, például több vagy részletesebb információt szolgáltatnak az áramlás jellemzőiről, a nehezen hozzáférhető helyeken történő költséges méréseknél gyorsabbak, költséghatékonyabbak, és lehetővé teszik az eszközeink geometriai optimalizálását is – akár anélkül, hogy a bonyolult geometriákat le kellene gyártani. Az áramlástani szimulációk jelentős része véges térfogat módszerrel történik, amelynek során az áramlási teret véges térfogatokra, cellákra bontják. A cellák határait egy térbeli háló jelöli ki, ezért ezekben a módszerekben alapvető fontosságú, hogy miképpen hálózzuk be a vizsgálni kívánt geometriát. A hálózási technika befolyásolja az eredmények minőségét vagy részletességét, illetve a számítási igényt, mely a cellaszám növelésével nagymértékben emelkedik. [1] A hálófelbontásnak a nagy örvény szimuláció (Large Eddy Simulation - LES) esetén kiemelkedő jelentősége van, mivel ez határozza meg, hogy melyek azok a turbulens örvények, amelyeket a háló még képes felbontani, illetve melyekre szükséges további modelleket alkalmazni. [2] A dolgozatban bemutatom, hogy milyen hatással van a szimulációs eredményekre, ha célirányosan történik a háló sűrítése: csak ott, ahol erre valóban szükség van. Csatornaáramlás esetén például a fal közelében várható nagy változás az áramlásirányú sebességben, így itt szükséges a sűrűbb háló használata, míg a csatorna középvonalához közeledve egyre kevésbé változik a sebességprofil, tehát abban a tartományban nagyobb cellák is megfelelőek lehetnek. A szimulációkat az OpenFOAM szoftverrel végeztem, amely tartalmazza a csatornaáramlás nagy örvény szimulációjához (LES) szükséges eszközöket. Ebben a környezetben vizsgáltam, hogy milyen hatással van az eredményekre, ha csak a fal közelében alkalmazunk sűrű hálót és a faltól távol nagyobb cellák alkalmazásával takarékoskodunk a számítógépes erőforrásokkal. A vizsgálatok között bemutatok egy- és kétlépcsős sűrítést is. Az eredmények kiértékeléséhez egy saját fejlesztésű MATLAB kiértékelő kódot alkalmaztam, és az eredményeket egy megbízható közvetlen numerikus szimulációs (Direct Numerical Simulation - DNS) adatbázis eredményeihez hasonlítottam. Azt állapítottam meg, hogy a vizsgált hálósűrítési módszer jó közelítéssel adja vissza a szakirodalmi eredményeket, miközben jelentősen kevesebb erőforrást igényel. [1] Ferziger, J.H.: Computational methods for fluid dynamics, 3. kiadás, Springer, Berlin (2002) [2] Sagaut, P.: Large eddy simulation for incompressible flows, 3. kiadás, Springer, Berlin (2006) Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
45.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Axiális átömlésű ventilátor résveszteségének vizsgálata Study on the leakage loss of an axial flow cooling fan
Budafoki Richárd BSc. III. évf.,Vitai László BSc III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Vad János (ARA) Az axiális átömlésű ventilátorok ipari légtechnikai berendezésekben, rendszerekben széles körű alkalmazást nyernek. A ventilátor-járókerék és az azt környező burkolat közötti résben a nyomott oldalról a szívott oldalra visszaáramlás történik. A résáramlás veszteségeket okoz, továbbá jelentősen befolyásolja a gép zajkibocsátását. Ezért fontos a mérnöki tervezésben a résáramlás hatását vizsgálni, megfelelő modellekkel figyelembe venni. A projekt célkitűzése a résáramlás mértékét leíró elméleti modell létrehozása volt. Az esettanulmány tárgya: villamos motor hűtésére alkalmazott axiális ventilátor, adott geometriával. A járókerék része a lapátokat védő gyűrű. Ennek belépő pereme és a motorblokk perforált légbeszívó burkolata közötti, axiális irányú résben visszaáramlás jelentkezik, melynek térfogatárama függ a résmérettől. Korábbi mérési eredményekből és numerikus áramlástani vizsgálatokból rendelkezésre álltak adatok a ventilátor által szállított hűtő légmennyiségre, a résáramlás mértékére vonatkozóan. Feladatunk volt egy olyan egyszerű elméleti modell kidolgozása, amely mérnökileg megfelelő pontossággal visszaadja a résméret-függő résáramlás térfogatáramát. Az elméleti modell hozzájárul a jövőbeli hűtőventilátor-tervezéshez, a résáramlás hatásának figyelembe vételéhez. A résáramlásokat általánosan leíró hidraulikai modellből indultunk ki, amely a rés belépésénél, a rés fala mentén és a rés kilépésénél fellépő veszteségeket egyaránt figyelembe veszi. E modell célszerű átdolgozásával, kiegészítésével (forgó fal hatásának figyelembe vétele) olyan egyszerű leíró összefüggésekhez jutottunk, amelyek a korábbi tapasztalatokkal jól egyező adatokat szolgáltattak. Dolgozatunkban összefoglaljuk a modell továbbfejlesztésének lehetőségeit is, numerikus áramlástani tanulmányok és mérések révén. 1. - J. Vad - Cs. Horváth …: Redesign of an electric motor cooling fan for reduction of fan noise and absorbed power 2. - J. Vad - Cs. Horváth: Study on the effects of axial clearance size on the operation of an axial flow electric motor cooling fan
46.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Az artériás véráramlás alakulása mozgás közben The blood stream of arteries during movement
Bartos Ambrus BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Halász Gábor (HDR) A projekt célja az volt, hogy az eddig mozdulatlanul fekvő modellhez képest hogyan változik meg a láb vérellátása, ha az egy biciklit hajt. Ennek a modellezésére írtunk Matlab programot. Egyszerűsítésként vér helyett egyszerű Newtoni folyadékot vizsgáltunk, ami minimálisan különbözik a számunkra fontos tulajdonságaiban, az érelágazásokat nem vettük figyelembe, hanem egy hosszú eret vettünk fel a lábban, amiből a vér kiömlését egy fojtással modelleztük, az eret a hossza mentén állandó terheletlen keresztmetszetűnek feltételeztük. A szimulációnál a lábat négycsuklós mechanizmussal modelleztük, amit a két lábszár és a pedál alkot. Ennek minden pontjában kiszámítottuk a sebesség és gyorsulás értékeket, ebből és a gravitációból megkaptuk a térerők értékeit minden pillanatban. Az áramlástani számításoknál a mozgás- és a kontinuitás egyenletből indultunk ki. Az ér modellezéséhez a Streeter-Wylie által kidolgozott anyagmodellt alkalmaztuk, amiben az átmérő változásával a rugalmassági modulus exponenciálisan növekszik, evvel jól közelíti az érfal viselkedését. Az egyenleteket a karakterisztikák módszerével oldottuk meg, ami a véges differenciák módszeréhez hasonló. Felvettük a peremfeltételeket: a bokában lineáris fojtást, aminek értékével a hajszálerekbe elfolyó vért közelítettük, a térdben a két csövet összekapcsoltuk, és a két oldalról érkező különböző karakterisztika-egyenletet oldottuk meg, a csípőben sinusosan váltakozó nyomást tételeztünk fel, mivel a bokába érkező vérmennyiség vizsgálata volt a fő cél. Kezdeti feltételnek a valós nyomásértékeket választottuk álló vér mellett. Az indítási tranziensek megszüntetése miatt a program elején egy két - sinusos felfutás van, ami alatt a paraméterek a kezdetiről a valósra beállnak. Az elkészült program apró időlépésenként halad előre, minden pillanatban minden osztáspontban kiszámítja az aktuális nyomás és sebességértékeket. Mivel a háló minden lépés után torzul, ezért minden alkalommal még újra kellett hálózni a lábat, és a kapott pontokban meghatároztuk az új értékeket. A programot különböző szívfrekvenciák mellett is lefuttattuk. Az ellenőrzéseket elvégeztük. Az eredményeket grafikonokban ábrázoltuk, a következtetést levontuk.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
47.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Új lehetőség az áramlástechnikában New opportunities in flow-technology Lipécz Ádám BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Czmerk András (MOGI) Ötletem lényege, egy olyan speciális rotor kifejlesztése, melynek lapjai mindig „ideális” szögben állnak az áramlás irányához képest, hogy mindig a maximális forgatónyomatékot hozzák létre. Kis módosításokkal sokféle módon, több területen is felhasználható. Mindegyik változatnak a lényege az, hogy egy a szerkezet középén álló fix ponttal 1:2 áttétellel vannak kapcsolva a rotorok, így a rotorlapátok a tengely körüli körülfordulás során fél fordulatot tesznek. Mivel körmozgást végez a rendszer, ezért a fordulatszáma egyszerűen és biztonságosan növelhető, amivel teljesítmény is nő. A rendszernek külön előnye, hogy ha a középső fix pontot elforgatjuk, akkor a rotor hatékony iránya nagyon gyorsan változtatható, így a később bemutatásra kerülő szélerőmű a hatékony irányát gyorsan a szél irányának a hatására, akár magától reagálhat a rendszer. Ugyan ez az előny a repülőnél is megjelenik, ott a hajtóműként felhasznált rotor iránya változtatható pillanatok alatt. A rotor elképzelés lehetőséget adhat a szélenergia hasznosításának egy újabb módszerére. Ebben az elrendezésben a lapátok szélirányba állítását az áttételhez kapcsolódó vezérsík végzi, amely lehetővé teszi a gyors lapátállítást. Ennek a függőeleges tengelyű szélerőműnek számos előnye lehet a jelenleg használatosakkal szemben: • nem szükséges áramlástani profilt kialakítani, a síklapok előállítása egyszerű, és olcsó • a kerületi sebesség nem lehet nagyobb a szélsebességnél, a rendszer nem pöröghet túl • a térségünkben jellemző kis sebességű és változó irányú szelet is jól hasznosítja • a függőleges elrendezésből adódóan az erőátviteli és energiaátalakítási egység a földön elhelyezhető • az átáramló levegő mozgási energiájának nagy részét hasznosítja • az alacsonyabb rotorsebesség miatt halkabb működés • a rotorlapátok nem veszélyeztetik a madarakat A rotor alkalmas lehet fordított működésre is. Ekkor a rotort forgatjuk, és a keletkező erőt hasznosíthatjuk légi, vagy vízi járművek mozgatásához. A rotorrendszer előnye a lécsavarhoz képest, hogy az áramló közeget nem forgatja, az áramlás egyenletes, a tengelyre merőleges, légi járműnél történő alkalmazásnál nem kell a forgató erőt kiegyensúlyozni. További előny a az áramlási irány gyors megváltoztatásának lehetősége a tengelyhez kapcsolódó kerék elfordításával. Ez a lehetőség különösen kedvező lehet hajók hajtásánál, az erő irányát 360 fokban lehet gyorsan változtatni. Ebben az eszközben, a rotorokat páronként egy nagy fordulatszámú szénkefe nélkül működő (brushless, bldc) motor működik. Ez a repülő megoldást jelenthet a sok problémát okozó VTOL, azaz helyből felszállni képes repülőknél, hiszen a napjainkban használt megoldásoknál rengeteg energiát felhasználnak a hajtóművek forgatására. A helyzet működés közben még nehezebb, egy masszívan felerősített és teljes gázzal működő hajtómű elfordítása rengeteg energia, és idő. Megoldásomban a 4 hajtómű tolósugarának az iránya pillanatok alatt elfordítható, így lehetővé téve a gyors irányváltást, manőverezést. A modellem felszállni képes, továbbfejlesztésként az automata stabilizálást, irányítást fogom megoldani. Megítélésem szerint ez a rotorrendszer számos területen alkalmazható, sok esetben jobb megoldást jelenthet, mint a széles körben elterjedt légcsavar.
48.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
BIOMECHATRONIKA Helyszín:
D épület, 401.
Időpont:
2012. november 14. 12.00
Elnök:
Dr. Borbás Lajos, egyetemi docens
Titkár:
Lőrinczi Ottó Botond, doktorandusz
Tag(ok):
Dr. Kiss Rita, egyetemi docens Dr. Aradi Petra, egyetemi docens Dr. Tamás Péter, egyetemi docens
12:00 Ördög Máté Optikai és képfeldolgozási módszerek méhészeti alkalmazásokhoz Konzulensek: Dr. Antal Ákos egyetemi adjunktus Dr. Samu Krisztián, egyetemi docens
12:20 Réz István Speciális algoritmusok fejlesztése színes moire képek feldolgozására Konzulens: Dr. Antal Ákos egyetemi adjunktus 12:40 Kassai Virág, Bencze Kinga Színpreferencia-vizsgálatok Konzulens: Dr. Wenzel Klára,egyetemi magántanár 13:00
Szabó Levente Színinformációval ellátott QR kódok alkalmazása egészségügyi termékek azonosítására Konzulens: Dr. Antal Ákos egyetemi adjunktus
13:20 Ayhan Dániel Optikai gerincferdülés-diagnosztizáló szoftver fejlesztése Konzulensek: Dr. Tamás Péter, egyetemi docens Molnár József, tanszéki mérnök Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
49.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
13:40 Szántó Mátyás QWOP futó robot Konzulens: Valenta László, egyetemi adjunktus
50.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Optikai és képfeldolgozási módszerek méhészeti alkalmazásokhoz Optical and image processing methods, and their applications in beekeeping
Ördög Máté MSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Antal Ákos (MOGI), Dr. Samu Krisztián (MOGI) A méz az emberiség legelső édesítőszere, amely a cukor megjelenésével háttérbe szorult de, a mai napig nagyon fontos élelmiszerünk. Magyarországon 30-40 ezer ember foglalkozik nagyon különböző szinteken méhekkel. Közvetett kapcsolatban azonban mérhetetlenül többen vannak ezzel a kis szárnyas teremtéssel. Mivel Magyarország mérsékelt övi éghajlaton fekszik ezért az éghajlata szempontjából tökéletesen megfelel a méhészkedésre, mezőgazdasági termelésének igen nagy hányadát teszi ki a méhészet; „A magyar méhészet a mezőgazdaság bruttó termelési értékének 1%-át, az állattenyésztés 2,2%-át adja. A méhészeti ágazat jelenleg mintegy 16 000 család megélhetéséhez nyújt kiegészítő vagy fő jövedelemforrást, így közvetve hozzájárul a vidék népességmegtartó képességéhez. A méhészetek létfontosságú szerepet töltenek be az ökológiai egyensúly fenntartásában. Az átlagos méhcsalád-sűrűség Magyarországon 9,8 méhcsalád/km.” [Melléklet a 152/2007. (XII. 22.) FVM rendelethez: A MAGYAR MÉHÉSZETI NEMZETI PROGRAM 2007-2010] Ez felveti azt a problémát, hogy nagyobb méhészetekben bizonyos lépéseket automatizálni és optimalizálni kell. Ezek közül a legkézenfekvőbb lehetőség a méz szüretelésének szaknyelven pergetésének az automatizálása, amely a mézzel teli lépek elszedésével kezdődik. Ezekről a méhész a méheket leűzi. Ezután eltávolítja a mézzel teli sejtek viaszfedelét, hogy a méz azokból kijusson (ez a lépés az ún. fedelezés amelyre irányul a kutatásunk). Az így előkészített lépeket egyszerű szerkezetbe, pergetőbe helyezi amelyben a lépek gyorsan körbe forognak és ennek hatására a mézcseppek kirepülnek. Munkám során célul tűztem ki, hogy az eddig felhalmozott tapasztalatokat egy optomechatronikai képfeldolgozási eszközöket alkalmazó rendszerben implementálom. A feladat megoldása során elméleti modellt alkotok a lépen elhelyezkedő sejtek leírására és ennek segítségével algoritmust javaslok a fedelezési képben lévő információ számítástechnikai feldolgozására. Valóságos tárgyakon optimalizáltam az optikai rendszert és teszteltem a feldolgozó algoritmust. Igazolandó a javasolt módszer életszerűségét és ipari alkalmazhatóságát egy részletekre is kiterjedő megvalósítási kutatást is végeztem. Irodalom: 1. Faluba Zoltán...:Méhek, Méhészkedés Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 152-163 (1983). 2. Dr. Vicze Ernő,.:Az alacsony keretes rakodókaptár Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, (1987). 3. Dr Örösi Pál Zoltán.:Méhek között Börze Kft., Budapest, (1989).
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
51.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Speciális algoritmusok fejlesztése színes moire képek feldolgozására Novel algorithms for color moiré image processing
Réz István BSc IV. évf
[email protected] Konzulens: Dr. Antal Ákos (MOGI) A moiréjelenséget először Lord Rayleigh írta le 1874-ben. Eltérő térfrekvenciájú periodikus struktúrák egymásra hatásának eredménye ez a jelenség, kvázi interferometrikus. A moiréjelenség az alap csíkozatok egymásrahatásának eredményeként megjelenő moirécsíkokat jelenti, ha az alapcsíkozatok közül az egyik a vizsgálandó objektum egy adott állapotával van kapcsolatban, míg a másik egy ettől eltérő állapottal, egy referencia, az eredő csíkozatokból következtethetünk a két állapot közötti eltérésre. Méréstechnikai felhasználása igen széles körű. Először Foucalt alkalmazta lencsék és optikai rendszerek vizsgálatára, amiben rácsokat használt fel. Righi tanulmányozta két rácsozat egymásra hatásából eredő fényeloszlást. Ronchi volt az első, aki a mai méréstechnikában használt elvek szerint pontforrás és a vizsgált felület közé optikai rácsot helyezett. A felületen keletkező csíkozatóból tudott következtetni az optika hibáira. Raman írta le matematikai formába öntve a jelenséget. Ezen elmélet az elmozdulás mérés és a mechanikai feszültség mérés irányába fejlődött tovább Theocaris és Patorski keze nyomán. Ezen technika napjainkban újra egyre jelentősebb kutatások tárgyává vált, mivel mostanra érték el a feldolgozó rendszerek azt a teljesítményt, hogy érdemleges munkát tudjunk végezni. A méréstechnikai előnye abban rejlik, hogy érintésmentes, felületet károsító hatások nélkül tudjuk kivitelezni. A fekete-fehér moiré módszer esetleges hátránya abból ered, hogy a rendek sorrendje nem azonosítható be, míg ez a színek alkalmazásával megoldhatóvá válik. A vetítő egység oldalán egy vörös, zöld és kék csíkokból álló rács, míg az analizátor oldalán egy hagyományos feketefehér rács található, a színes rács egyes komponensei azonos fázisértékkel lépésenként vannak eltolva egymáshoz képestA három kép feldolgozásával előállítható egy 3D felületi modell. Módszerem lényege speciális (fuzzy alapú) döntési algoritmussal valósítom meg a csík lokalizálás és a színsorrend azonosítását – így válik teljessé a felület identifikáció. Fuzzy logika az egzakt és túldefiniáltságból vezet vissza a való világba. Az emberi gondolkozást veszi alapul és önti matematikai formába. Az emberi gondolkozás nem precíz, de mégis megbízhatóan és gyorsan működik. Az ember a pontatlanságokkal, bizonytalanságokkal szemben toleráns és képes döntéseket hozni, ezt modellezve jobb lesz a kapcsolat a valósággal, olcsóbb szerkezetekhez jutunk és egyszerűbbé válik az irányítás, és mégis pontosabban követi az alapjelet nagy túllendülések nélkül. A 3D generáló programok szerves része, és a mintafelismerés elengedhetetlen alapköve. Irodalom: 1. L. A. Zadeh. Fuzzy sets. Information and Controls, 8:338-353, 1965. 2. Retter Gyula (2002). Fuzzy rendszerk. Budapest: INVEST-MARKETING Bt.. p1-195. 3. Antal Ákos and Fekete Róbert Tamás. (2008). Jármű-karosszériaelemek kváziinterferometrikus alakvizsgálata. Járműipari innováció - EJJT. 3-4 (1), p44-47.
52.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Színpreferencia-vizsgálatok Colour preferency
Bencze Kinga BSc, Kassai Virág BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Wenzel Klára (MOGI) Normál színlátó és színtévesztő személyek színpreferenciája A színpreferencia azt mutatja meg, hogy milyen színeket kedvelünk jobban, mint másokat. Vannak színek, amelyeket kellemesnek, másokat pedig kevésbé kellemesnek, vagy éppen kellemetlennek találunk. A színpreferenciának komoly szerepe van az iparban; például autók, bútorok, edények vagy ruhák jobban eladhatók, ha a színük kellemes. Az első színpreferencia-teszteket 1890-ben végezték. Azt találták, hogy a férfiak és a nők, a fiatalok és az öregek, sőt, az egészségesek és a betegek eltérő színeket kedvelnek. Arról azonban nincs még adat, hogy a színtévesztők eltérő színeket kedvelnek-e, mint a normál színlátók. Minthogy a színtévesztés a Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék egyik fontos kutatási területe, elhatároztuk, hogy megvizsgáluk ezt a témát. Színtévesztőkkel és normál színlátókkal végzett kísérleteinkről fogunk beszámolni.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
53.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Színinformációval ellátott QR kódok alkalmazása egészségügyi termékek azonosítására Application of colored QR codes in market of medical equipnemts Szabó Levente BSc V. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Antal Ákos (MOGI) A gyártás, logisztika, adattárolás és még sok területen fontos, hogy minél több információt tudjunk tárolni úgy, hogy az lehető legkönnyebben elérhető legyen. Ezen a téren a vonalkód volt a nagy áttörés, ahol gépekkel olvasható, nyomtatott adatokat használtunk információtárolásra. Ahogy telt az idő, és ahogy bonyolódtak a dolgok egyre nőtt a tárolandó adatok mérete. A több információ jobb, hiszen pontosabb meghatározást, több információt tudunk azonnal megkapni. Erre az igényre válaszként jelentek meg a 2D kódok, - QR, DataMatrix - . Az így tárolt információnak, csak a pixel/ felbontás mérete/ mértéke szab határt. Ha viszont a mátrix elemei szinte pontszerűek akkor a kamerának már nagyon jónak kell lennie, és nem szabad szennyeződésnek se mennie a kódra, mert akkor azonnal olvashatatlanná válik. Innen és a 3D-s televíziótól jött az ötlet, hogy 3D-ben tároljak információt kódokban. Ám a megszokott térbeli kép, ha kinyomtatásra kerül és be akarjuk olvasni, akkor megint nagyon drága készülékeket kellene alkotni, ebből a 3D-s mátrixból ki tudjuk nyerni az adatot. Jelenleg a fekete- fehér szín jelenik meg, mint a számítástechnikában a 0 és az 1 es, vagy van vagy nincs. Mi lenne, ha nem csak 0;1 lenne? Miért ne lehetne 0,1,2,3,4,5,6,7,8... vagy sokkal több lehetőség is egy pontra? Lehet, csak minden értékhez információt kell rendelni. Úgy lehetne elképzelni, mint egy térbeli mátrixot, aminek csak az egyik oldalát látjuk, annak a színét és a színéből tudjuk, hogy mi van mögötte. Pl.: ha a színünk egy 200, 100, 154, akkor tudjuk, hogy ez a gépek nyelvén 0 0 0 1 1 0 1 -et jelent, így egy bit helyén 7 bitnyi információt tárolnánk. Ha hét részre bontjuk szét a 255, 255, 255-ös skálát, akkor ezt 64 részre kell szétszedni a 7 bitnyi adat tároláshoz. Ezt leegyszerűsítve, a jobb szemléltethetőség érdekében, valamint, hogy ne kelljen teljes információtárolási eljárást kialakítanunk. Így nem lesz 7 vagy több réteg egymáson, csak 3, amely megfelel az additív színkeverésnek. Ha RGB-ben 3 DataMátrixot egymásra helyezve, melyek különböző színűek, majd egymás fölé helyezve az egymás alá kerülő színeket additívan keverjük. Így, ha a megfelelő digitális szűrőn keresztül szemléljük a megalkotott kódot, akkor egy olvasható 2D kódot kapok, mind a 3 színhez, függetlenül a keveréstől. 3in1 3D kód. Mivel a kamerák eléggé hasonlónak látják a kéket és a zöldet, ezért a zöld kódot sárgával helyettesítve is elvégzem a méréseket, ezen mérés eredményeiből levonhatjuk a konzekvenciát, hogy melyik a „jobb”. Az RGY -nál nem kell hozzányúlni a fehér színhez, mert az additív keverésnél nem jön ki fehér, ám RGB -nél az adat nélküli helyeket feketére kellett színezni.
54.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Optikai gerincferdülés-diagnosztizáló szoftver fejlesztése Computer Aided Optical Diagnosis of Scoliosis
Ayhan Dániel BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Tamás Péter (MOGI), Molnár József (MOGI) A gerincferdülés mérésére napjainkban is szinte csak a röntgen áll rendelkezésre, amely azonban egészségre káros és költséges is. Ennek a kiváltására a (közel)múltban több próbálkozás is volt például moiré módszerrel, szkennerrel, illetve Egyetemünk MOGI tanszékén kifejlesztett gerincegér segítségével, ám a röntgen pontosságával vetekedő eredményt egyik sem mutatott. A munka célja egy olyan szoftver, amely pusztán a hát geometriája alapján képes meghatározni a gerinc vonalát. A szoftver a geometriai adatokat a Microsoft Kinectből szerzi, amely egy szórakoztatásra tervezett, geometriát infravörös minta vetítésével és mérésével meghatározni képes optikai eszköz. A szoftver bemenete egy mélységtérkép, amely a Kinectből nyert adatokból származik, ezen a program többféle szűrést végez, majd a mélység adatok alapján visszaállított geometriában szimmetriát keres. Jelenleg a szoftver kimenete egy ponthalmaz, amelyre nézve a hát szimmetrikusnak tekinthető bizonyos értelemben. A munkahipotézis az, hogy ez a ponthalmaz adja a gerinc pontjait.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
55.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
QWOP futó robot QWOP running robot
Szántó Mátyás BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Valenta László (MOGI) A TDK munkám célja egy olyan automatikusan működő gép létrehozása és programozása, amely a QWOP című flash játék végigjátszására képes. A megoldást két jól elkülöníthető rendszer segítségével kell megvalósítani: az egyik csak a játékprogram futtatását végzi, míg a másik – a robot – felelős a játék játszásáért, vagyis az tölti be az első gép felhasználójának szerepét. A játék által kitűzött feladat a következő: 100 métert kell megtenni egy futóatlétával, amelynek a mozgatásához mindössze négy gomb használható (Q, W, O, P). Ezek a gombok rendre a bal és a jobb csípőízület valamint a bal és a jobb térdízület mozgatását végzik. A megoldáshoz, vagyis a célvonal eléréséhez elengedhetetlen az emberi test mozgásának és a futás folyamatának tanulmányozása, az eközben fellépő erők és a vázizomzat működésének ismerete. Dolgozatomban bemutatom a sportmozgások anatómiai alapjaival kapcsolatban végzett szakirodalom kutatási munkám eredményét. A megoldás során kiemelem a hasonlóságokat és a különbségeket a játékban alkalmazott szimuláció és a valódi futómozgás között. Ennek ismeretéhez bemutatom az általam végzett kutatómunkát a szakirodalomban rendelkezésre álló emberi test modellek között. Az emberi érzékelés több, mint 80%-a a látáson keresztül valósul meg, így ha a jövőben az emberihez hasonló működésű robotokat akarunk létrehozni, elengedhetetlen a gépi látás használata. Mivel a feladat megoldását úgy képzeltem el, hogy a robot teljes mértékben helyettesítse a játékot játszó embert, ezért az érzékelést számítógépes képfeldolgozás segítségével valósítottam meg. A dolgozatom során ismertetem a feladat elérésére az általam készített megoldásvázlatokat is. Kitérek a futási sebesség optimalizálásához megfelelő kombinációkra. Ismertetem továbbá a végül választott megoldási módszerhez tartozó hardver- és szoftverkövetelményeket, valamint az érzékelés és a működtetés modulját a National Instruments LabVIEW programrendszerén belül. Ezeken kívül bemutatom a futó mozgatásának létrehozására írt – szintén LabVIEW rendszerben készített – programot, mely a szabályozó szakasz szerepét tölti be a robotnál. Végül kitérek a megoldás fejlesztési lehetőségeire valamint az egyéb lehetséges alkalmazási területekre is. Irodalom: 1. Dr. Miltényi Márta: A sportmozgások anatómiai alapjai. SPORT kiadó, Budapest, 1987. 21-28.; 481-506. 2. Ali Asadi Nikooyan & Amir Abbas Zadpoor: Mass-spring-damper modeling of the human body to study running and hopping: an overview. Department of Biomechanical Engineering, Delft University of Technology (TU Delft), Mekelweg 2, Delft 2628 CD, Hollandia.
56.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ENERGETIKA SZEKCIÓ Helyszín:
D218
Időpont:
2012. november 14.
Elnök:
Dr. Gács Iván, egyetemi docens
Titkár:
Molnárné Dőri Zsófia, PhD hallgató
Tag(ok):
Dr. Bereczky Ákos, egyetemi docens Dr. Czél Balázs, egyetemi adjunktus Hárfás Zsolt
9:00 Ónody Attila Hidrogén a jövő üzemanyaga Konzulens: Dr. Penninger Antal, egyetemi tanár
9:20 Bálint Noémi Tüzelőanyag-cella rendszerbe illesztése Konzulens: Dr. Zsebik Albin, egyetemi docens
9:40 Kovács István Soma, Kádár Márton Gábor Hulladékalapú energiagazdálkodás megvalósítása egy kisvárosban Konzulens: Dr. Bihari Péter, egyetemi docens 10:00 Kanyó Róbert Folyóvizekből kinyerhető hőenergia Konzulensek: Kassai Miklós, tanársegéd; Laczus Péter 10:20 Pintácsi Dániel Gáznitridáló kemencék hulladékhő-hasznosításának vizsgálata Konzulensek: Dr. Bihari Péter, egyetemi docens
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
57.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
SZÜNET 11:00 Sipos Ádám Kettős-tüzelőanyagú diesel motor vizsgálata Konzulens(ek): Lukács Kristóf, PhD hallgató 11:20 Ács Gergely Felütköző sugár hőátadási tényezőjének meghatározása neurális hálózattal Konzulens: Dr. Czél Balázs, egyetemi adjunktus 11:40 Józsa Viktor Gőzporlasztású gázturbina égő vizsgálata Konzulensek: Dr. Sztankó Krisztián, egyetemi adjunktus; Kun-Balogh Attila, PhD hallgató 12:00 Szabó Zádor Egy összetett energetikai berendezés statikus modellezése elméleti és empirikus úton Konzulens: Dr.Szentannai Pál, egyetemi docens
58.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Hidrogén a jövő üzemanyaga (Hydrogen - Fuel of the future)
Ónody Attila BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Penninger Antal, egyetemi tanár, Energetikai Gépek és rendszerek Tanszék A fosszilis üzemanyagaink felhasználása során számos olyan égésterméket bocsátunk a légkörbe, amelyek ártalmasak az emberi szervezetre, továbbá felelősek az üvegházhatásért [1]. Jelenleg járműveink több mint 90 %-a hagyományos üzemanyagokkal működnek, ami alatt alapvetően a benzint illetve a gázolajat (diesel olaj) értjük. A technológiai fejlesztésekkel a gyártók évről-évre csökkentik a gépjárművek átlagfogyasztását és káros anyag emisszióját, ez azonban nem jelent igazi megoldást [2]. Hosszú távú céljainkat tekintve ezen üzemanyagok leváltása lehet az egyetlen járható út, ezért fontos megvizsgálnunk, milyen más üzemanyagok lehetnek potenciális helyettesítői eme fosszilis üzemanyagoknak. Ezek között a helyettesítő üzemanyagok közül a hidrogén jó alternatívát jelenthet a környezetbarát fenntartható gazdaság elérésében. Ha kötött vegyület formájában is, de földünk több mint kétharmadát borítja, kis sűrűségű és alacsony gyulladási energiaigényű [3]. Ezen tulajdonságok alátámasztják a hidrogén létjogosultságát a jövő energiapiacán [1]. Azonban a hidrogén adta lehetőségek számos megoldandó kérdés elé állítja a mérnököket, kutatókat. TDK dolgozatomban elsősorban a hidrogén hajtású belsőégésű motorok megvalósíthatóságát fogom górcső alá venni. Tanulmányom első fejezeteiben a hidrogén előállításával és szétosztásával foglalkozom, ugyanis az alternatív üzemanyagok logisztikai infrastruktúrájának megvizsgálása elengedhetetlen a teljes kép kialakításához. Dolgozatom fő részét az üzemanyagcellák, valamint a belső égésű motorokban való hidrogén alkalmazása képzi. Ezen technológiák elméleti ismertetése, gyakorlati kihívásai állnak vizsgálatom középpontjában. Az üzemanyagcellák hatásfoka, szerkezeti kialakítása és gazdaságossága alapján állítok fel prognózist arra, hogy melyik üzemanyagcella alkalmas leginkább a jövő járműveinket meghajtására. A belsőégésű motorban való hidrogén felhasználáshoz a hagyományos belsőégésű motortól való eltéréséket és ezekből fakadó kihívásokat, továbbá a károsanyag-emissziót, hatásfokot, gazdaságosságot fogom ismertetni. A két felhasználási mód ismertetése után, azok összehasonlításával megfogalmazom, hogy milyen infrastruktúrával és milyen módszerrel hasznosíthatjuk a legkedvezőbben a hidrogént üzemanyagként járműveinkben. Irodalom: [1] Aline Léon: Hydrogen Technology [2] Török Ádám: A közlekedési árképzési / díjképzési rendszerek korszerűsítését megalapozó közúti közlekedési implementációs stratégiák kidolgozása [3] Mayer Zoltán: Hidrogén szélenergiával történő előállításának lehetőségei, MET Hidrogén Tagozat
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
59.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Tüzelőanyag-cella rendszerbe illesztése (Integration of a PEM fuel cell into a hotel’s energy system)
Bálint Noémi BSc III. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Zsebik Albin, egyetemi docens, Energetikai Gépek és rendszerek Tanszék Egy létező magyarországi szálloda energiafogyasztás adatainak felhasználásával egy már forgalomban lévő tüzelőanyag-cella kiválasztása és rendszerbe illesztése a dolgozatom célja. Ehhez a megszerzett több évre visszamenőleg beszerzett információkból bázisértékek képzése, valamint az épületegyüttes tartamdiagramjának felvétele szükségeltetik. Ebből számíthatóvá válik a fűtési- és hűtési igény tekintetében a várható energia-felhasználás. Továbbá vizsgálom, hogy egy tüzelőanyag-elemgyártó cég által ajánlott berendezés milyen bemenő paraméterek mellett elégíti ki a rendszerem igényét, illetve a szükséges változtatások esetén további alternatívákat keresek a gazdaságosabb megvalósításra. Számításaim során különös figyelmet fordítok arra, hogy az általam javasolt cella minél nagyobb kihasználási óraszámban tudjon hozzájárulni a villamos-energia, fűtési és HMV igény kielégítéséhez. Továbbá dolgozatom tárgyát képezi a tüzelőanyag-cella beépítéséhez szükséges rendszerbeli átalakítások feltérképezése, így például a kazánnal való soros, illetve párhuzamos kapcsolás lehetőségének bemutatása. Irodalom: [1] Dr. Stróbl Alajos: Hidrogén az energiagazdálkodásban. ELGOSCAR-2000 Környezettechnológiai és Vízgazdálkodási Kft., Budapest, 2007 [2] Wolfner András: Tüzelőanyag-cellák lakások és kórházak áramellátására. Természet Világa, 2007
60.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Hulladékalapú energiagazdálkodás megvalósítása egy kisvárosban (Implementation of waste-based energetics in a small town)
Kovács István Soma BSc I. évf., Kádár Márton GáborBSc I. évf.
[email protected],
[email protected] Konzulens: Dr. Bihari Péter, egyetemi docens, Energetikai Gépek és rendszerek Tanszék Dolgozatunk fő célja egy magyarországi kisváros energiaigényének fedezése a helyben termelt hulladékok, mezőgazdasági melléktermékek minél optimálisabb felhasználásával. Vizsgálatunk kiterjedt arra is, mely alapanyagokat milyen formában illetve módon érdemes hasznosítani, és ennek megvalósításához milyen infrastruktúra szükséges. Az energiatermelő rendszer főbb elemei, azok feladatai, az energia- és gáztermelő folyamatok, valamint az egész projekt környezetvédelmi- és gazdaságossági elemzése is dolgozat tárgya. Egy néhány ezer fős, fiktív város energiaigényének teljes fedezése volt a cél, néhány alapvető infrastrukturális feltétel teljesülése esetén. Első, és legfontosabb, a helyi szennyvíztisztító üzem megléte, mely a helyiek és a vonzáskörzetben élők szennyvízét kezeli, ezzel szolgáltatva az egyik fontos alapanyagot, a szennyvíziszapot. A második, hogy a városban megfelelően szelektív hulladékgyűjtés folyjon, amelyben a lakók is érdekeltek, a különböző hulladékfajták eltérő felhasználását lehetővé téve. Harmadszor, a környék mezőgazdasági termelési mutatói ne legyenek az országos átlag alatt, ezzel biztosítva az energiaigény fedezéséhez hiányzó maradék biomasszát, a környező, művelés alatt álló földekről származó mezőgazdasági melléktermék, illetve faapríték formájában. Számításaink során alapvetően statisztikai adatokból kiindulva határoztuk meg az energiaigény nagyságát, a termelődő hulladék összetételét, és mennyiségét, valamint naponta keletkező szennyvíz, szennyvíz-iszap, továbbá a szántóföldeken keletkező mezőgazdasági melléktermékek éves mennyiségét. A rendszer tervezése során a fel nem használt anyagmennyiség minimalizálására törekedtünk, illetve fontos eleme a dolgozatnak a hulladékfajták optimális felhasználásának elemzése is. A nyersanyagok lehető legjobb felhasználási módjának megtalálása után a termelhető energia összetétele (gáz-elektromos áram) már meghatározott, mennyisége pedig csak a bejövő biomassza mennyiségétől függ. Ennek alapján meghatározható, hogy a rendszer milyen feltételek mellett, milyen mértékben képest teljesíteni a kitűzött célt, és hogy milyen a gazdasági, illetve környezetvédelmi mérlege. Irodalom: [1] Bai A. (szerk): A biogáz, Budapest: Száz magyar falu könyvesháza Kht, 2007. [2] Heinz Schulz – Barbara Eder: Biogázgyártás, Budapest: CSER Kiadó 2005.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
61.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Folyóvizekből kinyerhető hőenergia (Thermal energy gained from the water of rivers)
Kanyó Róbert BSc IV. évf.
[email protected] Konzulensek: Kassai Miklós, tanársegéd, Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Laczus Péter GYŐR-SZOL Zrt. Témámnak a folyóvizekből kinyerhető hőenergia hasznosítását választottam. Célom bemutatni a megújuló energiaforrások hasznosításának lehetőségeit, különösen a vízenergia hasznosításán alapuló hőforrásokat. Számos olyan kérdésre fogok választ adni dolgozatomban, melyek ezen terület vizsgálata során felmerülhetnek. Mi is az a hőszivattyú? Mi az a COP? Milyen esetekben célszerű hőszivattyús rendszereket kiépíteni? Hova érdemes talajszondát, és hova talaj kollektort telepíteni? A hőszivattyús rendszerek az utóbbi időben egyre inkább elterjedtek, bár még így is hatalmas eddig még kihasználatlan energia rejtőzik a földben, illetve folyóvizekben. Célom továbbá a hőszivattyúk részletesebb ismertetése működési elvüket, felhasználási területeiket illetően. A gazdasági oldalról is vizsgálni fogom a hőszivattyús rendszereket. Vajon Magyarország melyik részére lenne gazdaságos ehhez hasonló rendszereket telepíteni, milyen természeti adottságok szükségesek ahhoz (talajviszonyok, fűtési fajták alkalmazása), hogy egy ilyen beruházás reális időn belül megtérüljön. A dolgozatom során egyszerű gazdasági modelleket fogok alkalmazni, amelyek ismertetik az alapvető problémákat a megújuló energiaforrások elterjedésének megakadályozását illetően. A hangsúlyt a nyugat-magyarországi régióra fektetem, a Duna illetve Rába folyók területét fogom vizsgálni. Ismertetek továbbá egy már megépült erőművet, az előírások, biztonsági rendszerek szerint, bemutatom, hogyan lehet a +4 °C vízzel 50-60 °C hőmérsékletű meleg vizet előállítani. Szemléltetem a hőszivattyúban lévő kompresszor működési elvét is, melynek a +4-5 °C fokos vízből kinyert hőenergia az alapja, illetve azt, hogy hogyan valósítható meg hőszivattyúval, akár egy egység villamos energiából 5-6 egység hőenergiát előállítása. A 100%-nál jobb hatásfok nem mond ellent az energiamegmaradás törvényének, mivel a plusz energiát a környezet hője adja. Ilyen optimális paraméterek mellett miért nem használják ezt minden háztartásban? A dolgozat befejezéséül egy összefoglalót mutatnék be arról, hogy milyen megújuló energiaforrást hasznosító gépekkel veszi fel a versenyt a hőszivattyú, illetve, hogy a jövőre nézve milyen feltételeknek kell teljesülnie ahhoz, hogy ne csak a nyugat-európai országokban legyen ennyire elterjedt használatuk.
62.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Gáznitridáló kemencék hulladékhő-hasznosításának vizsgálata (Investigation of a waste heat recovery system based on gas-nitriding furnaces)
Pintácsi Dániel BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Bihari Péter, egyetemi docens, Energetikai Gépek és rendszerek Tanszék, Napjainkban, az energiaárak folyamatos növekedésével, az energiahatékonyság növelő intézkedések egyre fontosabbá válnak az ipar minden terültén. Kiemelten igaz ez a nagy energiafelhasználású, gyártó tevékenységekre. Éppen ezért a gyártó cégek egyre nagyobb figyelmet fordítanak olyan projektek támogatására, szorgalmazására, melyek a gyártó üzem saját energiafelhasználásának csökkentését célozzák. Az energiahatékonyság növelésének egyik lehetséges módja az egyes berendezések hulladék energiáinak felhasználása, és ezzel más energiaforrások kiváltása. TDK dolgozatom keretében egy termelő iparvállalat győri telephelyén üzemelő gáznitridáló kemencék hulladékhőjének hasznosíthatóságát vizsgálom. A vizsgálat során célom megállapítani a hő felhasználásának gazdaságilag és technológiailag optimális módját illetve célját. A dolgozatomban vizsgált felhasználási célok között szerepel a fűtési, illetve használati melegvíz (HMV) rendszer hőigényének csökkentése a füstgázból hőcserélőkkel kinyert hő segítségével, az épületek hűtési energiaigényének csökkentése abszorpciós hűtő alkalmazásával, illetve az üzem villamosenergia-igényének csökkentése ORC (Organic Rankine Cycle) beépítésével. A számításokhoz szükséges adatok, paraméterek helyszíni méréseken (füstgáz hőmérséklet, térfogatáram, összetétel, stb.) valamint a kemencék üzemeltetője illetve gyártója által szolgáltatott adatokon (kemencék menetrendje, műszaki paraméterei, stb.) alapszanak. A vizsgálat célja, hogy megtalálja az adott körülmények között megvalósítható hulladékhő-hasznosítás optimális módját, valamint vizsgálja ennek hatását az üzem összenergia-felhasználásának tekintetében. Irodalom: [1] Bacsó László: Szárítókemencék füstgáz-hőjének hasznosítása hűtésre, KLENEN, 2012 [2] Xuehu Ma, Jiabin Chen, Songping Li, Qingyun Sha, Aiming Liang, Wei Li, Jiayan Zhang, Guojun Zheng, Zhihao Feng: Application of absorption heat transformer to recover waste heat from a synthetic rubber plant, Applied Thermal Engineering 23, 2003 [3] Sylvain Quoilin, Sébastien Declaye, Bertrand F. Tchanche, Vincent Lemort: Thermoeconomic optimization of waste heat recovery Organic Rankine Cycles, Applied Thermal Engineering 31, 2011)
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
63.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Kettős-tüzelőanyagú diesel motor vizsgálata (Investigation on a dual fuel diesel engine)
Sipos Ádám BSc VII. évf. e-mail Konzulens: Lukács Kristóf, PhD hallgató, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék A TDK dolgozat célja egy kettős-tüzelőanyagúvá átalakított három hengeres Iveco AIFO 2,9 literes közvetlen befecskendezésű diesel motornak a vizsgálata. Kettős-tüzelőanyagú üzemben metanolt (CH3OH) fecskendezünk a motor erre a célra átalakított szívócsövébe, a hengerekhez külön álló befecskendezők tartoznak. Az éghető keverék begyújtásának szerepét az égéstérbe fecskendezett másodlagos tüzelőanyag (gázolaj) végzi. Ezen a motoron már régebben etanollal (C2H5OH) végzett mérések során megvizsgálták a rendszer működőképességét és a befecskendező rendszer működését. Az akkori mérések során még egy régebbi fajtájú úgynevezett csoportos befecskendezés volt használatban, ami a motor hengerek előtti szívócsövébe juttatta az etanolt. Ez a megoldás egyszerre jutatta az üzemanyagot a motorba fordulatonként egyszer. Az új szekvenciális rendszer azonban minden második fordulatnál fecskendez, az egyes hengerekhez 240 ft0-kal eltolva, így hozzá lehet igazítani az injektálást az egyes hengerek ciklusához. Képesek vagyunk a befecskendezési szög beállítására a teljes 720 ft0 tartományon, így remélhetőleg javítva a hatásfokot és csökkenti a környezetre káros anyagok kibocsájtását. Vizsgálatunk célja a korábban már etanollal végzett mérések során meghatározott üzemi paraméterek mellett, az új típusú szekvenciális befecskendezés tesztelése a motor üzemi paramétereinek rögzítése, illetve a mérések során a káros anyag kibocsájtások, valamint az égési folyamat vizsgálata. A mérések során kapott adatok feldolgozása és értékelése után a rendszer további finomhangolása, esetleges hibák javítása, fejlesztések végrehajtása. A metanollal történő vizsgálatokra azért van szükség, mert a kereskedelmi forgalomban is kapható üzemanyag, amit ma még főként autóversenyeken illetve repülőgép modellekben használnak, hagyományos járművekben megfelelően dúsított 10-20%-ban metanolt tartalmazó formában találkozhatunk főként természetesen a benzinben. Ebből adódóan tehát ez a mérés megmutatja számunkra a metanol elsődleges üzemanyagként történő használata során kialakuló üzemi körülményeket. Betekintést enged a lejátszódó folyamatokba, segít megfigyelni a környezetre károsan ható tényezőket, illetve új ötleteket adhat a megújuló energiaforrások költséghatékony és környezetkímélő alkalmazására. Ezekkel a témákkal illetve a mért adatok kiértékelésével foglalkozik eme TDK dolgozat. Irodalom: [1] Lukács Kristóf, Dr Bereczky Ákos: Kettős-tüzelőanyagú diesel motor égési folyamatának vizsgálata, víztartalmú etanol tüzelőanyag használatánál [2] http://hu.wikipedia.org/wiki/Metanol
64.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Felütköző sugár hőátadási tényezőjének meghatározása neurális hálózattal (Application of neural networks for heat transfer coefficient retrieval for jet impingement)
Ács Gergely MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Czél Balázs, egyetemi adjunktus, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Felütköző sugarat gyakran alkalmaznak az iparban testek hűtésére vagy fűtésére, mivel a sugár becsapódása a célfelületbe magas hőátadási tényezőt eredményez. A helyi hőátadási tényező meghatározása számos méréstechnikai problémát vet fel, főként, ha tranziens folyamatot vizsgálunk. A hőátadási tényező inverz módszeren alapuló meghatározása a mérést egyszerűsíti, viszont a kiértékeléshez egy bonyolult inverz hővezetési feladatot kell megoldani. Az inverz megközelítés további előnye, hogy nem igényli a probléma áramlástani részének kezelését, a számítás szilárd testen belüli hővezetési modellen alapszik. Dolgozatomban egy körszimmetrikus felütköző sugár hőátadási tényezőjét keresem egy körszimmetrikus próbatest (korong) hátoldalán mért tranziens hőmérséklet-eloszlás alapján. Az inverz feladatot mesterséges neurális hálózattal oldom meg. A mesterséges neurális hálózatok az emberi idegrendszer néhány tulajdonságát modellező algoritmusok, amelyekben egymással összekapcsolt elemi részegységek (neuronok) végzik a számításokat. A neurális hálózatok adatminták alapján képesek függvénykapcsolatot megtanulni, így alkalmazásuk akkor célszerű, ha sok ki- és bemeneti értékpár áll rendelkezésre a köztük fennálló függvénykapcsolat ismerete nélkül (jelen esetben az inverz hővezetési feladatban). A neurális hálózat betanításához szükség van az egyenes feladat megoldására, melyhez véges differencia módszert alkalmazok. A hővezetés egy R sugarú, d vastagságú korongban megy végbe, melynek felső lapját éri a felütköző sugár, amit α1(r) hőátadási tényező, és T∞1 közeghőmérséklet jellemez. A test fennmaradó felületei α2-vel és T∞2-vel leírható hőátadásnak vannak kitéve (nyugvó levegő). Az egyenes feladat tehát egy kétdimenziós geometriára vonatkozó tranziens hővezetési probléma. A peremfeltételeket időben állandósultnak tekintjük. T∞1, T∞2 valamint α2 hely szerint is állandó, míg α1(r) változik a sugár mentén. A véges differencia-módszer eredményeit végeselemes módszerrel validálom. A hálózat bemenetei a hátlap diszkrét pontjain mérhető tranziens hőmérséklet görbék lesznek, kimenete pedig az α1(r) sugár mentén változó hőátadási tényező függvény lesz. A dolgozat célja az α1(r) minél pontosabb meghatározása a hátoldali hőmérsékletmező ismerete alapján. A dolgozat kitér az α1(r) függvény különböző reprezentációinak vizsgálatára is (például Gauss-görbe, polinomiális függvény illetve táblázatos megadás). Irodalom: [1] A. Ryfa, D. Ingham, and R.A. Bialecki: Direct and Inverse Methods for an Air Jet Impingement. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications: An International Journal of Computation and Methodology, 61:7, 547-568, 2012. [2] B. Kröse, P.van der Smagt: An introduction to Neural Networks, University of Amsterdam, 8th edition, 1996 [3] G. Ács, B. Czél: Estimation of the Heat Transfer Coefficient by Neural Network, Proceedings of 10th International Conference on Heat Engines and Environmental Protection, Balatonfüred, Hungary, May 23-25, 2011 Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
65.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Gőzporlasztású gázturbina égő vizsgálata (Analysis of steam-blast gas turbine fuel atomizer)
Józsa Viktor MSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Sztankó Krisztián, egyetemi adjunktus, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Kun-Balogh Attila, PhD hallgató Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Napjaink kapcsolt energiatermelésében egyre inkább a villamos áram előállításának irányába tolódik el az igény. Az általunk végzett kutatás erre épült. Hazai folyadék halmazállapotú megújuló tüzelőanyagok közül a biodiesel és a bioetanol emelkedik ki. Esetünkben utóbbi alkalmazását vizsgáltuk gázturbinás környezetben. Mivel ennek a kizárólagos felhasználása elég költséges lenne, ezért különböző koncentrációjú vizes oldatait is megvizsgáltuk. A turbinából kilépő forró füstgáz hőtartalmával előállított etanol-víz keverék gőze, mint porlasztó segédközeg hatását elemeztük. A módszer segítségével csökkenthető az elsődleges tüzelőanyag, jelen esetben dízelolaj felhasználása. Megújuló energiaforrás alkalmazásával a környezetterhelést csökkenthető és a megtermelt villamos teljesítményre vonatkoztatott hatásfok javulása is kimutatható. A vizsgált lángképek az eredeti levegővel történő porlasztáshoz képest homogénebbek voltak, ami kedvező a turbina élettartamát tekintve az egyenletesebb hőmérséklet eloszlás miatt. A módosított konfigurációt akusztikai és emissziós szempontból is értékeltük. Egy kísérleti próbapad segítségével vizsgáltunk a folyadéküzemű Capstone C330-as típusú gázturbina üzemanyag fúvókáját. Forrcsövek alkalmazásával két lépcsőben gőzölögtettük el az etanol-víz keveréket, amit a fúvókás porlasztó segédközegeként alkalmaztunk. Mivel a megoldás nem a kompresszor kilépésénél uralkodó nyomásra támaszkodik, így szélesebb skálán tudtuk változtatni az üzemi körülményeket. Elemeztük a lángképeket, így meghatároztuk a porlasztást befolyásoló tényezőket és azok hatásait az égés minőségére.
66.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Egy összetett energetikai berendezés statikus modellezése elméleti és empirikus úton (Theoretical and empirical modeling of a complex energetic machine)
Szabó Zádor MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr.Szentannai Pál, egyetemi docens, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Hő- és áramlástani megfontolások alapján elméleti modellt készíteni egy már meglévő, működő rendszerről igen bonyolult, komplex feladat, melyhez elengedhetetlen a berendezés és a benne lejátszódó folyamatok részletes ismerete. Sokszor azonban nem áll rendelkezésre elegendő információ a részfolyamatok pontos leírására. Ilyen esetekben az adott problémát kezelhetjük mintegy fekete doboz modellként, csupán a belépő és a kilépő paraméterekre hagyatkozva, vagy összetett számítási eljárásokkal, elméleti úton meghatározva a részfolyamatok jellemzőit, definiálhatunk egy elméleti átlátszó doboz modellt. Nagyszámú mérési adat birtokában azonban sok esetben kaphatunk kevesebb lépésből álló megoldást neurális hálózattal alkotott empirikus modell segítségével. Előadásomban egy elvételeskondenzációs gőzturbina, és a hozzá kapcsolódó fűtőkondenzátorok statikus modellezésének példáján keresztül szeretném bemutatni a két különböző megközelítés előnyeit, hátrányait. Mindkét esetben ugyanazon turbó gépcsoport villamos teljesítményét vizsgálom a be- és kilépő gőzjellemzők függvényében, külön kiemelve az egyes módszerek alkalmazása során fellépő elhanyagolásokat, hibalehetősége.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
67.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ÉPÜLETGÉPÉSZET SZEKCIÓ Helyszín:
D. 126.
Időpont:
2012. november 14. 9:00
Elnök:
Dr. Barna Lajos egyetemi docens
Titkár:
Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens
Tag(ok):
Dr. Molnár Orsolya egyetemi adjunktus Virág Zoltán ügyvezető igazgató
9:00 Weeber András Tamás Passzívház gépészeti rendszerének értékelése Konzulens: Goda Róbert egyetemi tanársegéd
9:20 Horváth Miklós Épületek szoláris hőnyereségének vizsgálata Konzulensek: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens Talamon Attila egyetemi tanársegéd
9:40 Both Balázs Érintőleges légvezetési rendszerek légsugarainak vizsgálata méréses módszerrel és CFD alkalmazásával Konzulens: Goda Róbert egyetemi tanársegéd SZÜNET 10:20 Czétány László Nyomás változásának vizsgálata befúvásra alkalmazott légcsatornákban Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens 10:40 Sas Anna Távfűtő hálózatok hidraulikai analízise Konzulensek: Dr. Garbai László egyetemi tanár
68.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Jasper Andor PhD hallgató 11:00 Barák Katalin Hőcserélők túlméretezésének hatása a soros használati melegvíz termelő rendszer üzemére Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens 11:20 Jenei Dávid, Bacsi Gábor HMV csúcsfogyasztásának meghatározása hotelnél Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
69.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Passzívház gépészeti rendszerének értékelése The HVAC systems of passive houses Weeber András Tamás BSc IV. évf.
[email protected] Konzulensek: Goda Róbert egyetemi tanársegéd Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Weeber László ügyvezető, Termoház Kft. A dolgozatban Budapest első minősített passzívházát mutatom be részletesen. Ez az építkezési forma nyugat-európai hódítása után egyre népszerűbbé válik hazánkban is. A német szabvány bemutatásán és néhány tévhit eloszlatásán túl arra törekszem, hogy rámutassak, mire kell leginkább figyelemmel lennünk a gyakorlatban a tervezés és kivitelezés során. Ennek megfelelően ismertetem az elengedhetetlenül szükséges PHPP számítás elvégzésének módját és hasznát, valamint a kivitelezés során felmerült kérdéseket boncolgatom. Összehasonlítom a PHPP-t és az alacsony energiás házakra vonatkozó magyar szabványokat. A dolgozat fő témája a ház gépészetének bemutatása. Látni fogjuk, hogy passzívház építésekor nem valami földtől elrugaszkodott, nehezen érhető és bonyolult gépészetet kell kitalálni. Éppen ellenkezőleg, ha passzívházat építünk, akkor jóval egyszerűbben elégíthetjük ki a fennálló fűtési és hűtési igényeket, ugyanis azokat minimálisra csökkentettük. A kétszintes épületben a fűtési és használati meleg vizet talajszondás hőszivattyú állítja elő, a megfelelő hőmérséklet biztosítása mennyezeti fűtés- és hűtéssel történik, az emeleten fancoilok rásegítésével. A viszonylag egyszerű gépészeti rendszer PLC vezérléssel van ellátva, automatizálás és információszerzés érdekében. Bemutatjuk, hogy a PLC vezérelt gépészet hogyan optimalizálja a lakótérben a hőmérsékletet, valamint a szellőztetést a külső légállapot függvényében anélkül, hogy emberi beavatkozásra volna szükség. Ehhez 8 különböző hőmérő adatait használja fel analóg bemeneti jelként, és utasításokat ad a szivattyúknak, a hőszivattyúknak és a rendszer egyéb (pl. biztonsági) elemeinek. Az elméleti működésen túl bemutatjuk a fogyasztásmérőkkel rögzített eredményeket, ugyanis a rendszer naplózza a házban felhasznált energia és víz mennyiségét is. Mindezek azért is hasznosak a tulajdonosnak, mert a ház 11 db kis önálló apartmanra van felosztva, melyekben albérlők laknak, és kiadási szempontból ezek igen fontos információk. A dolgozatban megvizsgálom azt is, hogy a bemutatott házban alkalmazott módszerek és választott berendezéseken kívül milyen lehetőségeink vannak még; melyek azok, amelyek gazdasági szempontból optimálisak és melyek azok, amelyek inkább az új dolgok iránt érdeklődő, vállalkozó kedvű, de anyagi szempontokat kevésbé figyelembe vevő beruházóknak ajánlottak. Megpróbálom elhatárolni egymástól az energiatudatos gondolkodás során a racionális és a már inkább „hobbi” szintű döntéseket. Irodalom: [1] Wolfgang Feist (2007): PHPP (PASSZÍVHÁZ Mérnöki Tanácsadó és Szolgáltató Osztrák-Magyar Kft, Gödöllő) [2] Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terve, 2011. [3] Gyurcsovics Lajos: A napenergia hasznosítása az épületgépészetben, Műszaki könyvkiadó, Budapest 1982 [4] 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet [5] Adolf-W. Sommer: Passzívházak, Passzívházak Mindenkinek, Budapest 2010 [6] Pálinkó Éva – Szabó Márta: Vállalati pénzügyek, TYPOTEX, Budapest 2006 70.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Épületek szoláris hőnyereségének vizsgálata Analysis of buildings solar heat gain Horváth Miklós MSc I. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Talamon Attila egyetemi tanársegéd Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Ma Magyarországon a felhasznált összes energia 40%-át épületekben használják fel, ennek az energiamennyiségnek körülbelül kétharmada fűtésre és hűtésre fordítódik. A hazai épületállomány az EU átlagnál rosszabb állapotban van, ezért is szükséges átalakításuk és korszerűsítésük. Az épületek korszerűsítésével a fűtési igény csökken, így egyre nagyobb szerepet kap fűtési idényben az aktív és passzív napenergia hasznosítás. Az energiafelhasználás csökkentéséhez fontos tényező továbbá az épületek hűtési igényének csökkentése, melyre jó lehetőség a nyári szoláris hőterhelés minimalizálása. A tervezéshez szükséges a szoláris energiaáram közelítő becslése, azonban ennek meghatározása csak közelítő számítások állnak rendelkezésre. A napsugárzási intenzitás tervezési, méretezési értéke Magyarországon statikus módon és 45°-os intervallumokkal veszik figyelembe. Ez a statikus tervezési módszer nem elégséges a kis energiafelhasználású, és közel nulla energiaigényű épületek tervezésénél, hiszen megnő a nyereségáramok jelentősége a hőburok hőellenállásának növekedésével. Mindenképpen dinamikusabb, részletesebb számítási módszerre van szükség. A dolgozatban nappálya modell megalkotásával és a sugárzási teljesítmények közelítő becslésével meghatározható a szoláris nyereség tervezési értéke. Ezen értékek felhasználásával lehetőség nyílik az épületek szoláris nyereségének pontos meghatározására. Alacsony, vagy közel nulla energiafelhasználású épületek esetében feltétlenül maximalizálnunk kell a téli hőnyereséget, miközben valamilyen megoldással csökkenteni kell a nyári hőterhelést. A dolgozatban különböző tájolású és dőlésszögű üvegfelületek esetén meghatározásra kerül a szoláris nyereség értéke, illetve az energiahozam nyáron és télen. Ezen értékek ismeretében egy adott tér szoláris nyeresége jó közelítéssel becsülhető, így alacsony, vagy közel nulla energiafelhasználású épületek esetén a szoláris energiahozam már a tervezésnél figyelembe vehető. A dolgozatban a nyereség meghatározásánál az üvegezés hőfizikai tulajdonságai is szerepet kaptak, így különböző üvegszerkezetek esetén is meghatározható egy adott tájolású és dőlésszögű üvegfelületen a beáramló hő mennyisége. Irodalom: [1] Naplopó Kft.: Napenergia-hasznosítás tervezési segédlet. Budapest, 2008. [2] Horváth Miklós: Szakdolgozat: Irodaépület egyik szintjének gépészeti tervezése és energetikai értékelése. Budapest, 2012. [3] http://www.pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/air-mass [4] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148109004443 [5] http://www.volker-quaschning.de/downloads/ISES1995.pdf [6] MSZ-04-140-2:1991; -3:1987; -4:1978 szabvány [7] http://www.met.hu/eghajlat/eghajlati_adatsorok/bp/Navig/Index2.htm
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
71.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Érintőleges légvezetési rendszerek légsugarainak vizsgálata méréses módszerrel és CFD alkalmazásával Both Balázs MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Goda Róbert egyetemi tanársegéd Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Az érintőleges légvezetési rendszerek (LVR-k) széleskörű alkalmazása nemcsak az épületgépészetben, hanem az élelmiszeriparban is jellemző. Általánosságban elmondható, hogy a gazdaságos, komfortos és hatékony szellőzés biztosítása érdekében minden LVR-nél lényeges ismernünk a belépő levegőre jellemző sebesség- és hőmérsékletmezőt. A résbefúvó anemosztátból kilépő légsugarakat egy meghatározott felülettel érintkeztetik, melynek révén jelentkezik a Coanda-effektus, így javul a szellőzés hatásossága. A fentiek miatt definiálható egy „tapadási pont”, ahol egy átmeneti tartományt követően érvényesül a Coanda-effektus, így a belépő légsugár feltapad a felületre, majd azon „kúszva” halad tovább, növelve ezzel a szellőzés hatásosságát. Ennek megfelelően lényeges ismernünk a tapadási pont helyzetét és annak változását a szellőzési paraméterek függvényében. Az érintőleges LVR-k vizsgálatával a hazai- és külföldi szakirodalom évtizedek óta foglalkozik. Lényeges tudni azonban, hogy az ezekben rögzített törvényszerűségek többnyire általános, egyik oldalról sem határolt sugarakra érvényesek. Az épületgépészet komplexitása ugyanakkor megköveteli a rendszerszemléletű vizsgálatot, így lényeges szempont, hogy az érintőleges LVR-ket az üzemeltetési és telepítési viszonyok mellett vizsgáljuk. Tavalyi dolgozatunkban a BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszékének Légtechnika Laboratóriumában egy résbefúvó anemosztáttal ellátott helyiség áramlási viszonyait vizsgáltuk. A laborban kialakított és a gépészeti gyakorlatban preferált, függőleges befúvás – függőleges elszívás konfigurációhoz jelenleg igen kevés a referált szakirodalom, így a probléma megoldására első körben a méréses vizsgálati módszert alkalmaztuk. A befúvási térfogatáram csökkentésével különböző mérési sorozatokban bemutattuk a tapadási pont helyzetének változását három beállításban: izotermikus-, ferdeszögű izotermikus- és hűtött befúvás. A sebességmező mérése alapján vizsgáltuk a falon kúszó levegőréteg vastagságát, és bemutattuk a helyiség határoló szerkezetének a belépő légsugárra gyakorolt hatását. Láttuk, hogy a tapadási pont változásának pontosabb leírásához további mérési sorozatok felvétele szükséges. Célnak tűztük ki továbbá a mérési eredmények CFD-vel történő összehasonlítását. Idei dolgozatunkban a mérőrendszer átalakításával és további mérési sorozatok felvételével kívántuk pontosítani a tapadási pont változását leíró függvényt. Bemutatjuk, hogy a hűtött levegő befúvása hogyan módosíthatja a belépő légsugár viselkedését. További vizsgálati célnak tűztük ki a belső fajlagos hőterhelés belépő légsugárra gyakorolt hatásának vizsgálatát. A mérési eredményeinkkel validáljuk a numerikus modellt, majd kvalitatív módon szemléltetjük a helyiségben kialakuló szellőzési viszonyokat. Irodalom: [1] Both Balázs, Goda Róbert: Résbefúvó anemosztátok méréses vizsgálata érintőleges légvezetési rendszer alkalmazása esetén. Magyar Épületgépészet, LX. évfolyam, 2011/11. szám.Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terve, 2011. [2] Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai, 4. kiadás. Budapest, Lajos Tamás, 2008. [3] J. Moureh, D. Flick: Airflow characteristics within a slot-ventilated enclosure. International Journal of Heat and Fluid Flow 26 (2005) 12–24.
72.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Nyomás változásának vizsgálata befúvásra alkalmazott légcsatornákban Research of pressure changing in supply air ducts Czétány László MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék A légcsatorna hálózatokat általában a maximális áramlási sebesség kritériuma alapján méretezik. Természetesen ezen kívül más lehetőségek is elképzelhetőek, például lehetséges a fajlagos nyomásesés maximális értéke alapján vagy statikus nyomás visszanyerésre is méretezni. A leggyakrabban alkalmazott sebességkritérium, de akár a fajlagos nyomásesés maximális értéke alapján elvégzett méretezés esetében is szükséges az adott vezetékre csatlakozó levegő kibocsátó vagy beszívó elemek hidraulikai beszabályozása. Ha a befúvó vezetéken a dinamikus nyomás visszanyerésével sikerülne állandó statikus nyomást megvalósítanunk, a beszabályozás és szerelvényei feleslegessé válnának, és az egyes anemosztátok egyező térfogatáramot bocsátanának ki. Ez lényegében állandó statikus nyomásra történő méretezéssel valósítható meg, mely azonban bonyolultabb az előbbiekben említett módszereknél. Egyes esetekben nem is alkalmazható, például ha a befúvó maga a légcsatorna, vagy mert befúvó szerkezetek (pl. sugárfúvókák) csatlakoznak hozzá közvetlenül, vagy mert anyaga áteresztő. (pl. textil légcsatorna). Vizsgálatom célja a vezeték mentén az átmérő olyan függvény szerinti meghatározása, amivel statikus nyomás olyan értéken tartható, hogy a levegő kibocsátása minden keresztmetszetben állandó legyen. A problémát egydimenziós áramlásként kezeltem, a veszteséges Bernoulliegyenletből kiindulva. Ez az elhanyagolás bizonyos esetekben megengedhető; más esetekben még vizsgálandó mértékű hibát eredményez. A feladat még ebben az esetben is csak numerikus módszer alkalmazásával oldható meg. A kérdés vizsgálatára dimenziótlan csoportokat vezettem be. Ennek segítségével sikerült bizonyos esetekre meghatároznom az átmérők hossz menti változását. A megoldás egyik érdekes eredménye, hogy bizonyos feltételek esetén a légcsatorna átmérőfüggvénye csak elhanyagolható mértékben függ a térfogatáramtól, így adott geometriai kialakítással változó térfogatáramú üzemeltetés is megvalósítható. Irodalom: [1] [2] [3] [4]
[5] [6]
Dr. Garbai László: Hidraulikai számítások az épületgépészetben és az energetikában. Akadémiai Kiadó, 2007, Sandeep K. Karode: Laminar flow in channels with porous walls.(revisited) Journal of Membrane Science, Volume 191., pp. 237-241, 2001 Manoucher Heidarpour: Turbulent flow in porous tube with wall suction. Dissertation, Department of Civil Engineering, University of Ottawa, Ottawa, Canada, 1997 Ing. Martin Pospíšil: Ducts for uniform air distribution – textile diffusers. Proceedings of the conference “Student’s conference” at Faculty of Mechanical Engineering, CTU in Prague, 28th of Marc, 2012, http://stc.fs.cvut.cz/pdf12/2534.pdf http://math.fullerton.edu/mathews/n2003/AdamsBashforthMod.html KE Fibertec: Material datasheets. http://www.kefibertec.com
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
73.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Távfűtő hálózatok hidraulikai analízise Hydraulical analysis of district heating systems Sas Anna MSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Garbai László egyetemi tanár Jasper Andor PhD hallgató Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
TDK dolgozatomban a távfűtő hálózatok hidraulikai analíziseinek főbb kérdéseivel foglalkozom, állandósult áramlás esetén. Napjaink városaiban egyre elterjedtebb a távfűtés, melynek üzemeltetése komoly elméleti és gyakorlati problémákra mutathat. Ez különösen igaz akkor, ha minimális a beruházási és az üzemeltetési költség, valamint a hálózat hurkolt kialakítású. Mindenképpen egy lehető legalacsonyabb költségű hálózat előállítására kell törekedni a kívánt üzemmódok és áramképek beállítása mellett. Egy hurkolt hálózat analízise szükségessé válhat egy hálózati fejlesztést megelőzően, amikor megvizsgálják, hogy az új fogyasztó csatlakoztatása milyen változtatásokat eredményez; vagy vezeték csere, bővítés esetén. A dolgozatban áttekintem az alap- és az inverz feladat megoldására kidolgozott módszereket, gyakorlati példákat mutatok be, és tovább fejlesztem az ismert módszereket. Elemzem a módszerek hatékonyságát és a példák alapján a gyakorlat számára is alkalmazható következtetéseket vonok le a rendszerek beszabályozásának feladataira, és a változó tömegáramú keringetés szabályozására vonatkozóan. Irodalom: [1] Dr Garbai László, Hidraulikai számítások az épületgépészetben és az energetikában, Akadémiai kiadó, Budapest, 2007 [2] Csőhálózatok hidraulikája című tárgy előadás anyaga (Dr. Garbai László & Dr. Halász Gábor)
74.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Hőcserélők túlméretezésének hatása a soros használati melegvíz termelő rendszer üzemére Effect of oversizing of heat exchanger’s for DHW systems Barák Katalin BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
A használati melegvíz (HMV) igények alakulása már kisebb lakások, családi házak esetén is nagy időbeli ingadozást mutat. Tekintettel a felhasználás bizonytalanságára és a véletlen tényezőkre, több okból kifolyólag is célszerűbb az átfolyós helyett valamilyen tárolós rendszer alkalmazása (ebben az esetben nem feltétlenül azonos időben történik a melegvíz termelés és a fogyasztás). Az átfolyós rendszereket csúcsigényre méretezzük, ami általában csak rövid ideig áll fenn, így a berendezések kapacitása nagyrészt kihasználatlan. A másik probléma ezzel a megoldással, hogy a gyorsan változó igényeket a szabályozással viszonylag nehéz követni, emiatt nagy lesz az előállított HMV hőmérsékletingadozása. Ezen problémákra megoldást jelenthet a hőtermelővel HMV oldalon sorbakapcsolt táróló. Tárolós rendszerek esetén a fogyasztók által igényelt teljes térfogatáram áthalad a hőtermelőn, csúcsfogyasztás esetén viszont a hőtermelő már nem tudja teljes egészében kielégíteni a fogyasztók igényeit, így megkezdődik a tároló kisütése, majd csúcsidőn kívül a regenerálódása. A HMV rendszerek méretezése igen összetett feladat, mivel nagy a fogyasztók igényének időbeli ingadozása. A fogyasztás alakulását leíró összefüggések, valamint a csúcsidőtartam meghatározása, a hőcserélő és a tároló méretének megállapítása… stb., amelyekre nincs egzakt megoldás, rengeteg bizonytalanságot rejtenek magukban. Dolgozatom egy részében a túlméretezett hőcserélők hatását vizsgálom a soros használati melegvíz termelő rendszer üzemére. A kazán által termelt fűtővíz a hőcserélőben melegíti fel a használati hidegvizet. A rendszerbe épített hőcserélők élettartama jelentősen függ a rendszer üzemeltetési körülményeitől. A helytelen felhasználás következtében a hőcserélőben felhalmozódó szennyezőanyagok, korróziós termékek vagy vízkő teljesítmény-csökkenést és zajproblémákat okozhatnak. Így a berendezés teljesítménye jelentősen romolhat, de a fokozott hőterhelés meghibásodáshoz, majd kilyukadáshoz is vezethet, ezért fontos hogy csak a megfelelő körülmények között működtessük. Irodalom: [1] Szánthó Z.: Párhuzamosan kapcsolt használati melegvíz tárolók alkalmazása; Magyar Épületgépészet XIXI. 2012. 7-8, p.3-9. [2] Zachár András - Farkas Imre - Szlivka F.: Numerical analisys of the impact of plates for the thermal stratification inside a storage tank with upper and lower inlet flows, Solar energy, p287-302
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
75.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
HMV csúcsfogyasztásának meghatározása hotelnél Determining of the peak load of DHW consumption in hotels Jenei Dávid BSc IV. évf.
[email protected] Bacsi Gábor BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
Dolgozatunk témája egy szálloda használati melegvíz(HMV) fogyasztás csúcsigényének meghatározása. A dolgozat tartalmazza a a mért eredményeket, illetve azok kiértékelését egy matematikai, valószínűségelméleti modell segítségével melynek eredményeképp eljutunk a csúcsfogyaszátához. A használati melegvíz termelő berendezések - műszaki és gazdaságossági szempontból egyaránt - megfelelő kiválasztásához elengedhetetlen a csúcsfogyasztások jó pontossággal történő becslése. Irodalom: [1] Szantho Z. – Némethi B. Measurement Study on Demand of Domestic Hot Water in Residential Buildings - Proceedings of the 2nd IASME/WSEAS International Conference on Energy & Environment, p68-73. [2] Garbai L. – Némethi B.: Egy sztochasztikus iskola körvonalai az épületgépészetben; Magyar Épületgépészet XLIX. 2000/4. p3-5. [3] Garbai L. – Jasper A. : A külső hőmérséklet tartamdiagramjának leírása; Magyar Épületgépészet LXI. 2012/10. p3-7.
76.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
GÉPÉSZETI ELJÁRÁSTECHNIKA SZEKCIÓ Helyszín:
D.101.
Időpont:
2012. november 14.
Elnök:
Dr. Láng Péter egyetemi tanár
Titkár:
Hégely László,tudományos segédmunkatárs
Tagok:
Dr. Nagy András egyetemi docens Dr. Herczeg Levente egyetemi adjunktus
9:00 Balázs János Ultraszűrő állomás üzembe helyezése és vizsgálata Konzulensek: Bothné Dr. Fehér Kinga egyetemi adjunktus Poós Tibor tudományos segédmunkatárs 9:20 Erdős Máté A szén-dioxid kibocsátás csökkentése vizes ammónia oldatban történő elnyeletéssel Konzulensek: Dr. Láng Péter egyetemi tanár Hégely László tudományos segédmunkatárs
9:40 Szabó Viktor Fluidizációs szárító berendezés tervezése és vizsgálata Konzulensek: Dr. Örvös Mária egyetemi docens Poós Tibor tudományos segédmunkatárs 10:00 Bata Henrik Alacsony hőmérsékletű áramok energetikai hasznosításának lehetőségei az olajiparban Konzulens: Dr. Láng Péter egyetemi tanár
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
77.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
SZÜNET 10:40 Varga Júlia, Szabó Viktor Párolgási sebesség mérése és számítással történő meghatározása Konzulensek: Dr. Örvös Mária egyetemi docens Poós Tibor tudományos segédmunkatárs 11:00 Nagy Dávid Aminos CO2 elnyelető rendszer optimalizálása genetikus algoritmussal Konzulensek: Dr. Láng Péter egyetemi tanár Hégely László tudományos segédmunkatárs 11:20 Nagy Bálint Szakaszos szűrőállomás és szelepkarakterisztika-mérőkör tervezése és vizsgálata Konzulensek: Dr. Balázs Tibor egyetemi docens Poós Tibor tudományos segédmunkatárs
78.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Ultraszűrő állomás üzembe helyezése és vizsgálata Installation and examination of ultrafilter station
Szerző: Balázs János (MSc képzés, gépészmérnöki szak).
[email protected]
Konzulensek: Bothné dr. Fehér Kinga egyetemi adjunktus Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Poós Tibor tudományos segédmunkatárs Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
Tudományos diákköri témám az áramló folyadékok szűrésére alkalmas berendezés, egy ultraszűrő membránállomás üzembe helyezése, kezelési utasítás készítése és mérési segédlet összeállítása. Az ultraszűrés egy nyomáskülönbségen alapuló membránszeparációs művelet, mely során egy féligáteresztő membránon, az alkalmazott nyomáskülönbség függvényében a kezelendő, áramló folyadékból szennyező komponenseket lehet kiszűrni. Az ultraszűrés alkalmazási területe rendkívül sokrétű, szinte mindenhol alkalmazható, ahol kis molekulatömegű komponenseket kell elválasztani nagy molekulatömegű komponensektől. Ebből adódóan alkalmazható az élelmiszeripar, a gyógyszeripar, a textilipar, a vegyipar, a papíripar, a bőripar területén is. Hagyományosan vizes oldatok kezelésére használják, azonban ma már elterjedt a nem vizes oldatok kezelése is. Vizsgáltam az Épületgépészeti és Eljárástechnika Tanszék laborjában levő ultraszűrő állomásban rejlő lehetőségeket. Kiindulási anyagot javasoltam, amivel a hallgatói laboratóriumi mérések elvégezhetőek. A feladat keretein belül egy mérési segédletet is készítettem, mely alapján a későbbiekben hallgatói mérések is végezhetőek. A mérést követően a hallgatók elmélyíthetik a korábban megszerzett tudásukat, és a gyakorlatban értékes tapasztalatokra tehetnek szert. Irodalom: [1] Fonyó Zs. – Fábry Gy.: Vegyipari művelettani alapismeretek, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2004. [2] Perry R.H: Chemical Engineers’ Handbook, McGraw Hill, 8th ed. 2008. [3] Parti Mihály: Membrántechnika alapjai, egyetemi előadás jegyzet
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
79.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A szén-dioxid kibocsátás csökkentése vizes ammónia oldatban történő elnyeletéssel Reduction of carbon dioxide emission by absorption by aqueous ammonia
Szerző: Erdős Máté (BSc képzés, gépészmérnöki szak)
[email protected] Konzulensek: Dr. Láng Péter egyetemi tanár Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Hégely László tudományos segédmunkatárs Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék A szén-dioxid kibocsátás csökkentése vizes ammónia oldatban történő elnyeletéssel Készítette: Erdős Máté Témavezető: Dr. Láng Péter egyetemi tanár Konzulens: Hégely László doktorandusz BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Napjainkban a növekvő energiaigény miatt a fosszilis energiahordozók tüzeléséből származó szén-dioxid mennyiség jelentősen megnövekedett a légkörben. A troposzférában felhalmozódó gáz elnyeli a földről visszaverődő nagy hullámhosszú sugárzást, ezáltal növelve a Föld átlaghőmérsékletét. Ez a mesterségesen előidézett folyamat klímaváltozáshoz vezethet, amely kártékony hatással van az egész élővilágra. A szén-dioxid kibocsátás csökkentésének problémája korunk egy égető kérdésévé nőtte ki magát. A problémára számos megoldási módszer született. Eddig a legszélesebb körben vizsgált módszer a kémiai abszorpcióval történő elnyeletés. A kémiai abszorpció lényege, hogy egy oldat (abszorbens) segítségével elnyeletjük a szén-dioxidot, majd később a sztrippelés folyamán a folyadék hőmérsékletének emelésével kihajtjuk a gázt az oldatból. Az abszorbensek közül a legelterjedtebbek a vizes amin oldatok. Ezek alkalmazásának legnagyobb hátránya, hogy a sztrippelés energiaigénye magas. A másik, manapság egyre több helyen alkalmazott abszorbens a vizes ammónia oldat [1].Ennek az eljárásnak a várható előnye, hogy a sztrippelés energiaigénye kisebb az aminos oldatokéhoz képest. A vizes ammóniás oldattal történő szén-dioxid abszorpció modellezésére a ChemCAD professzionális folyamatszimulátort használtam. A fázisegyensúlyok leírására az elektrolit NRTL modellt alkalmaztam. A töltött oszlopok működésének leírására az elméleti tányér modell szolgált. A modell validálásához egy meglévő üzem adatait vettem alapul [2]. Az ausztráliai kísérleti üzem egy feketeszén tüzelésű erőműből kilépő füstgáz szén-dioxid tartalmát csökkenti ammóniás abszorpcióval. A számítással kapott adatok jó egyezést mutattak a kísérleti üzeméivel. Megvizsgáltam, hogy a különböző műveleti paraméterek (pl.: hőmérséklet, nyomás) változtatása hogyan befolyásolja az üzem energiaigényét. Az aminos módszerhez képest az ammóniával történő abszorpciós folyamat energiaigénye kisebbnek adódott. Ugyanakkor az utóbbinak jelentős hűtőenergiaigénye is van, és problémát okozhat a tornyokban a szilárd anyag kiválása is. Irodalom: [1] Mathias Paul M., Satish Reddy and John P. O’Connell, International Journal of Greenhouse Gas Control4 174–179(2010) [2] Yu Hai, Scott Morgan, Andrew Allport, Aaron Cottrell, Thong Do, James McGregor,Leigh Wardhaugh, Paul ChemicalEngineering Research and Design89 1204– 1215(2011)
80.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Fluidizációs szárító berendezés tervezése és vizsgálata Design and investigation of a fluid bed dryer
Szerző: Szabó Viktor (MSc képzés, gépészmérnöki szak)
[email protected] Konzulensek: Dr. Örvös Mária egyetemi docens Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Poós Tibor tudományos segédmunkatárs Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék A tudományos diákköri munka és az egyetemen eltöltött szakmai gyakorlat keretében egy fluidizációs szárító berendezést terveztem. A mérőállomás az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék részére készült, többek között hallgatói mérésekhez történő felhasználásra. A mérőállomás adott nedvességtartalmú szemes termékek szárítására alkalmas. A mérőberendezés tervezésében és beüzemelésében is részt vettem. A készülék tartalmaz egy nedves anyag betápláló tartályt, ahonnan szállítócsiga segítségével a szárítandó anyag a fluidizációs szárítóba kerül. A szárításhoz szükséges levegőt egy oldalcsatornás fúvó biztosítja, és egy fűtőegység melegíti fel a kívánt hőmérsékletre. A száradási idő eltelte után a légáramlat magával ragadja a szemcséket, amik egy ciklonban leválasztásra kerülnek. A ciklonból a száraz anyag gravitációs erő hatására egy cellás adagolóba kerül, onnan pedig egy gyűjtőedénybe, ahonnan a már száraz termék eltávolítható. Az áramló levegő a ciklonból a laboratórium légelvezető csatornájába jut el. A feladatom során bemutatom a tervezés lépéseit és a berendezés konstrukciós kialakítását. Dolgozatomban kitérek a méretezést megelőző vizsgálatokra. A Tanszék laboratóriumában egy szélosztályozó berendezéssel előzetesen megvizsgáltam, hogy a levegő térfogatáramának változtatásával milyen nagyságú szemek kerülnek fluidizált állapotba. Ahhoz, hogy a mérés a laborgyakorlatra szánt időkereten belül elvégezhető legyen, előzetes becslésekből, és más vizsgálatokból származó mérési adatok felhasználásával méreteztem a készülék egyes alkatrészeit. A tervezés során nagy hangsúlyt fordítottam a berendezés elhelyezésére szánt terület maximális kihasználására. Továbbá ismertetettem a beüzemelt berendezésen a mérés folyamatát, amihez két hallgatói mérési segédletet készítettem. Az egyik a szárítás folyamatát a másik a szemcse-szárítógáz szétválasztását ismerteti. A segédletek tartalmaznak egy elméleti bevezetőt, a mérőberendezés műszerezett folyamatábráját és leírását, valamint a mért adatok kiértékelésének menetét. A TDK feladatom során elsajátítottam egy hallgatói mérésekhez szánt új mérőberendezés tervezésének lépéseit, a hozzátartozó mérési segédletek elkészítésének menetét, valamint egy számomra új 3D-s tervező program használatát. A készülékkel a hallgatók egy olyan szárítási eljárást tapasztalhatnak meg laboratóriumi mérés keretében, amit az élelmiszer- és vegyiparban számos területen alkalmaznak. Irodalom: [1] Dr. Örvös Mária: Diffúziós eljárások és berendezések, 1.rész (Szárítás) Budapest, 2006. [2] Dr. Házkötő István: Műszaki 2D-s Ábrázolás, Műegyetemi Kiadó, 2008 [3] Dr. Váradi Sándor: Ciklon és fluidizáció mérési segédlet, 2003. [4] Csirmaz Antal: Vegyipari műveleti gyakorlatok, II/14. évfolyam, Budapest, 2009.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
81.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Alacsony hőmérsékletű áramok energetikai hasznosításának lehetőségei az olajiparban Energy recovery from low-temperature streams in oil industry
Szerző: Bata Henrik (BSc képzés, vegyészmérnöki szak)
[email protected] Konzulensek: Dr. Láng Péter egyetemi tanár Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Groniewsky Axel tanársegéd Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék A szén-dioxid kibocsátás csökkentése vizes ammónia oldatban történő elnyeletéssel Készítette: Erdős Máté Témavezető: Dr. Láng Péter egyetemi tanár Konzulens: Hégely László doktorandusz BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Napjainkban a növekvő energiaigény miatt a fosszilis energiahordozók tüzeléséből származó szén-dioxid mennyiség jelentősen megnövekedett a légkörben. A troposzférában felhalmozódó gáz elnyeli a földről visszaverődő nagy hullámhosszú sugárzást, ezáltal növelve a Föld átlaghőmérsékletét. Ez a mesterségesen előidézett folyamat klímaváltozáshoz vezethet, amely kártékony hatással van az egész élővilágra. A szén-dioxid kibocsátás csökkentésének problémája korunk egy égető kérdésévé nőtte ki magát. A problémára számos megoldási módszer született. Eddig a legszélesebb körben vizsgált módszer a kémiai abszorpcióval történő elnyeletés. A kémiai abszorpció lényege, hogy egy oldat (abszorbens) segítségével elnyeletjük a szén-dioxidot, majd később a sztrippelés folyamán a folyadék hőmérsékletének emelésével kihajtjuk a gázt az oldatból. Az abszorbensek közül a legelterjedtebbek a vizes amin oldatok. Ezek alkalmazásának legnagyobb hátránya, hogy a sztrippelés energiaigénye magas. A másik, manapság egyre több helyen alkalmazott abszorbens a vizes ammónia oldat [1].Ennek az eljárásnak a várható előnye, hogy a sztrippelés energiaigénye kisebb az aminos oldatokéhoz képest. A vizes ammóniás oldattal történő szén-dioxid abszorpció modellezésére a ChemCAD professzionális folyamatszimulátort használtam. A fázisegyensúlyok leírására az elektrolit NRTL modellt alkalmaztam. A töltött oszlopok működésének leírására az elméleti tányér modell szolgált. A modell validálásához egy meglévő üzem adatait vettem alapul [2]. Az ausztráliai kísérleti üzem egy feketeszén tüzelésű erőműből kilépő füstgáz szén-dioxid tartalmát csökkenti ammóniás abszorpcióval. A számítással kapott adatok jó egyezést mutattak a kísérleti üzeméivel. Megvizsgáltam, hogy a különböző műveleti paraméterek (pl.: hőmérséklet, nyomás) változtatása hogyan befolyásolja az üzem energiaigényét. Az aminos módszerhez képest az ammóniával történő abszorpciós folyamat energiaigénye kisebbnek adódott. Ugyanakkor az utóbbinak jelentős hűtőenergiaigénye is van, és problémát okozhat a tornyokban a szilárd anyag kiválása is. Irodalom: [1] Rév Endre: Folyamattervezés és modellezés I. (2006) 162-163. o.
82.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Párolgási sebesség mérése és számítással történő meghatározása Measurement of the evaporation rate and controlling with analytical calculation
Szerzők: Varga Júlia (MSc képzés, gépészmérnöki szak)
[email protected] Szabó Viktor (MSc képzés, gépészmérnöki szak)
[email protected] Konzulensek: Dr. Örvös Mária egyetemi docens Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Poós Tibor tudományos segédmunkatárs Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Számos ipari létesítményben találhatóak nyílt felszínű víztározók, melyeket különböző technológiai célokra alkalmaznak. A szabad vízfelszínen hő- és anyagátadás történik, mely során a vízgőz a környezeti levegőbe diffundál, emiatt az elpárolgott vizet pótolni kell. A párolgással eltávozott víz mennyiségének meghatározására számos empirikus összefüggés található, melyek meglehetősen nagy eltérést mutatnak. Mérési módszert dolgoztunk ki, valamint kísérleti mérőrendszert állítottunk össze nyitott vízfelszín párolgási intenzitásának meghatározására. Az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék laboratóriumában egy meglévő mérőrendszert alakítottunk át oly módon, hogy változtatható levegő hőmérséklet és sebesség valamint folyadék hőmérséklet mellett folyamatosan mérhetőek és regisztrálhatóak legyenek a mért jellemzők. Folyamatosan rögzítettük a víz tömegének változását, továbbá a víz és a levegő hőmérsékletét, páratartalmát, nyomását az idő függvényében. A jelenséget természetes és kényszerített hőátadás esetén vizsgáltuk meg. A rögzített input adatok ismeretében meghatároztuk az adott viszonyokat jellemző párolgási sebességet. Az irodalomban hő- és anyagátadás analógia elvén ismert kapcsolat alapján összevetettük a méréssel és az irodalmi forrásokból származó hőátadási tényezőket. A feladatunk során megismerkedtünk egy fontos ipari problémával, valamint javaslatot tettünk a vizsgált körülményeket legjobban leíró számítási módszerre Irodalom: [1] Dr. Örvös Mária: Diffúziós eljárások és berendezések, 1.rész (Szárítás) Budapest, 2006 [2] Dr. Bihari Péter: Műszaki hőtan – Hőközlés Feladatgyűjtemény és segédlet, Budapest, 2010 [3] Treybal R. E. Mass Transfer Operations. Third Edition. McGraw-Hill Company, USA, 1981 [4] Dr. Környey Tamás: Hőátvitel, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1999
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
83.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Aminos CO2 elnyelető rendszer optimalizálása genetikus algoritmussal Optimization of amine based carbon capture by genetic algorithm
Szerző: Nagy Dávid (BSc képzés, vegyészmérnöki szak)
[email protected] Konzulensek: Dr. Láng Péter egyetemi tanár Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Hégely László tudományos segédmunkatárs Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Az üvegházhatású gázok közül a CO2 koncentráció növekedése a legjelentősebb. Az erőművek CO2 kibocsátásának csökkentésére számos módszer létezik (vizes mosás, reaktív mosás, membrán szeparáció). A CO2 leválasztása és tárolása (CCS, Carbon Capture and Storage) az egyik legaktuálisabb és legfontosabb kutatási téma napjainkban. Az abszorpció (gázok szelektív elnyeletése folyadékban) régóta jól ismert és elterjedt művelet, jól tervezhető és modellezhető. A leggyakrabban vizsgált megoldás MEA (monoetanol-amin) víz eleggyel történő mosás. Nagy hatékonyságú, viszont az elnyelt szén-dioxid kihajtása (sztrippelése) az abszorbens folyadékból nagyon energiaigényes folyamat. Ennek köszönhető, hogy az egyszerű abszorber-sztripper rendszer sokféleképpen próbálták módosítani az energia igény csökkentése érdekében (Cousins et al., 2011). Munkám célja két aminos mosást alkalmazó abszorber-sztripper konstrukció vizsgálata és optimalizálása. A ChemCAD Amine egyensúlyszámító modelljét termodinamikai mérések alapján validáltam. Felépítettem egy abszorber sztripper rendszer modelljét a ChemCAD professzionális folyamatszimulátor alkalmazásával egy földgáztüzelésű erőmű füstgáz kibocsátási adatait véve alapul. Két folyamatmódosítási lehetőséget vizsgáltam. Az áramok megosztását, ahol a félig telítet és félig sztrippelt oldószert visszavezetik a másik oszlopba, ezzel kiegyenlítve az oszlopok hőmérséklet profilját. A gazdag szolvens megosztását, ahol az abszorberből kivezetett szolvenst a sztripperbe két ponton vezetik be, ezzel elősegítve a keletkezett gőz jobb kihasználását. Ezeket optimalizáltam genetikus algoritmus segítségével. A számítási eredményeknek alapján átalakítottam a ChemCAD modelleket, majd elvégeztem ismét az optimalizálást. Irodalom: [1] Cousins et al., „Preliminary analysis of process flow sheet modifications for energy efficient CO2 capture flue gases using chemical absorption”, Chemical Engineering Research and Design 89, 1237-1251, (2011) [2] Borgulya István, „Optimalizálás evolúciós algoritmusokkal”, Typotex, Budapest, (2012)
84.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Szakaszos szűrőállomás és szelepkarakterisztika-mérőkör tervezése és vizsgálata Design and analysis of a batch filter and valve-characteristics measuring circuit Szerző:Nagy Bálint (MSc képzés, gépészmérnöki szak).
[email protected] Konzulensek: Dr. Balázs Tibor egyetemi docens Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, Poós Tibor tudományos segédmunkatárs Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
Tudományos diákköri témám a gépészeti folyamatok során felmerülő szűrés illetve a folyadékok áramlását szabályozó szelepek kiválasztásához szükséges karakterisztika mérésére alkalmas berendezés tervezése. A szűrés mechanikai szétválasztó művelet, célja a folyadékszilárd, ill. a gáz-szilárd rendszerekben a fázisok szétválasztása. A szűrésnek két alapvető típusa van: mélységi, illetve felületi szűrés. A vegyipari-, élelmiszeripari folyamatokban és a környezetvédelemi eljárások során gyakran alkalmaznak felületi szűrést a szűrőbetét regenerálhatósága miatt. A művelet hajtóereje a szivattyú okozta nyomáskülönbség. A folyamatok szabályozását - legyen szó mennyiségi, vagy minőségi szabályozásról - szelepek mozgatásával lehet megoldani. Ahhoz, hogy egy folyamat jól szabályozható legyen, már a tervezési fázisban szükséges a szabályozószelepek karakterisztikájának ismerete. Munkám célja, hogy az oktatás során ismertetett szűrési folyamatot, és a szelepkarakterisztika mérését a hallgatók a gyakorlatban is elsajátíthassák. A feladat során egy olyan mobil mérőállomást terveztem az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék számára, melyen hallgatói mérések végezhetőek, korszerű műszerezés és adatgyűjtés mellett. A feladatom további részét képezte a legyártott és beüzemelt rendszer vizsgálata és a mérési segédletek elkészítése, mely a hallgatók segítségére lesz a tanultak megértésében, valamint megfelelő kiindulási alapot nyújt a további kutatómunkákhoz Irodalom: [1] Fonyó Zs. – Fábry Gy.: Vegyipari művelettani alapismeretek, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2004. [2] Perry R.H: Chemical Engineers’ Handbook, McGraw Hill, 8th ed. 2008. [3] McCabe W.L-Smith J.C.- Harriott P.: Unit Operation of Chemical Engineering, McGraw Hill, 2005 [4] Albers et al.: Zentralheizungs- und Lüftungsbau für Anlagenmechaniker SHK, Verlag
Handwerk und Technik, 2009.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
85.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
Gépgyártástechnológia SZEKCIÓ Helyszín:
1111, Budapest, Egry József u. 1., T épület 47.
Időpont:
2012. 11. 14.
Elnök:
Dr. Horváth Mátyás, professzor emeritus
Titkár:
Tóth András, tudományos munkatárs
Tag(ok):
Dr. Merksz István, egyetemi adjunktus
8:30 Kuti József Környezeti merevséghez és kommunikációs időkéséshez alkalmazkodó szabályozás tervezése erő-visszacsatolt telemanipulációhoz Konzulens: Galambos Péter, tudományos segédmunkatárs
8:50 Pécsi Dénes, Fogarassy Márton Duplex rozsdamentes acél munkadarab forgácsolási technológiájának optimalizálása esztergagépen Konzulens: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök
9:10 Molnár Zsófia Szilikon buborékosodás vizsgálata Konzulens: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök 9:30 Leitol Szilárd Lackner tengely gyártástechnológiai optimalizálása Konzulens: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök 9:50 Kun Zsuzsanna, Fogarassy Márton A vágósebesség felületi érdességre és csúszásbiztonságra gyakorolt hatásának vizsgálata kövek marásánál Konzulensek: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök, 86.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Dr.Gálos Miklós, egyetemi tanár 10:10 Bódi László Inkrementális műanyag lemezalakító hőszabályozása Konzulensek: Paniti Imre, PhD hallgató, Dr.Mezgár István, egyetemi docens 10:30 Hodosán Zsolt Ipari alkatrész Reverse engineering folyamatának megvalósítása Konzulens: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök SZÜNET 11:10 Biró István Nagyszilárdságú acélok megmunkálhatóságának vizsgálata Konzulens: Dr.Markos Sándor, egyetemi adjunktus 11:30 Kovács Dénes, Magyar Bence ACROBOTER beltéri robot lengő egységének helyzetmeghatározása gépi képfeldolgozás és infra LED markerek alkalmazásával Konzulens: Tóth András, tudományos munkatárs 11:50 Ifj.Újvári Zoltán Automatizált gyártórendszer tervezése és szimulációja Konzulensek: Dr. Németh István, egyetemi docens, Juhász István, Excel Csepel Szerszámgépgyártó Kft. 12:10 Hercsel Máté Vákuumformázó szerszám tervezése Konzulens: Dr. Markos Sándor, egyetemi adjunktus 12:30 Petró Zoltán Adaptív pneumatikus hajtás pozicionálási pontosságának mérése és vizsgálata Konzulens: Püspöki János, egyetemi tanársegéd
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
87.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Környezeti merevséghez és kommunikációs időkéséshez alkalmazkodó szabályozás tervezése erő-visszacsatolt telemanipulációhoz (Communication delay- and environmental stiffness-adaptive control design for telemanipulation with force feedback)
Kuti József MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Galambos Péter, tudományos segédmunkatárs, Gyártástudomány és –technológia Tanszék Az ember-robot interakció biztonságos megvalósítása és az erő-visszacsatolt telemanipuláció régóta aktívan kutatott területek. A BME Gyártástudomány és -technológia Tanszékén a RESCUER projekt (2004-2007) appropóján indultak el azon ma is folyó, telemanipulációval kapcsolatos kutatások, amelyek témájához ezen dolgozat is illeszkedik. A dolgozatomban vizsgált irányítási struktúra az impedancia/admittancia szabályozási elvre épül, amely napjaink egyik kulcs technológiája a fizikai robot interakció és a telemanipuláció területén. A struktúra lényege, hogy egy virtuális tömeg-csillapítás mechanikai modell (impadancia modell) mozgását valós időben számítjuk a robot végperemén mért erő és nyomaték alapján. Az így számított pozíciót használjuk fel a manipulátor pozíciószabályozásának referenciájaként. A stabil és transzparens Internet alapú telemanipuláció legnagyobb akadálya az időkésés, ami a mester és szolga oldal közötti csomagkapcsolt kommunikációból származik. A dolgozatban tárgyalt szabályozási módszer az időkésés negatív hatásának kiküszöbölésére, azaz a stabil és transzparens működés fenntartására irányul. Munkám elméleti hátterét a TP-tau modell transzformáció alapú szabályozótervezési módszertan képezi, amely a tenzor szorzat (TP) modell transzformáció kiterjesztésével lehetővé teszi a korszerű qLPV és LMI alapú tervezési eljárások alkalmazását időkéséses rendszerekhez. Munkám elsődleges célja, a konzulensem által korábban állandó merevségű esetre javasolt tervezési eljárás kibővítése volt olyan módon, hogy az időkésés mellett a környezet merevségéhez is alkalmazkodóvá váljon. Dolgozatomban ismertetem a kutatómunka során kifejlesztett új modellezési és tervezési eljárást, amely lehetővé teszi az időkésére és a távoli környezet merevségére nézve is adaptív szabályozó tervezését. A javasolt eljárás további előnye, hogy az állapottér-modellben mérhető állapotváltozókat alkalmaz, így a korábbi struktúrával ellentétben nincs szükség állapotmegfigyelőre. Mivel az adaptív viselkedéshez szükséges a merevség aktuális értékének ismerete, online merevségmegfigyelővel egészítettem ki a szabályozót. A javasolt szabályozási struktúrát és egyúttal a tervezési eljárást numerikus szimulációkkal és valós robotokon végzett kísérletekkel is vizsgáltam. Az elvégzett átfogó validáció igazolja az új módszer hatékonyságát.
88.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Duplex rozsdamentes acél munkadarab forgácsolási technológiájának optimalizálása esztergagépen (Technology optimalization of a duplex stainless steel workpiece on lathe)
Pécsi Dénes BSc IV. évf., Fogarassy Márton BSc V. évf.
[email protected],
[email protected] Konzulens: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök, Gyártástudomány és –technológia Tanszék A TDK dolgozat témája egy EN 1.4469 duplex rozsdamentes acél munkadarab forgácsolási technológiájának optimalizálása, azaz a forgácsolhatóság, mint az anyagminőséggel összefüggő komplex jellemző vizsgálata. A dolgozat lényege, hogy a feladathoz egy finomprecíziós öntöde által legyártott vezetőcső felületét különböző beállítási paraméterek mellett esztergáltuk, és közben arra törekedtünk, hogy a szerszámlapka a feladatát legjobban teljesítve a lehető legtöbb forgácsot távolítsa el, majd ebből következtetéseket vontunk le. Az éltartamot gazdasági megfontolásokból egy adott időben maximalizáltuk. A TDK munka eredménye a forgácsolás minősítése lett adott környezetben műszeres mérésekkel alátámasztva. Első lépésként különböző szakirodalmak alapján választottuk ki azt az eljárási lépéssort, ami a vizsgálatok szempontjából a legmegfelelőbb. El kellett döntenünk azt is, hogy milyen tokmánypofákat használunk, milyen lapkákat, illetve a hűtő-kenő folyadék minőségét. Miután döntöttünk, a megmunkálási terv kidolgozása volt a feladat. A munkában az első mérés paramétereiben mintaként szolgált a finomöntödében egy NCT-GD-5DT CNC esztergán néhány hónappal korábban megmunkált ugyanilyen anyagból készült munkadarab programja. Ezt követően a munkadarab-befogó készülékbe rögzíthettük a munkadarabot, majd kezdődhetett a megmunkálás. Az optimalizálás során változtattuk a fogásmélység (mm), előtolás (mm/ford.) és főforgácsoló sebesség (m/min) értékeit, majd rögzítettük az eredményeket. A forgácsolhatóság megítélése kvalitatív úton történt, minősítése pedig kvantitatív módon. Megvizsgáltuk a fő illetve a kiegészítő jellemzőket is. Esztergagépen végeztük a munkálatokat, a lapka éltartamát pedig stopperrel mértük, mikroszkóppal vizsgáltuk. Minden egyes forgácsolási paraméterváltoztatás után mértük a felületi érdességet érdességmérő berendezéssel. A minősítéssel meghatározott forgácsolhatóság számszerűsítése kétféleképpen történt: abszolút mérőszámokkal, illetve relatív értékek képzésével. A vizsgálat során generálódó mérési eredményeket összevetettük különböző szakirodalmakban és szerszám katalógusokban található eredményekkel. A kapott eredményeket kiértékeltük, diagramokban ábrázoltuk őket, és ezekből következtetéseket vontunk le. A TDK dolgozat a vizsgálati folyamat leírása mellett leírja a duplex acélok előállításának menetét, majd bemutatja, hogy valójában milyen előnyökkel jár ezeknek az acéloknak a használata, hiszen jó korrózióállósággal illetve szilárdsággal rendelkeznek. Irodalom: [1] Robert N. Gunn: Duplex Stainless Steels. TWI Ltd., United Kingdom (1997) [2] Bali János: Forgácsolás. Tankönyvkiadó, Budapest (1980) [3] Proceedings of the 13th International Conference on Tools (ICT 2012). University of Miskolc, Department of Production Engineering, Bíbor Kiadó, Miskolc (2012. március 27-28.)
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
89.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Szilikon buborékosodás vizsgálata (Bubbling investigation)
Molnár Zsófia BSc V. évf., Szerző2 név BSc/MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök, Gyártástudomány és –technológia Tanszék Az alap problémát egy konkrét ipari megkeresés adta. A feladat keretében megvizsgálásra került egy vevői reklamáció által felvetődött probléma, melynek lényege, hogy a cég által gyártott modulokba töltött kétkomponensű szilikonban különböző méretű (200-800 µ) levegőbuborékok keletkeznek, és a kikeményítés után is megmaradnak. A probléma megoldása elsőrendű feladattá vált a cég számára, mivel a megrendelő csak megfelelő minőségű terméket hajlandó átvenni. A TDK dolgozat keretében (mely dolgozat a 2011. évi munka folytatása) első feladatként megismerkedtem a gyártási folyamat technológiai hátterével, majd feltérképeztem, hogy milyen lehetséges stratégiákat lehetne alkalmazni a probléma megoldására. A reklamáció megoldása mellett törekednem kellett a gyártási folyamatok módosítása esetében a költségek minimalizálására úgy, hogy közben az intézkedések nem mehettek a gyártási kapacitás romlására és nem idézhettek elő ebből a módosításból adódó más meghibásodásokat. A kutatásom két fázisra bontható. Az első fázisban feltérképeztem, hogy mely paraméterek okozhatják a buborékok képződését a modul belsejében található szilikonban. Ezen elemek meghatározása után következett egy összetett kísérleti terv létrehozása, melyben a különböző paramétereket különböző súlyossággal osztályoztam. A kísérleti mátrix során a paraméterek egyidejű és különböző idejű változtatása árán próbáltam leszűkíteni a tényleges variációk számát, mert minden egyes technológiai beállításnál 12 darab mintát készítettem. Fontos célkitűzés volt, hogy e vizsgálódásokat nem jó minősítésű, hanem elektromos szempontból selejtes termékekkel végeztem, ugyanis a termék vizsgálatához roncsolásos anyagvizsgálatra volt szükség, ami a modul életének végét jelentette. A második fázisban új, a buborékosodás okát jelentő paramétereket kerestem, s a cég engedélyével véletlenszerű monitoringot végeztem a kiszilikonozott modulokon. Ezáltal több adatból hitelesebb statisztikákat készíthettem, figyelve a modulok minőségének időbeni változását is, így vissza tudtam következtetni arra, hogy egy-egy rossz minőségű széria milyen előzetes gyártási fázisokon esett át, s hogy a buborékosodás oka esetleg nem onnan származik-e. Mindkét fázis végén kiértékeléseket végeztem, grafikonokat készítettem, rendszert kerestem a buborékosodási problémák felbukkanásai között. Ezt követően levontam a végső következtetéseket és a cég egyetértésével bevezetésre került a legoptimálisabb eredményt produkáló változtatás az aktuális gyártásba. A kísérlet során kiderült, hogy 100%ban buborékmentes modulok gyártására a számunkra adott technológia nem alkalmas, mivel 1-1 buborék véletlenszerű megjelenése figyelhető meg a tendenciák alapján, de a biztonságos működéshez és a vevő elégedettségéhez szükséges szintet sikerült elérni. Irodalom: [1] Dr. Sós Feodóra – Szilikonok és felhasználásuk Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1956. [2] A problémával foglalkozó cég honlapján található termékkatalógus: http://www.vincotech.com/fileadmin/downloads/power/VincotechPower_Modules-Catalog-2011-12.pdf [3] A szilikont előállító cég honlapján található termékleírás: http://www.dowcorning.com/applications/search/default.aspx?R=229EN.
90.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Lackner tengely gyártástechnológiai optimalizálása (Optimization of Lackner axle’s manufacturing)
Leitol Szilárd BSc IV. évf.,.
[email protected] Konzulens: Gyurika István Gábor, Gyártástudomány és -technológia Tanszék TDK dolgozatomban a CNC Rapid Kft.-nél gyártandó Lackner fordulatszám-jeladó tengely gyártási technológiájának áttervezési folyamatát mutatom be. Az áttervezési igény amiatt jelentkezett, mert a megrendelő spanyol vállalat egy nagyobb darabszámú megrendelést nyújtott be a győri székhelyű céghez, mint korábban, s amelyet a régebbi technológiával nem tudtak volna határidőre leszállítani. Dolgozatomban bemutatásra kerül a kezdeti kiindulási állapottól a folyamat egyes javítási lépésein keresztül a célul kitűzött, és elért végső állapot. Az alkatrészek gyártásával foglalkozó győri illetőségű cégnél volt szerencsém eltölteni a nyári szakmai gyakorlatomat, mely közben merült fel a fentebb említett kihívás. A CNC Rapid Kft. alkalmazásában álló technológus kollégával karöltve vágtunk bele a feladat teljesítésének. Első körben megismerkedtem a munkadarab műszaki rajzával, majd ez után megtekintettük, hogy mely gépeken folyik a tengely megmunkálása. Felmértem a kezdeti állapotot gyártástechnológiai-, szerszámozási- és ellenőrzési szempontból. Tudományos munkámban bemutatnám az általunk hibásnak vélt és újragondolást igénylő megmunkálási műveletetekben rejlő lehetőségeket. A javítási folyamat során mindig csak egy műveletelem optimalizálásán dolgoztunk, mivel így láttuk fenntarthatónak a párhuzamosságot a folyamatos gyártás és a készre munkálás optimalizálásának elérésében. Bemutatom, hogy az egyes javítottság fokait mily módon, milyen új szerszámok vagy éppen technológiai paraméter változtatásával sikerült abszolválnunk. Részletesen szólnék arról is, hogy az elkészült munkadarabokat miképp ellenőrzi a gépkezelő a szerszámgép mellett és, hogy történik mindez a mérőszobában. Ezen kívül külön fejezetben térnék ki arra is, hogy az előgyártmány méretének és az nc megmunkálási program összehangolásával is jelentős gazdasági megtakarítást érhetünk el. Utolsó lépés gyanánt összefoglalnám az általunk megálmodott és feljavított eljárás gyártástervét, műveleti sorrendjét, valamint az anyagválasztást. Összehasonlítást végeznék a kiindulási és az elért folyamat között technológiai, és költséghatékonysági szempontból, majd bemutatnám a jövőben még alkalmazható, fejlesztésre irányuló lépések terveit. Tudományos Diákköri munkám célja tehát a fordulatszámmérő-jeladó tengely gyártási optimalizálási folyamatának bemutatása és dokumentálása. Irodalom: [1] Dr. Bali János: Forgácsolás, Tankönyvkiadó, Budapest 1985. [2] Dr. Mátyási Gyula: NC Technológia és Programozás 1., Műszaki könyvkiadó, Budapest, 2001. [3] Dr. Szegh Imre: Gyártástervezés, Műegyetemi kiadó, 1996.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
91.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A vágósebesség felületi érdességre és csúszásbiztonságra gyakorolt hatásának vizsgálata kövek marásánál (The effect of cutting speed on surface roughness and slip safety in stone milling)
Kun Zsuzsanna BSc II. évf., Fogarassy Márton BSc V. évf.
[email protected],
[email protected] Konzulensek: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök, Gyártástudomány és -technológia Tanszék, Dr.Gálos Miklós, egyetemi tanár, Építőanyagok és Mérnökgeológiai Tanszék A különböző típusú köveket széles körben használják burkolatként, díszítőelemként, valamint a gépgyártás területén is jelentős szerephez jutottak, mint szerszámgépágyak, vagy mérőasztalok alapanyagai. Annak ellenére, hogy használatuk széles körben elterjedt, a kövek megmunkálásával kapcsolatos nemzetközi kutatások száma csekély, így a kőtermékek előállításának tervezése és kivitelezése a legtöbb esetben napjainkban is tapasztalati adatok segítségével történik. Az általános technológiai fejlődés és az NC vezérlésű kőmegmunkáló gépek utóbbi években tapasztalható térnyerése szükségessé teszi, hogy a kövek megmunkálási területén is részletesebb és széles körben alkalmazható összefüggéseket állítsunk fel. A TDK munka célja az NC vezérlésű kőmegmunkáló központon végrehajtható marási technológia vizsgálata, azon belül is a vágósebesség felületi érdességre és csúszásbiztonságra gyakorolt hatásának kutatása. Első feladatunk a nemzetközi szakirodalomban való vizsgálódás volt, mely kutatás során megismertük az automatikus kőmegmunkálási folyamatokkal kapcsolatos kutatásokat és kísérleti eredményeket. Az irodalomkutatást követően felállítottunk egy olyan megmunkálási és mérési rendszert, amelynek segítségével vizsgálni tudtuk a megmunkálás paramétereit. A vizsgálatok során három, különböző átlagos szemcsenagysággal rendelkező gránit, valamint egy forrásvizi mészkő esetében vizsgáltuk meg, hogy 5 különböző vágósebesség mellett miként alakulnak a felületi érdességi, valamint a csúszásbiztonsági értékek. A marási folyamatot a Woldem Kft.-nél található, a kőmegmunkálásra kifejlesztett, NC vezérlésű megmunkáló központon végeztük el. A csúszásbiztonságot egy, a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszéken lévő SRT ingás vizsgálati rendszerrel határoztuk meg. A felületi érdességi értékeket a Gyártástudomány és –technológia Tanszék mobil érdességmérőjével vizsgáltuk. A mérési eredményeket figyelembe véve végezetül mikroszkóppal is megvizsgáltuk a kialakult felületeket. TDK munkánk eredményeképpen létrejött egy kőmegmunkálásokkal kapcsolatos forrásanyag, amelyek a későbbiekben diplomamunkákhoz, vagy doktori tevékenységhez adhat kiindulási alapot. A vizsgálatok során pedig olyan diagramokat állítottunk fel, amelyek egyértelműen megmutatják különböző szemcseméretű kövek esetében a vágósebesség felületi paraméterekre gyakorolt hatását. Irodalom: [1] Ribeiro, R. P., Paragassú, A. B., Rodrigues, J. E.: Szilikátos kőtömbök vágása; A szöveszerkezet és az ásványszerkezet hatása. Bull Eng Geol Environ (2007) 66: 101-107 [2] Ribeiro, R. P., Paragassú, A. B., Moreiras, S. T. F.: A szilikátos kőtömbök felületi érdességét befolyásoló tényezők. Bull Eng Geol Envireon (2011) 70:625-631 [3] H. Huang, Y. Li, J. Y. Shen, H.M. Zhu, X. P. Xu: Gránitfelület mikroszerkezeti változásainak vizsgálata csiszolásos megmunkálásoknál. Journal of Materials Processing Technology 129 (2002) 403-407 92.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Inkrementális műanyag lemezalakító hőszabályozása (Thermal regulation of plastic incremental sheet forming)
Bódi László MSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Paniti Imre, PhD hallgató, MTA SZTAKI, Mezgár István Dr., egyetemi docens, Gyártástudomány és -technológia Tanszék Műanyag lemezalkatrészek kis darabszámú gyártása költséges és a gyártás előkészítése is hosszadalmas folyamat. Ezen akar változtatni az inkrementális műanyag lemezalakító gép, mely megspórolja a vákuumformázó vagy fröccsöntő szerszám költségét, tervezés és legyártási idejét, ezzel gazdaságossá és hatékonnyá teszi az egyedi és kis szériájú lemezalkatrészek előállítását. Az inkrementális lemezalakító egy átalakított háromtengelyes CNC marógép, amire főorsó helyett egy gömb fejű „nyomó” szerszám került. Ezzel a szerszámmal alakítjuk ki a kívánt formát. Azért, hogy megkönnyítsük a lemezalakítást termoplasztikus műanyagoknál melegítést alkalmazunk, ehhez viszont szükség van a hőszabályozásra, hogy biztosítsuk a szerszám környékén a megfelelő hőmérsékletet, hogy elkerüljük az alacsony hőmérséklet miatti törést vagy olvadáspont elérése miatti szakadást, felhólyagosodást.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
93.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Ipari alkatrész Reverse engineering folyamatának megvalósítása (Realization of an industrial component’s Revers Engineering process)
Hodosán Zsolt BSc V. évf.
[email protected] Konzulens: Gyurika István Gábor, tanszéki mérnök, Gyártástudomány és -technológia Tanszék TDK dolgozatom célja, hogy egy ipari alkatrész, jelen esetben egy radiális szivattyú járókerék reprodukálása a Reverse Engineering folyamatának lépéseit felhasználva. Az előállított dokumentáció alapján a járókerék forgácsoló megmunkálásának teljes körű megtervezése. Először irodalomkutatást végeztem, mely során feltérképeztem a ma rendelkezésre álló berendezések, szoftvereket, technológiákat, amik szükségesek lehetnek egy Reverse Engineering folyamat megvalósításához. Az különböző eszközökről gyűjtött információk alapján meghatároztam azok előnyeit és hátrányait, majd az így kapott adatokból a legmegfelelőbbet kiválasztottam. A folyamat első lépéseként a járókereket lézerszkennerrel digitalizálni kellett. Az általam választott eljárás az úgynevezett Retrofit lézerszkennelés, mely során a szkennerfejet egy marógép főorsójába helyezzük. Ez egy viszonylag gyors eljárás, viszont az egyik legpontosabb is. Következő lépésben a szkennelés során kapott adatokból, úgynevezett pontfelhőből egy speciális szoftver segítségével (Rapidform) létre kellett hozni a lehető legpontosabb, de már sérülésektől mentes 3D-s modelljét. Harmadik lépésben a modell segítségével a járókerék lapátprofilos oldalának CAM programban (EdgeCAM) el kellett készíteni a gyártáshoz szükséges NC mondatait. Befejező lépésként a termék teljes gyártástervét kellett megoldanom. Ehhez műveleti sorrendtervet, műveletelem sorrendtervet kellet készítenem, szerszámgépeket és szerszámokat kellett választanom a szükséges kellékekkel együtt. A járókerék alsó oldalának kézzel elkészítettem az NC programját és meghatároztam a technológiai paramétereket is. Irodalom: [1] Dybała, B.-Boratyński, T.-Czajka, J.-Będza, T.- Frankiewicz, M.- Kurzynowski, T. EU-Project Nr. 2005-146319 ,,MINOS“. Wrołcaw, Lengyelország. (2008) [2] Mátyási Gyula, Sági György: Számítógéppel támogatott technológiák, Műszaki kiadó, Budapest, 2009 [3] Nagy Tibor, Hodosán Zsolt: Szkennelési eljárások összehasonlítása idő, költség és pontosság szempontjából, 2011 BME TDK dolgozat
94.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Nagyszilárdságú acélok megmunkálhatóságának vizsgálata (Machinability analysis of high tensile strength steels)
Biró István MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr.Markos Sándor, egyetemi adjunktus, Gyártástudomány és -technológia Tanszék Nagyszilárdságúnak azokat az acélokat nevezzük, melyek 0,2% maradó alakváltozást előidéző feszültségértéke legalább 1,5-2-szeresen meghaladja a hagyományos szerkezeti (pl. S355) acélokét. Alkalmazásuk mindinkább elterjed az olyan szerkezeti elemek gyártásában, ahol extrém igénybevételek lépnek fel és/vagy fontos a konstrukció tömegének minimalizálása a teherbírás csökkentése nélkül: pl. gépjármű és nehézgép alvázak, emelődaru karok, konténerek jellemző alapanyagai. Ennek ellenére még mindig csekélynek mondható a megmunkálhatóságukkal kapcsolatosan fellelhető nyilvános irodalom mennyisége, ráadásul ezek is csupán általános ajánlásokkal, javaslatokkal szolgálnak a forgácsoló megmunkálások kivitelezésével kapcsolatban. Egy anyag megmunkálhatósága megmutatja, hogy egy választott bázisanyaghoz képest mennyire „könnyű” vagy „nehéz” az adott anyagot megmunkálni. A forgácsolhatóság a megmunkálhatóság egyik jellemzője. Acélok forgácsolhatósági vizsgálatait tipikusan esztergálási és fúrási műveletek útján végzik, és a harmadik klasszikus megmunkálási módról: a marásról aránylag kevés szó esik. A marás dinamikájában és energetikájában is különbözik a rokon forgácsolási módoktól: ez legszembetűnőbben a szekvenciálisan ingadozó igénybevételekben nyilvánul meg. A szerszám egészére és az egy-egy forgácsolóélre ható, időben változó terhelések nagymértékben befolyásolják a forgácsolással kialakított felület minőségét, miközben az anyagleválasztáshoz szükséges forgácsolási energia változása szokatlan tendenciát mutathat a forgácsolási paraméterek függvényében. A homlokmarás a legtermelékenyebb marási technológia kiterjedt síkfelületek létrehozására. A vágósebesség, az előtolás és a fogásmélység módosítása eltérő súllyal befolyásolja a forgácsolási igénybevételeket. Hatásuk analitikus módszerekkel becsülhető, de az ehhez szükséges tényezők túlnyomó többsége empirikusan, kísérletek során határozható meg. A vizsgálatokat egy kitüntetett anyagminőségen és szerszámgeometria mellett célszerű végezni. Az S960QL minőség egyike a leggyakrabban alkalmazott nagyszilárdságú acéloknak, ezért a vizsgálatok erre korlátozódnak. Megfelelő hardverkörnyezet mellett mérhetők a megmunkálás során fellépő erőértékek, így ezekből energetikai és – az anyageltávolítás sebességét is figyelembe véve – termelékenységgel kapcsolatos következtetések vonhatók le. A dolgozat célja, hogy kísérletek és a kapcsolódó mérések útján feltárja és elemezze a kiválasztott minőségű nagyszilárdságú acél homlokmarási technológiájára jellemző körülményeket, a gyakorlatban is hatékonyan alkalmazható becslési módszerekkel és konkrét paraméterajánlásokkal szolgáljon a megmunkálási optimum meghatározásához. Irodalom: [1] Dr. Bali J.: Forgácsolás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1985.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
95.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
ACROBOTER beltéri robot lengő egységének helyzetmeghatározása gépi képfeldolgozás és infra LED markerek alkalmazásával (Pose Estimation of the ACROBOTER swinging unit using machine vision and infra LED markers)
Kovács Dénes MSc I. évf., Magyar Bence ELTE IK MSc III. évf.
[email protected],
[email protected] Konzulens: Tóth András, tudományos munkatárs, Gyártástudomány és -technológia Tanszék Napjainkban az automatizálás és a robottechnikai alkalmazások területén a gépi képfeldolgozó rendszerek egyre növekedő térhódítása figyelhető meg. A gépi képfeldolgozás - angol irodalomban a „machine vision” - integrálásával mind az ipari-, mind a szervizrobotok egyre komplexebb feladatok elvégzésére lesznek képesek. A gépi látásnak több felhasználási területe van, amelyek felsorolva az alábbiak: detektálás, mérés, ellenőrzés, objektum követés és az objektum orientációjának és pozíciójának meghatározása. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Műszaki Mechanikai Tanszéke és a Gyártástudomány és technológia Tanszéke vett részt az ACROBOTER robot prototípusának fejlesztésében. Az ACROBOTER beltéri robot két fő egységből áll: egy plafonon mászó és egy lengő egységből. A mászó egységhez a lengő egység egy speciális huzalokból sodort kötél segítségével van rögzítve. A lengő egység megfogókat és speciális eszközöket tud cserélni és működtetni. A CCD kamera a mászó egységre van felszerelve és a lengő egységen elhelyezett infra LED markerek figyelhetőek meg vele. Az infra LED-es markerek mintázatának, számának és elhelyezésének lehetséges változatait részletesen tárgyalja a TDK dolgozat. A lengő egység a vízszinteshez képest maximálisan 15°-t tér ki és a mászó egységtől 0,5-4 méter között helyezkedhet el. A gépi látás alkalmazásával megvalósítandó kritériumok: 1 mm pozícionálási és 0,5 fok orientációs pontosság. A TDK feladat elsődleges célja a lengő egység orientációjának és pozíciójának meghatározása a mászó egység koordináta rendszerében. Bemutatom és rendszerezem azokat gépi látás eszközöket, amelyekkel hasonló feladatokat lehet megoldani. Ismertetem a felszíni tárgy pontokat detektáló és felhasználó DeMenthon & Davis: POSIT és Quan & Lan: Lineáris algoritmusát, ezen kívül a feladat megoldására választott, markereket használó ArUco eljárást. A feladat megvalósítását egy Point-Grey FireWire kamera és egy személyi számítógép alkalmazásával végeztem el. Fejlesztői környezetnek a Linux rendszerű Ubuntut, a QTCreator fordítót, OpenCV2.3 és ArUco könyvtárrendszerét választottam, amelyek segítségével elkészítettem a képfelismerő programot. A program elkészítése után Zebris típusú ultrahang markeres mérőrendszerrel vizsgáltam, hogy a képfelismerés teljesíti-e a követelményekben meghatározott pontossági kritériumokat. Irodalom: [1] DeMenthon & Davis (1995): ModelBased Object Pose in 25 lines of Code, Int'l. Journal of Computer Vision, Vol. 15, No 1, p. 123141 [2] Long Quan and Zhongdan Lan: Linear N-Point Camera Pose Determination, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 21, 8 (1999) 774--780 [3] ArUco: a minimal library for Augmented Reality applications based on OpenCV, http://www.uco.es/investiga/grupos/ava/node/26 Robert Laganière: OpenCV 2 Computer Vision Application Programming Cookbook, Packt Publishing Ltd, 2011.
96.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Automatizált gyártórendszer tervezése és szimulációja (Design and simulation of automated manufacturing system)
Ifj. Újvári Zoltán BSc IV. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Németh István, egyetemi docens, Gyártástudomány és -technológia Tanszék, Juhász István, Excel Csepel Szerszámgépgyártó Kft. Napjainkban rendkívül gyakori, hogy egy adott alkatrész gyártását automatizálják, ugyanis a folyamatosan növekvő vásárlói igények kielégítése végett elkerülhetetlen ezen gyártási forma alkalmazása. Jelen TDK munkámban egy autókba épített turbófeltöltő automatizált gyártásához keresem a legmegfelelőbb elrendezési koncepciót, melynek segítségével elérhető a kitűzött gyártási darabszám. TDK munkám felépítése az alábbi gondolatmenetet követi: Kezdetben szeretném ismertetni a szóban forgó munkadarabot, annak főbb jellegzetességeit, paramétereit. A gyártási technológia, illetve a sorozatgyártási követelmény szintén említésre kerül. Ezt követően bemutatom a turbófeltöltő robotos manipulálását, a megfogás módját, amellyel kiváltható a korábban emberek által végzett munka. Végezetül a gyártórendszer elrendezési vizsgálata, szimulációja következik, ami a leginkább foglalkoztathat egy céget, amely a gyártási darabszám maximalizálására törekszik. Tanulmányom során egy gyártórendszer telepítésére és folyamatirányítására dolgoztam ki javaslatokat. A gyártórendszer az alábbi berendezésekből áll: 6-7 db megmunkáló központ, automatikus munkadarabmosó berendezés, szivárgásteszt berendezés, valamint az automatizálás során megvalósítandó sorjázó, nyersdarab beléptető és készdarab lerakó berendezések. Az egyes gépek és a technológiai berendezések helyszükségletei rendelkezésemre álltak. A technológiai berendezések kiszolgálása önálló portál rendszerű manipulátorral történik. A gépeknél a munkadarab berakását és kivételét, valamint a készüléken belüli munkadarab átrakást is a robotnak kell végezni. Miután elkészültek a 3D-s elrendezési változatok, elkészítettem a Siemens Tecnomatix Plant Simulation nevű programmal azok diszkrét eseményvezérelt szimulációit is. A Plant Simulation használatát nem oktatják BSc-s képzéseken, így ennek elsajátítása szintén kihívást jelentett számomra. A szimulációs modellek segítségével meghatároztam, hogy hány megmunkáló központot képes egy robot optimálisan kiszolgálni. Megvizsgáltam, hogy szükségesek-e köztes munkadarab tároló helyek, ahol a robottal együtt mozgatott helyek is számításba jöhettek. Kiválasztottam egy elrendezési koncepciót, amelyen belül különböző anyagmozgatási stratégia lehetőségeket vizsgáltam, amiben segítségemre volt az újonnan megismert szimulációs program. Mindent összevetve elmondhatjuk, hogy a gyártás szempontjából optimális elrendezéshez és gyártási folyamat irányításhoz nélkülözhetetlen egy szimulációs modell kidolgozása, amit ezen munkámmal be is bizonyítottam.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
97.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Vákuumformázó szerszám tervezése (Designing a vacuum forming mold)
Hercsel Máté BSc V. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Markos Sándor, egyetemi adjunktus, Gyártástudomány és -technológia Tanszék TDK dolgozatom témája az 1959-2000 között gyártott klasszikus Mini műszerfalának újratervezése, gyártástervezése, vákuumformaszerszámának tervezése és gyártása. Bár a Mini napjainkra elavult autóvá vált, sokak számára kultikus szerepet tölt be és sok autótulajdonos átépíti vagy újjá építi szeretett autóját. Sok alkatrészt alapjaiban gondolnak újra és fejlesztenek az alkatrészt gyártó cégek, kapcsolódjon az a motorhoz, fékberendezéshez vagy a belső tér kiegészítőihez − dacára annak, hogy az autó gyártása 2000-ben leállt −. A dolgozatban bemutatom, miként lett újra tervezve a Mini műszerfala Rhinoceros 3D (továbbiakban: Rhino) CAD modellező programban. A cél az volt, hogy egy jól formatervezett, könnyen beépíthető, jól használható, ízléses műszerfalat tervezzünk egy klasszikus autóba. A műszerfal vákuumformázással lesz elkészítve. A vákuumformázó szerszám tervei ugyancsak Rhino-ban készülnek el. Cél, hogy a későbbi munka során prototípus készüljön a műszerfalról (mi nem tárgya jelen dolgozatnak) és erre alkalmas pozitív vákuumformázó szerszámot tervezünk. A szerszám MDF forgácslapból lesz elkészítve, kiváltva a költséges aluminium vagy PUR alapú műfa anyagokat. A későbbi prototípus gyártás során derül majd ki, hogy mennyiben alkalmas az MDF faforgácslap, mint vákuumforma szerszám szerszámanyag. Kihasználva a Rhino plug-in szerűen beépített CAM rendszerét megtervezzük a vákuumformázó szerszám szerszámpályáit és azokat futtatjuk egy nagy munkaterű Geiss típusú marógépen, ahol gyártásra kerül a szerszám. Befejező műveletként a vákuumforma szerszám kézi megmunkálással lesz felkészítve a sikeres prototípus gyártásra.
98.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Adaptív pneumatikus hajtás pozicionálási pontosságának mérése és vizsgálata (Measurement and analysis of positioning accuracy of adaptive pneumatic drive)
Petró Zoltán BSc IV. évf
[email protected] Konzulens: Püspöki János, egyetemi tanársegéd, Gyártástudomány és -technológia Tanszék Pneumatikus hajtásokat, berendezéseket a gépgyártástechnológia területén előszeretettel használják különböző feladatok elvégzésére, például kitolás, emelés, megfogás. A pneumatikus munkahengereknek általában két pontos pozíciója van, a két végállásuk. Gyakran kevésnek bizonyul ez a két véghelyzet és felmerül az igény a löket közbeni pozícionálásra. Erre kínál megoldást a szervo pneumatika, ami útmérő rendszerek, szenzorok, és speciális elemek segítségével képes elvégezni a pozícionálási feladatokat. A szervo rendszerek hátránya, hogy költségük meghaladhatja a pneumatikus berendezések árát is. TDK munkámban bár rosszabb pozícionálási pontossággal, de önbeálló képességgel rendelkező, löket közbeni pozícionálást megvalósító pneumatikus megoldást vizsgálok. Az ilyen fajta kitoló egység lényegesen olcsóbb megoldást kínál. Bemutatom a pneumatikus kitoló egység általam összeállított prototípusát, melyre egy megfogó fej van szerelve. A megfogásnál biztosítható egy kismértékű önbeállás, de ezt csak akkor lehet kihasználni, ha az önbeálló mozgást nem akadályozza semmi, a munkahengert úszó állapotba lehet állítani löket közben, egy előre meghatározott pozícióban. A mérésekhez egy mérőberendezést terveztem, mely segítségével 0.1 milliméteres pontossággal tudom a pozíciót leolvasni. A munkám célja az egyes befolyásoló tényezők hatásának megismerése, befolyásolhatóságának felderítése annak érdekében, hogy a pozícionálási pontosság minél jobb legyen. Az eredmények azt mutatják, hogy a mozgatott tömeg, mozgási sebesség, pneumatikus kapcsolás kialakítása, a vezérlés működése valamint a hidraulikus csillapító ütköző alkalmazása jelentősen befolyásolja a löket közbeni pozícionálási pontosságot. A pneumatikus hajtások ilyen kialakítása, vezérlése és üzemeltetése a gépgyártástechnológia több területén is hasznos lehet, például a szerszám, munkadarab cserélőkben vagy paletta megfogóknál, átrakóknál.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
99.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
GÉPTERVEZÉS SZEKCIÓ Helyszín:
R109-R110
Időpont:
2012. november 14. 900
Elnök:
Dr. Marosfalvi János címzetes egyetemi tanár
Titkár:
Dr. Csobán Attila egyetemi adjunktus
Tag(ok):
dr. Nguyen Huy Hoang tudományos munkatárs
9:00
Földesi Bernát Diszkrét elemes anyagmodell paramétereinek növényolajprés folyamatainak szimulációjához
meghatározása
Konzulens: Rádics János Péter egy. tanársegéd 9:20
Hoffman László Vezérműlánc hajtás hatásfokának növelése Konzulens: Dr. Horák Péter egy. docens, Fábián Csaba TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
9:40
Kozma Tamás Kéttárcsás tribológiai mérőberendezés konstrukciós tervezése Konzulens: Dr. Horák Péter egy. docens, Dr. Magyar Balázs TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
10:00
Széles Dániel Tesztberendezés tervezése csapágyon átfolyó áram hatásának mérésére Konzulens: Dr. Kerényi György egy. docens, Radnai Benjámin TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
10:20
Szűcs Péter Forrópont-vándorlás hőtani elemzése Konzulens: Dr.Váradi Károly egyetemi tanár
100.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
10:40
Varga Dávid Top-Down felépítésű modellrendszer Formula Student versenyautókhoz Konzulens: Farkas Zsolt egy. tanársegéd, Marschek Zoltán S&T Consulting Hungary Kft.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
101.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Diszkrét elemes anyagmodell paramétereinek meghatározása növényolajprés folyamatainak szimulációjához (Determination of discrete element material model parameters for simulating the process of vegetable oil press) Földesi Bernát BSc email:
[email protected] konzulens: Rádics János Péter egyetemi tanársegéd, Gép- és Terméktervezés Tanszék email:
[email protected] A növényolaj préselésnél megkívánt magas minőségű, mennyiségű olajkihozatal és a kinyeréshez szükséges alacsony energiaigény a technológia fejlesztését igényli. A gyakorlatban használt technológiák nagy hányadában csigás olajpréseket alkalmaznak, melyek állandó anyagáram mellett folyamatos olajkihozatalt biztosítanak. A tervezés alapja gyakran a tapasztalati vagy kísérleti alapra vezethető vissza. A méretezés helyes kivitelezéséhez szükséges üzem közben kialakult mechanikai és hőtani jelenségek mértékének közelítő ismerete jelenleg hiányos. Emellett a feldolgozott termények mechanikai viselkedésének a leírására rendelkezésre álló empirikus képletek szerinti közelítés nagyon pontatlan. A numerikus eljárások fejlődésével lehetővé vált a szemcsés anyagok viselkedésének szimulálása, jelen esetben a préstérben lezajló jelenségek, diszkrét elemes (DE) szimulációk segítségével történő közelítése. Kutatásom alapvető célja, hogy a diszkrét elemek módszerének (DEM) segítségével közelítsem a növényolaj préselés közben lejátszódó mechanikai és hőtani jelenségeket, így lehetőséget biztosítva a hatékonyabb konstrukciók létrehozására. A szimulációs modell a magmennyiséget modellező diszkrét elemhalmazból, illetve a maganyag és a szilárd elemek közös hatásfelületeit adó felületelemekből áll. A növényolajprés belső geometriai kialakításának modellezése viszonylag egyszerű. De a repcemaggal azonos makromechanikai viselkedést mutató anyagmodell létrehozása csak közvetetten lehetséges. Az anyagmodellt csak megfelelő méréssel alátámasztott kalibrációs eljárással lehet beállítani, mely során a szemcsék között érvényes mikromechanikai paramétereket kell közelíteni az egyes mechanikai tulajdonságokat vizsgáló mérések eredményeihez. A kalibrációs művelet alapjául szolgáló mérési adatokat ödométeres és nyíródobozos vizsgálatok adták, amelyek mellett szemcseméret-eloszlás, a térfogatsűrűség és a nedvességtartalom mérésére is sor került. Az ödométeres és nyíródobozos vizsgálatok alapján két szimulációs összeállítás született, melyeknél a cél az elemek közötti kapcsolati modell típusa és annak paramétereinek megfelelő beállítása volt, hogy a szimulált szemcsehalmaz minél jobban közelítse a repcemag valós makromechanikai viselkedését a különböző mechanikai jellegű és mértékű terhelési eseteknél. Következésképp feltételezhető, hogy az így validált repcemag anyagmodell a présben fellépő mechanikai hatásokra a valós anyagéhoz jól közelítő módon fog reagálni. Így a kapott modell alkalmazásával később lehetőség nyílik a présben kialakult mechanikai jelenségek szimulálására és vizsgálatára. [1] Cundall, P.A., Strack, O.D.L.: A discrete numerical model for granular assemblies, Geotechnique, vol. 29, no. 1, pp. 47-65, 1979. [2] Sitkei György: A mezőgazdasági anyagok mechanikája, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1981. [3] Izli, N., Unal, H., Sincik, M.: Physical and mechanical properties of rapeseed at different moisture content, International Agrophysics, vol. 23, no. 2, pp. 137-145, 2009. [4] Calisir, S., Marakoglu, T., Ogut, H., Ozturk, O.: Physical properties of rapeseed (Brassica napus oleifera L.), Journal of Food Engineering, vol. 69, no. 1, pp. 61-66, 2005.
102.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Vezérműlánc hajtás hatásfokának növelése (Increasing the efficiency of timing chain drive) Hoffman László MSc VI. évf. e-mail:
[email protected] Konzulensek: Fábián Csaba, Gépelemek és Hajtástechnika Tanszék (TU Kaiserslautern) e-email:
[email protected] Horák Péter Dr., Gép- és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] A vezérmű hajtásokban a lánchajtás, a szíjhajtás mellett, a leggyakrabban alkalmazott hajtástechnika. A szíjhajtás beruházási költsége rendszerint kisebb, mint a lánchajtásoké, azonban vezérműszíj hajtást adott időszakonként cserélni kell, vele együtt a segédberendezéseit is. Ez jelentős költségeket hordoz. A lánchajtásnál viszont egy gondozásmentes rendszert építünk be, amely összhangban van a motor élettartamával, ezáltal cserére nem szorul. A gyártok egyéni igényeiknek, megfelelő költségelemzésnek és hagyományoknak az alapján döntik el, hogy melyik hajtásmódszert alkalmazzák. A lánchajtás terjedése személygépkocsi motoroknál a gondozásmentesség felértékelődése és egyéb előnyös tulajdonságai miatt növekvő tendenciát mutat. A lánchajtások üzemelése során fellépő káros lengések elkerülése miatt, a lánchajtásokat előfeszítetten kell üzemeltetni. A láncfeszítés miatt a súrlódási veszteségek megnövekednek a hajtásrendszerben. Ezáltal a veszteségeink nagyobbak, mint a szíjhajtások esetében. A dolgozat célja, hogy a keletkező súrlódási veszteségek csökkentésre egy megoldási lehetőséget mutasson. Korábbi kutatások bebizonyították, hogy a láncfeszítés nagysága közvetlenül befolyásolja a veszteségek nagyságát. Jelen dolgozat célja a láncfeszítő erő-, illetve nyomás-minimalizálása, a főtengelyen fellépő csavaró lengések figyelembevétele mellett, hogy a lehető legkiesebb nyomás mellett, a biztonságos üzemelés megvalósítható legyen. Mivel e célok megvalósításához egymásnak részben ellentmondó intézkedésekre van szükség, a láncfeszítés megengedhető legkisebb szintre való csökkentése optimalizálási feladat. A biztonságos üzemelés alapkövetelménye, hogy a lánchúzó erő soha nem csökkenhet le nullára. A lánchúzó erő kísérleti meghatározása csak nagyon nehezen kivitelezhető, ezért a kutatás során egy kombinációs módszert alkalmazunk, amely kísérleti és elméleti lépésekből áll. A vezérműtengely lengéseket méréssel határozzuk meg, majd a parametrizált modellbe integráljuk a mérési eredményeket a lánc húzóerejének a meghatározásához. A dolgozat zárásaként megmutatjuk a láncfeszítés csökkentésében rejlő fejlesztési lehetőséget és értékeljük az alkalmazott módszert.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
103.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Kéttárcsás tribológiai mérőberendezés konstrukciós tervezése (Construction design of a twin disk tribological test rig) Kozma Tamás MSc II. évf. e-mail:
[email protected] Konzulensek: Dr. Horák Péter, BME Gép-, és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] Dr. Magyar Balázs, TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
[email protected] Az egymáson elmozduló testek súrlódását nagyszámú paraméter befolyásolja. A különféle befolyásoló tényezők hatását modellkísérletek segítségével lehet meghatározni. A súrlódási tényező meghatározására gyakran kéttárcsás mérőberendezést (twin disk rig, Zweischeibenprüfstand) alkalmaznak. A TDK dolgozat célja; a Kaiserslauterni Műszaki Egyetem Gépelemek és Hajtástechnika Tanszékén (MEGT) folyó tribológiai kutatások részére egy ilyen mérőberendezés konstrukciós tervezése. A berendezésnek alkalmasnak kell lennie 4200 MPa érintkezési nyomás esetén maximum 0,15-ös súrlódási tényező vizsgálatára. A tárcsák közötti tengelytávolság 80, illetve 100 mm-re legyen beállítható. A tárcsák geometriai viszonyainak (alak, átmérő) változtatása és a különböző tárcsák párosítása lehetővé teszi különféle gépészeti szerkezetek – főként csapágyak, ill. más egymáshoz képest elmozduló gépelemek – súrlódási viszonyainak modellezését. A dolgozat keretein belül a következő feladatok kerülnek részletes kidolgozásra:
104.
Irodalomkutatás a már létező berendezésekről, azok értékelése és a követendő koncepció kiválasztása. A követelményjegyzék részletes összeállítása. A vizsgálatok elméleti hátterének összefoglalása, ezek alapján és a követelményeket figyelembe véve az előzetes konstrukciós számítások elvégzése. A kiválasztott koncepció alapján a berendezés részegységekre való bontása, ezen egységek részletes vizsgálata, majd megoldási változatok keresése, értékelése és kiválasztása. A megtervezésre kerülő konstrukció bemutatása. Egy kiválasztott részegység – a terhelőegység – kidolgozott koncepcióváltozatainak bemutatása.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Tesztberendezés tervezése csapágyon átfolyó áram hatásának mérésére (Designing of tester equipment for measuring the electric current's effect through the bearings)
Széles Dániel MSc II. évf. e-mail:
[email protected] Konzulens: Dr. Kerényi György, BME Gép- és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] Radnai Benjámin, TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik e-mail:
[email protected] A gördülő csapágy igen fontos szerepet játszik a forgógépek többségénél. Ez a gépelem látja el többek közt az alábbi feladatokat: forgórészek alátámasztása, rögzítése, radiális és tengelyirányú terhelések átvétele, súrlódás csökkentése. A legtöbb konstruktőr ezeknek az elvárásoknak, követelményeknek megfelelően tervezi, gyártatja és építteti be ezeket az elemeket. Azonban egy rendkívül fontos, bár sokak által nem ismert probléma a villamos gépekben keletkező "kóboráram" sajnos sokszor elkerüli az ezen a téren tapasztalatlan tervező figyelmét. Ez a berendezések komplexitásából (pl.: szélerőmű) is adódhat: a gyártási, szerelési, üzembetartási tudás és tapasztalatok nem egy kézben vannak, nem egy helyen csoportosulnak. Ez a villamos jelenség sok esetben nem előre betervezett üzemidő kieséshez, magas szervizköltséghez és radikális élettartam csökkenéshez vezethet ̶ előfordulhat, hogy a csapágy tervezett élettartama 10-20 év helyett akár a tizedére csökken ̶ és kihatása lehet továbbá a hajtásban beépített fogaskerekekre és a felhasznált kenőanyagra is. Ezeket a gépelemeket is a már említett kóboráram által gerjesztett mikroszkopikus méretű, de nagy energiájú ívkisülések tehetik idő előtt tönkre. Ezen alkatrészek meghibásodásának összessége hőtermelődéshez, csökkenő kenőképességhez és káros vibrációkhoz vezethet és így a hajtásrendszer idő előtti tönkremeneteléhez. A legismertebb csapágygyártókon kívül Európa több neves egyetemén is (TU Wien, TU Hannover, TU Darmstadt) folyt már ez irányú kutatás. A Kaiserslauterni Műszaki Egyetem Gépelemek és Hajtástechnika Tanszékével együttműködve a TDK dolgozatom célja egy olyan kompakt csapágy-mérőberendezés (FE8) áttervezése olyan módon, hogy alkalmas legyen áram alatt lévő csapágyakra ható különböző tényezők (kontaktfelület nagysága, hőmérséklet, fordulatszám, kenőfilm) hatásának egyenkénti (külön-külön is) vizsgálatára, meghatározására.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
105.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Forrópont-vándorlás hőtani elemzése (Thermal analysis of hot spot migration)
Szűcs Péter MSc I. évf. e-mail: mailto:
[email protected] Konzulens: Dr. Váradi Károly, Gép- és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] Vizsgálatom célja egy féktuskóval végzett fékezési folyamat során jelentkező forrópontvándorlási jelenség tranziens hőtani modelljének megalkotása volt, mely egy 100 másodpercig tartó hőmérsékletmérés felmelegedési görbéit adja vissza, a megfelelő helyen tartózkodó, megfelelő értékű hőforrás iteratív megkeresésével. Kiindulási alapként a BME Közlekedésmérnöki Karának Vasúti Járművek és Járműrendszeranalízis Tanszékén folytatott mérések eredményei szolgáltak, melyek egy diplomaterv keretein belül készültek. A vizsgálatok során két különböző kopási mechanizmust alapul véve vezéreltem az érintkezési zóna növekedését, alakját és mozgását. Az egyik mechanizmus, a hagyományos szemléletű nem-vándorló, az érintkezési tartomány növekedésével együtt növekedő kopási tartományt tekint. A másik a vándorló kopás, melyben a kopási tartomány a forrópont vándorlással összhangban mozdul el oda-vissza úgy, hogy eszerint a vándorló hőforrás jó közelítéssel a mért hőmérsékleti értékeket adja vissza. A valóságban lejátszódó folyamatok során a féktuskó mechanikai, hőtani igénybevételeknek van kitéve és eközben az érintkezési tartományon egy kopási folyamat játszódik le. A mechanikai igénybevételek, valamint a kopás elhanyagolása a feladat közelítő megoldását eredményezi, ugyanakkor a megfelelő helyen lévő, megfelelő nagyságú hőforrás közvetlenül határozza meg az (ennek hatására létrejött) időben is változó hőmérsékletmezőt, amelyre vonatkozóan megfelelő mérések álltak rendelkezésünkre. Az analízisekhez hőmérsékletfüggő anyagjellemzőket használtam. A hőforrás vezérlésénél fontos alapelv volt, hogy a súrlódási folyamat során fejlődött hőteljesítmény működésének helye mindig megegyezik az aktuális érintkezési tartománnyal. Fontos kérdésként jelent meg, hogy a vándorló érintkezési tartomány nagyobb hőáramsűrűsége által létrejött lokális felületdudor méretére milyen hatással van a korábban elhanyagolt tuskóerő. Ennek vizsgálatára tranziens szilárdságtani számításokat is készítettem, melyekhez hőmérsékletfüggő rugalmassági modulust használtam. A számítások során egy hőmérsékleti értékek szempontjából megfelelő időpillanatban összehasonlítottam a vándorló és nem vándorló érintkezési zónát feltételező analíziseknél, a hőtágulás miatt létrejött deformált geometriát, majd numerikus és a Hertzelmélet szerinti analitikus módszerrel vizsgáltam a tuskóerő által okozott deformációt. Eredményként a végeselemes számítások és a hőmérsékletmérési eredmények összevetését, valamint az ebből levonható következtetéseket foglalom össze, melyek szerint a hőtani viselkedés egyértelműen a vándorló kopási mechanizmust igazolta. Irodalom: 1. Szűcs J.: Vasúti féktuskó-kerékabroncs érintkezési és kopási viselkedése, Diplomaterv, Budapest, 2010 2. Liktor, B., Váradi, K.:Kisminta féktuskó hőtani analízise, GÉP, A Gépipari Tudományos Egyesület folyóirata, LXIII. évfolyam, 2012. 67-70. old.
106.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Top-Down felépítésű modellrendszer Formula Student versenyautókhoz (Top-Down model system for Formula Student race cars)
Varga Dávid MSc I. évf email:
[email protected] Konzulensek: Farkas Zsolt Egyetemi tanársegéd, Gép- és Terméktervezés Tanszék email:
[email protected] Marschek Zoltán CAD szakértő, S&T Consulting Hungary Kft email:
[email protected]
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen Formula Student csapatának tagjaként – a 2008-as megalakulás évétől kezdve – folyamatosan részt veszek a versenyautók tervezésében, fejlesztésében és 2009-től az építésében is. A csapat 2010 óta használja a PTC termékét, a Pro/Engineer később Creo Parametric néven ismert CAD szoftvereket, melyben eddig négy autót terveztünk meg. A Formula Student nemzetközi versenysorozat autóinak nagy részét a diákok önállóan hozzák létre. Beleértve a koncepcióváltozatok kidolgozását, értékelését, a több szempontot figyelembe vevő, a csapat számára optimális konstrukció kiválasztását, a gyártást, szerelést, tesztelést és a versenyzést is. A csapat létszámát, a sokrétű feladatokat, ill. felelősségi köröket tekintve ez egy összetett, komplex feladat. Egy autó CAD modellszinten több mint 5000 alkatrészt tartalmaz, melyeknek száma és kidolgozottsága évről-évre növekszik, javul. Egy ilyen nagyméretű modell karbantartásához és fenntartásához elengedhetetlen a részegységek és alkatrészek strukturális rendezettsége, melyet legkönnyebben az ún. fentről-lefelé történő (Top-Down design) tervezési elvvel lehet megvalósítani. Ezek a megoldások és módszerek általában a nagyobb cégek és vállalatok Know-How-jába tartoznak, melyek nem nyilvánosak. A csapat több éves tervezési tapasztalataira alapozva egy saját felépítés-, szabály- és beállításrendszert kellett kidolgozni, melyet munkámban szeretnék bemutatni. Az általam kifejlesztett modell- és felépítésrendszer lehetővé teszi a rendkívül gyors és iteratív tervezést koncepcionális és analitikus megközelítésből is. A felépítés továbbá lehetővé teszi a csoportmunkát, ill. a hozzá készült kezelési útmutató alapján csökkenthető a program betanulási ideje.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
107.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
MECHATRONIKA SZEKCIÓ Helyszín:
D épület. 401.
Időpont:
2012. november 14. 8:30
Elnök:
Dr. Korondi Péter, egyetemi tanár
Titkár:
Devecseri Viktor, doktorandusz
Tagok:
Dr. Ábrahám György, egyetemi tanár Dr. Lipovszki György, egyetemi docens Dr. Wenzel Klára, egyetemi magántanár
8:30 NagyVendel Optikai felületek deflektometriás vizsgálata Konzulens: Dr. Antal Ákos, egyetemi adjunktus
8:50 Lőrincz András Hálózatbarát PFC egyenirányító tervezése és vizsgálata Konzulens:
Stumpf Péter Pál, doktorandusz
9:10 Gárdonyi Gábor, Manhertz Gábor Elektromotoros hajtásrendszer minősítése rezgésdiagnosztikával Konzulensek: Dr. Lipovszki György, egyetemi docens
9:30 Mozsáry László DC törpemotor PID szabályozása Konzulens:
Kovács Bence
9:50 Hofecker Andor Lineáris mozgató eszköz time-lapse fényképezéshez Konzulens: Dr. Antal Ákos, egyetemi adjunktus
108.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
10:10 Major Péter Mélységszenzorok orvostechnikai alkalmazásai Konzulensek: Dr. Tamás Péter, egyetemi docens
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
109.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Optikai felületek deflektometriás vizsgálata Examination of optical surfaces using deflectometry
Nagy Vendel BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Antal Ákos (MOGI)
A méréstechnikában fontos szerepet tölt be az optikai felületek - különös tekintettel a reflektálók - vizsgálata. A reflektáló felületnek köszönhetően strukturált fényt tudunk alkalmazni, amely a felületre jellemző tulajdonságokat magába foglalva arról visszaverődik. Ezt a visszaverődő fényt egy detektor segítségével rögzíteni tudjuk. Ilyen strukturált fényt alkalmazó módszerekből sok különböző változatot ismer a szakirodalom. Ezen eljárások áttekintése során találkoztam a deflektometria jelenségével. A deflektometria egy új eljárás, amely komoly lehetőségeket rejt magában, és amely alkalmazása során periodikusan változó intenzitású képet képezünk le a vizsgálandó felülettel. Ezt a periodikusan változó struktúrát adott fázisértékkel többször eltoljuk [2], majd minden eltolásnál felvételt készítünk. Ezekből a felvételekből ismert matematikai módszerekkel [1] rekonstruálni tudjuk az eredeti felületet. Dolgozatom célja egy olyan rendszer kialakítása, amellyel érintésmentesen tudunk vizsgálni optikai felületeket, valamint meg tudjuk határozni a felület sajátosságait. A dolgozat megírása előtt irodalomkutatást végeztem, amely során megvizsgáltam az optikai felületvizsgálat lehetőségeit. Az irodalomkutatás elvégzése után modelleztem a jelenséget, amely során több, a szakirodalomban megtalálható algoritmust is kipróbáltam. Ezek eredményeit összehasonlítottam. Ezután eltérő, valós felületeken végeztem méréseket. A mérési eredményeket a dolgozatban összefoglaltam és kiértékeltem. Irodalom: [1] Knauer M. C., Kaminski J., Hausler G.: Phase Measuring Deflectometry: a new approach to measure specular free-form surfaces, Proc. SPIE 5457, 2004., pp. 366-377. [2] Stoilov G., Dragostinov T.: Phase-stepping Interferometry: Five-frame Algorithm with an Arbitrary Step, Optics and Lasers in Engineering 28, 1997., pp. 61-69. [3] Morimoto Y., Masaya A., Fujigaki M., Asai D.: Shape Measurement by Phase-Stepping Method Using Multi-Line LEDs, Wakayama University, Japan, 2010. [4] Szwedowicz K. K.: 3D-deflectometry: Fast nanotopography measurement for the semiconductor industry, Technische Universiteit Eindhoven, 2006.
110.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Hálózatbarát PFC egyenirányító tervezése és vizsgálata Design and investigation of a network-friendly PFC rectifier
Lőrincz András MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Stumpf Péter Pál (MOGI)
Ma már kevés olyan modern, villamos energiával működő berendezés és készülék létezik, amely valamilyen elektronikus energia-átalakítót ne tartalmazna. A berendezések nagy része hálózati váltakozó feszültségből előbb egyenirányítással simított egyenfeszültséget vagy egyenáramot képeznek, majd az ily módon képződő közbülső egyenfeszültségből vagy egyenáramból további energia-átalakítók felhasználásával állítják elő az adott alkalmazáshoz szükséges szabályozott villamos mennyiséget. Hogy a hálózatszennyezést csökkentsék, úgynevezett PFC (Power Factor Correction = teljesítménytényező-javító) konvertert építenek be a diódás egyenirányító után. Ennek hatására a fogyasztó ohmos terhelést jelent a hálózat számára, azaz a „hálózatbarát” egyenirányító a fogyasztói oldalon keletkező hálózati szennyezéseket nem engedi kijutni a hálózatra. A TDK munka célja, hogy a mechatronikai mérnöki szerkezetekben gyakran előforduló teljesítménytényező-javító konvertert bemutassa, részletesen ismertesse működésének elvét, és vizsgálja jelenségeit számítógépes szimulációkkal. Emellett nagy hangsúlyt kap a dolgozatban a konverter megtervezése és megvalósítása annak gyakorlati kérdéseire is részletesen kitérve. A dolgozat részletesen leírja a teljesítményelektronikai rész megtervezését és elkészítését, illetve a szabályozási algoritmus dsPIC mikrovezérlőben való implementálását. A gyakorlati megvalósítás tárgyalása során említést teszek a fontosabb tervezési irányelvekről, amelyek figyelmen kívül hagyása akár az áramkör használhatatlanságát is eredményezheti. Kitérek még a számítási lépések optimalizálására is, amely ahhoz szükséges, hogy kellő sebességgel fusson a szabályozási algoritmus a célhardveren. Az általam tervezett konverterhez tartozik egy nyomógombokból és LCD kijelzőből álló felhasználói felület is, ahol is nyomon követhetőek az aktuális mért értékek, beállíthatóak a szabályozás főbb paraméterei és a kívánt kimeneti feszültség. A szabályozási algoritmust és az áramkör viselkedését MATLAB Simulink környezetben vizsgálom. Irodalom: 1. Emadi, A.: Integrated Power Electronic Converters and Digital Control. ISBN: 978-14398-0069-0, CRC Press 2009, Chapter 3 2. O. Dranga, Chi K. Tse and Herbert H. C. IU, István Nagy: Bifurcation behavior of a powerfactor-correction boost converter, International Journal of Bifurcation and Chaos, Vol. 13, No. 10 (2003) 3107-3114, World Scientific Publishing Company 3. AN1106: Power Factor Correction in Power Conversion Applications Using the dsPIC® DSC, Microchip Corp.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
111.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Elektromotoros hajtásrendszer minősítése rezgésdiagnosztikával Vibration diagnostical qualification system for electromotive drive train Gárdonyi Gábor MSc II. évf., Manhertz Gábor MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Lipovszki György (MOGI) Számos iparágban elengedhetetlen egy adott termék összeállításához szükséges építőelemek megfelelő minősége, a gyártáshibás termékek kiszűrése még beszerelés előtt. Ezzel jelentős mennyiségű idő, energia és pénz takarítható meg. Ha az ellenőrző mérések eredményeképp az értékek ezen kívül helyezkednek el, az alkatrészt hibásnak kell elkönyvelni. Ahhoz, hogy egy ilyen minősítési rendszert szoftveresen meg lehessen valósítani, egy megfelelő mérésadatgyűjtő és feldolgozó keretrendszerre van szükségünk. Választásunk a LabView programcsomagra esett, mivel ez a fejlesztői környezet alkalmas a fentebb említett feladatok teljes körű elvégzésre. Munkánk során elektromotoros hajtásrendszerrel foglalkoztunk olyan célból, hogy azok beszerelése előtt kiszűrhessük a gyártáshibás, vagy rendellenes működésű hajtóműveket rezgésdiagnosztikai mérések elvégzése formájában. A mérések elvégzéséhez a termék házára piezoelektromos gyorsulásmérő szenzort rögzítettünk, majd adott mérési paraméterek alkalmazásával méréseket végeztünk a hajtómű mindkét irányban való forgatása mellett. A berendezés felületi rezgéseinek gyorsulásértékeit normalizálást követően egy .wav kiterjesztésű fájlba tároltuk le. A mérést követi az időjel kondicionálása, majd a minősítési eljárás. Ehhez olyan matematikai, vibráció-elemzési módszereket kellett felkutatnunk, melyek együttes működése mellett, megfelelő biztonsággal garantálható a termékek helyes minősítése. A minősítéshez vizsgáltuk a tárolt időjelet, annak frekvencia-spektrumát, valamint egyéb vizsgáló algoritmusokat is alkalmaztunk. Időjel analízisét a gyorsulásértékek figyeltetésével, csúcsok számlálásával valamint az autoregressziós modell felhasználásával szűrt jel vizsgálatát szekvenciális valószínűségi hányados teszttel végeztük, valamint számítottunk Kurtosis értéket is. Frekvenciatartományban magát a spektrumképet vizsgáltuk maszk-illesztéses módszerrel, valamint lényeges volt a hajtómotor alapfrekvenciájának meghatározása is a spektrum alapján. Számítottunk részspektrumokból RMS értéket, alsó és felső frekvencia tartományra képeztünk RMS hányadost, valamint ablakolásos eljárással vizsgáltuk a jel RMS értékének időbeni változását is. Minden módszer külön-külön minősítési eredményt ad. A hibás alkatrészek szinte mindegyike másmilyen defektussal rendelkezik, ezért a kidolgozott eljárások mind más és más elven működnek, különböző hibalehetőségekre lettek kidolgozva. Külön nehézség hogy nem bízhatunk meg bennük maximálisan, ezért a végső eredmény lehet „jó” is amellett, hogy adott számú részminősítés „rossz” eredményt adott, valamint nem kell minden módszernek „rossz” eredményt adnia a termék selejtté nyilvánításához. Az általunk fejlesztett szoftver a tesztek során közel 95%-os megbízhatósági szintet ért el, alkalmazza a fent említett módszereket, képes egy adott termék különböző irányban való hajtásakor végzett mérések összevetésére is, valamint a paraméter szett létrehozásához szükséges algoritmusokat is magában foglalja. Továbbá teljes körű dokumentálási lehetőséget biztosít a mérési eredmények regisztrálására, a nyomon követhetőség céljából. Emellett utat nyit számos fejlesztési lehetőségnek, mint például öntanuló algoritmusoknak a felhasznált paraméterek létrehozásához. 112.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
DC törpemotor PID szabályozása Closed-loop PID control of a DC motor Mozsáry László BSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Kovács Bence (Kalita Kft.)
A termelésben a robotok alkalmazása egyre széleskörűbb, és egyre bonyolultabb feladatok megoldására alkalmaznak különféle robotokat. A robotkarok pozicionálása kulcsfontosságú megoldandó feladat. Cél a pontosság és a gyorsaság növelése, valamint CNC szerszámgépeknél a túllendülést is meg kell gátolni. Egy robot irányításának alapegysége egy robotkar vagy egy csúszóvezeték pozíciójának szabályzása. Az iparban szinte mindenhol alkalmazzák erre a PID szabályzást. Egy egyenesvezeték pozicionálását modelleztem egyenáramú törpemotorral. Az elv ugyanaz, mint egy csuklós kapcsolat pozicionálásánál, a különbség csak a mechanikában van. A hardver egy DC törpemotorból, ehhez kapcsolódó egyenesbevezető mechanikából, egy optikai jeladóból és a vezérlőegységből áll. A hardver egyszerűsége lehetővé tette hogy a feladatot egy 8 bites mikrokontrollerrel oldjam meg, ez magában foglalja a szenzorjel feldolgozását és a vezérlőjel kiküldését. Elvégzett vizsgálatok: A PID szabályzás egy jól ismert és alkalmazott módszer, a dolgozat célja ennek megvalósítása és tanulmányozása kis méretben. A szabályzó PID tagjait a rendszerhez be kell hangolni. A hangoláshoz a gerjesztő alapjelet egységugrás függvénynek választottam, mert ez egyrészt gyakran alkalmazott, másrészt ennél nagyobb alapjelváltozás nem érheti a rendszert. Így könnyen behangolhatóak a P, I, D erősítési tagok. Eredmények, következtetések: A rendszer méretéből adódik, hogy a motorteljesítmény nagyobb a rendszer tömegéhez képest mint egy ipari méretű robotnál. Így a gyorsulások, sebességek nagyobbak. A hangolás csak folyamatos mérés alapján történhet, a túllendülés szemmel nem megállapítható a rendszer gyorsasága miatt. A szabályzót sikeresen behangoltam, a P és D tagokat, viszont az I tag, ami a rendszer statikus hibáját küszöbölné ki kihagytam, mert a PD tagokkal történő beállás pontosságán az I tag nem képes javítani. A tapadási súrlódás miatt a legkisebb mozdítható lépés nagyobb mint a PD tagokkal való beállás pontossága.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
113.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Lineáris mozgató eszköz time-lapse fényképezéshez Linear motion device for time-lapse photography
Hofecker Andor BSc. IV. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Antal Ákos (MOGI), Dr. Sütő Zoltán (AUT)
A természetben vannak folyamatok, amik sokkal lassabban mennek végbe, mint amit az emberi szem észre tud venni. Az emberek az ilyen lassú folyamatoknál csak azt tudják érzékelni, hogy történt változás, de nem látható az égbolt mozgása a Földhöz képest, a napkelte és napnyugta, a jég olvadása, az városi fények változása esténként, egy építkezés előrehaladta, fejlődése vagy éppen az elmúlása egy növénynek. A fényképezésnek köszönhetően meg tudjuk örökíteni az ilyen folyamatokat, és meg tudjuk nézni felgyorsítva, mint egy videót. Mindössze annyit kell tenni, hogy egyforma, viszonylag nagy, időközönként fényképeket kell készíteni az eseményről, aztán a képeket egymás után rakva lejátszani, mint egy videót. Így felgyorsítva látható lesz a változás menete is. Ez az úgynevezett time-lapse fényképezési technika. Ahhoz, hogy létre lehessen hozni egy time-lapse videót, szükség van egy fényképezőgépre, egy állványra, ami a fényképezőgépet tartja, egy automata elsütő berendezésre a fényképezés időzítéséhez, egy fényképészre, aki előre beállítja a szükséges paramétereket, és rengeteg időre. Vannak trükkök és technikák, hogy a videó élményét növelni tudjuk. Ezek közé tartozik a hosszú expozíciós idő alkalmazása a mozgások elmosására, a fényképezőgép mozgatása vagy forgatása, hogy az előtér vagy háttér ne álljon egy helyben vagy követhet a kamera egy tárgyat, hogy hosszabb expozíciós időt lehessen alkalmazni elmosódás nélkül. A berendezéssel, ami a feladat végcélja, lineáris fényképezőgép mozgatást lehet megvalósítani. Ezt a projekt azért jött létre, hogy megvalósítsak egy automata fényképezőgépet lineáris pályán mozgató berendezést elsütési opcióval time-lapse videók készítéséhez. Az irodalomkutatás alatt vizsgáltam meglévő megoldásokat részben és egészben. Kerestem, analizáltam és értékeltem megoldásokat állványokra, egyenes vezetékekre, mozgásszabályzási rendszerekre és fényképezőgép elsütési módszerekre. A tervezés alatt nem csak a technikai paramétereket vettem figyelembe, hanem a pénzügyi meggondolásokat, elérhetőséget és megvalósíthatóságot is. A megfelelő, optimális eszközöket és módszereket kiválasztva amik illenek egymáshoz felépítettem egy rendszer modellt. A model tartalmazza a 3 dimenziós mechanikai modellt, a matematikai modellt a rendszer viselkedéshez és a szabályzókörhöz, az elektromos rendszert és a kezelő programot. A fejlesztés alatt vizsgálatokat, méréseket végeztem a megfelelő paraméterek meghatározásához. A következő lépés egy prototípus létrehozása volt, aminek a tesztelésével fejleszteni lehet a gépet. A végcél egy könnyen gyártható, alsó-középosztályú termék létrehozása, ami fel tudja venni a versenyt a piacon lévő hasonló termékekkel, mind teljesítményben, mind funkcionalitásban és árban.
114.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Mélységszenzorok orvostechnikai alkalmazásai The applications of depth sensors for medical purposes Major Péter MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Tamás Péter (MOGI) A dolgozat a mélységszenzorok orvosi célra való hasznosítási lehetőségeit kívánja bemutatni. A mélységszenzorok, amelyek a hétköznapi kamerákhoz hasonló leképezésű, de az egyes pixelek által leképezett térbeli pontok képsíktól mért távolságát megadó képalkotást végeznek, az egészségügy számos területén alkalmazhatóak. Segítségükkel az emberi testfelületről háromdimenziós modell alkotható, amely lehetőséget ad különböző deformációk (pl. gerincferdülés) automatikus vagy fél-automatikus diagnosztizálására, a testhez jól illeszkedő eszközök, speciális ruhadarabok, támasztékok létrehozására és számos egyéb célra. Előnyük, hogy a képalkotás gyorsan, a betegek zavarása nélkül végrehajtható, nem igényel előkészítést és tetszőlegesen sokszor megismételhető. A dolgozatban két különböző orvosi feladat megoldására alkalmas eszközt szeretnék bemutatni: az első a gerincproblémák diagnosztizálásában kíván segítséget nyújtani, míg a másik a páciens lábáról háromdimenziós modellt készítve speciális, személyre szabott cipők, kaptafák tervezését és gyártását kívánja segíteni. Az első esetben a feladat a hát háromdimenziós modelljének (automatikus diagnózis elvégzéséhez) és egy ál-moaré ábrának a létrehozása (amelyet az ezen végzett diagnosztizálási gyakorlat megléte indokol). A program a mélységszenzor kalibrációs adatait felhasználva ezeket a modelleket a grafikus kártya segítségével valós-időben állítja elő. A geometriai modellekhez a rendszer textúrát is rendel, és az így elkészült modellek szabványos formátumokba exportálhatók. A második esetben egy forgópados szkenner került kialakításra. Ebben az esetben a fő feladat a különböző nézetekben készített háromdimenziós modellrészek összeszerkesztése volt. Erre a dolgozat több megvalósított módszert is bemutat, ezek a leképezendő tárgyakhoz fűződő geometriai követelményekben, teljesítményigényben, illetve zajtűrő képességükben különböznek. Mivel a szoftver modellezési képességei nem kötődnek az egészségügyi területhez, így azok számos más téren is alkalmazhatóak. A dolgozatban részletesen bemutatom az elkészült mérőrendszer felépítését, a mérési eredményeket feldolgozó program működését, annak implementációja során felmerült problémákat, azok megoldásait és a mérési eredményeket. A dolgozat részletesen tárgyalja az alkalmazott mélységszenzorok kalibrációját, leképezésük modelljének megalkotását, a hozzájuk felhasználható szoftvercsomagokat és az ezekkel kapcsolatos nehézségeket. Mivel a szoftver valós idejű megvalósításához hardveres gyorsítás szükséges, a képfeldolgozó algoritmusok implementációja is ismertetésre kerül, hogy bemutathassam a grafikus gyorsítón történő megvalósításhoz szükséges változatatásokat. A dolgozat első részében ismertetem a felhasznált eszközöket, illetve a választási lehetőségeket, ezt követi a mérőrendszer kalibrációjának és leképezésének részletes bemutatása. A dolgozat törzsében a már említett gyakorlati megoldásokat mutatom be, a lezáró rész az eredmények elemzésével és a továbbfejlesztési lehetőségek ismertetésével foglalkozik. Irodalom: 1. Barak Freedman, Alexander Shpunt, Meir Machline and Yoel Arieli: „Depth mapping using projected patterns”, United States Patent Application Publication, Pub. No.: US 2010/0118123 Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
115.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ORVOSTECHNIKA Helyszín:
MT épület, földszinti „Kéklabor”
Időpont:
2012. november 14.
Elnök:
Dr. Dévényi László, tanszékvezető
Titkár:
Pammer Dávid, PhD-hallgató
Tag(ok):
Pelyhe Liza, PhD-hallgató Dr. Ring György, gépészmérnök Dr. Szabadíts Péter, orvos
9:00 Fehlandt Benjamin Sztentek fémmel fedett felületének mérése Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs
9:20 Háznagy Gergely Vénabillentyűk FSI szimulációja Konzulens(ek): Dr. Bárdossy Gergely, egyetemi tanársegéd
9:40
Hosszú Gábor Új típusú antiszeptikus “fixateur externe” csontrögzítő rendszerek mechanikai és anyagtechnológiai fejlesztése Konzulens(ek): Olasz Sándor, PhD-hallgató
10:00 Józsa István A falmozgás hatása a véráramlásra mesterséges hasi aneurizmákban Konzulens(ek): Dr. Paál György, egyetemi docens
10:20 Károly Dóra, Kovács Miksa Koszorúérsztentek mintázatának vizsgálata és szimulációja Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, 116.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Dr. Weszl Miklós
10:40 Lengyel Ákos Patológiás sztentek felkeményedésének vizsgálata Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Dr. Bobor Kristóf, egyetemi adjunktus
SZÜNET
11:20 Nádai Lilla, Katona Bálint Baktériumok megtapadását gátló titán-dioxid nanostruktúrák kialakítása implantátum alapanyagok felületén Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Dr. Weszl Miklós
11:40 Sélley Torda László Különböző koszorúérsztentek összehasonlító vizsgálata Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Nagy Péter, PhD-hallgató
12:00 Sélley Torda László, Bán Melinda A vezetődrót értágítóban való mozgása során felmerült probléma esettanulmánya Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Nagy Péter, PhD-hallgató
12:20 Terdik Andrew Attila Teljes emberi állkapocscsontok elemzése képalkotó technikával Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Dr. Weszl Miklós
12:40 Tóth-Ilkó Ákos Rejtett sztent markerek láthatósági vizsgálata Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Nagy Péter, PhD-hallgató
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
117.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Sztentek fémmel fedett felületének mérése Measurement of the metallic surface area of stents Fehlandt Benjamin BSc III. évf. Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dr. Dobránszky János, tudományos főmunkatárs, Anyagtudomány és Technológia Tanszék A sztentek feltágítást követően az ér belső felületével érintkeznek, így a fémmel fedett felület paraméternek az ismerete igen fontos. A beültetést követően folyamatosan érintkezik a fém és az adott érszakasz, ezért a biokompatibilitásnak kiemelt jelentősége van. Éppen emiatt szükséges meghatározni egyéb, a sztent mintázatával összefüggő jellemzőket is, például a cellaméretet, a bordák szögét, a profilátmérőt, amely a ballonra krimpelt sztent legnagyobb átmérője, amely meghatározza, hogy a sztent átfér-e az adott szűkületen [1]. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Anyagtudomány és Technológia Tanszékén a fémmel fedett felület mérésére két különböző módszert dolgoztak ki. Az egyik esetében a sztentet egy tengelyre húzzuk fel, sztereomikroszkóp alá helyezzük és 15 fokonként forgatva felvételeket készítünk róla, amelyeket képfeldolgozó szoftver segítségével összeillesztünk. A másik módszer esetében a sztentet egy motorral hajtott tengelyre húzzuk fel és egy lapolvasó segítségével készítjük el a kiterített mintázatot. Munkámban bemutatom és összehasonlítom a két módszert, a felmerült problémákat és az eredményeimet. Nagy hangsúlyt fektetek a bordák szögeinek és a fém felület mérésére. Kísérleteim, megfigyeléseim és az ezáltal felmerülő ötleteim segíthetik a jövőbeli fejlesztéseket. Irodalom: [1] MSZ EN ISO 25539-2: Cardiovascular implants. Endovascular devices. Part 2: Vascular stents (ISO 25539-2:2008)
118.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Vénabillentyűk FSI szimulációja Simulating venous valves using two-dimensional fluid-structure interaction
Háznagy Gergely MSc II. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Bárdossy Gergely, egyetemi tanársegéd Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék A nagyvérkörben a vénás hálózatnak fontos szerepe van, itt történik a szén-dioxidban dús vér visszajuttatása a szívbe. Az emberi test alsó végtagjaiban, a vér szív felé történő szállításában fontos funkciót töltenek be a vénabillentyűk, amelyek visszacsapó szelepként működnek és megakadályozzák a vér helytelen irányba történő áramlását. A vénabillentyűk körüli áramlás szimulációja fontos lehet az orvostudomány számára, lehetőség nyílik például a leválások és a pangó zónák meghatározására, illetve a leválási zónákban a vér tartózkodási idejének megbecsülésére. Az Ansys programcsomag segítségével dolgoztam fel a problémát, kétdimenziós geometriát [1] alkalmaztam és kapcsolt (Fluid-Structure Interaction - FSI) szimulációkat hajtottam végre. Először Ansys CFX-ben adott háló használatával a billentyűk kinyílását vizsgáltam. A vénabillentyűket szilárd közegként definiáltam, a vénás érszakasz belső tere pedig a folyadék közeg. A szimulációkban felhasználtam az úgynevezett mesterséges kompresszibilitást. E beállítás a billentyűk közvetlen környezetében összenyomható közeget hoz létre, javítja a konvergenciát, és ennek segítségével tudtam csökkenteni a Young modulust, illetve növelni a tágulás mértékét. A szimulációk ennek ellenére instabilnak bizonyultak, a billentyűk csak csekély mértékben deformálódtak. Következő lépésben áttértem Ansys Fluentre, ahol már egy eltérő hálóval nemcsak a elmozdulásnak a hálóra kifejtett hatását vizsgáltam, hanem újrahálózást is alkalmaztam. A cél az volt, hogy a billentyűk minél nagyobb mértékben kinyíljanak, miközben új háló generálódik abban a térrészben ahol a billentyűk mozognak. Ebben az esetben is felhasználtam a mesterséges kompresszibilitást. Ennek ellenére a számítások a kívánt számítási idő előtt hibával leálltak. Ekkor a hálóban olyan cellák keletkeztek, amelyek negatív térfogatúak voltak, ezért a vér közeg helyett kompresszíbilis közeget, levegőt alkalmaztam. Az összenyomhatóság jelentős mértékben javítja az FSI szimulációk stabilitását, így nagyobb elmozdulásokat lehetett létrehozni. A dolgozatban bemutatom az alkalmazott geometriát és a numerikus hálókat, illetve ismertetem a szimulációk során elért eredményeket. Irodalom: [1] Kweon Ho Nam,Eunseop Yeom, Hojin Ha, Sang-Joon Lee: Velocitiy field measurement of valvular blood flow in a human superficial vein. Int J Cardiovasc Imaging 28:69–77, (2010).
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
119.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Új típusú antiszeptikus “fixateur externe” csontrögzítő rendszerek mechanikai és anyagtechnológiai fejlesztése Mechanical and material development of new antiseptic external fixation system Hosszú Gábor MSc II. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Olasz Sándor, PhD-hallgató, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Az ún. “fixateur externe” azaz a külső csontrögzítési technika már Hippokratészt is foglalkoztatta az ókorban, szélesebb körű alkalmazására azonban csak az 1960-as évek végén, a vietnámi történések hatására került sor. A háborúban ugyanis rengeteg csonttörést szenvedett sérültet kellett ellátniuk a tábori orvosoknak, akiknek gyors és egyszerű megoldást kellett találni a rehabilitációra, melynek alapja a csontok megfelelő rögzítése. Habár a módszer egyszerűségének, és gyorsaságának köszönhetően az egész világon elterjedt, hivatalos statisztikák szerint az eljárást követően a betegek körülbelül 50%-án jelentkezik valamilyen elfertőződés [1]. Ennek leggyakoribb helye a szerkezet vázát rögzítő nyársak furata. Jelen TDK dolgozat elsődleges célja a posztoperációs elfertőződések problémának újragondolása, és egy modern antiszeptikus hatású felület létrehozása, annak részletes bevizsgálása, esetleges emberi alkalmazásának előkészítése. A kiírt feladat szerint a dolgozatom második fő célja a nyársak mechanikai áttervezése nagy múltú Országos Traumatológiai Intézet jogutódjával, jelenlegi nevén a Péterfy Kórház Baleseti Központjának Szeptikus Osztályával együttműködve. Az ezüst antibakteriális hatását már az ókorban ismerték, jelen tanulmányban mi is ebből indulunk ki az újfajta baktericid bevonat létrehozásakor [2,3]. Egyszerű vegyszerekkel kicsapatást majd polírozást alkalmaztunk, hogy kellő mennyiségű, jól feltapadt nano ezüst szigeteket hozzunk létre a felületre, közvetlenül a legfelső Beilby-rétegbe ágyazva. Az eredeti nyársak anyagát is megváltoztattuk. Az orvostechnikában alkalmazott saválló acélról titánra tértünk át, a fémérzékenység elkerülésére, valamint a biokorrózió csökkentése céljából [4]. A mechanikai áttervezés 3 részből állt. Először a menetet egy más profilú menetre cseréltük, hogy jobb kötési szilárdságot érjünk el. Másodszor egy csigafúró élére hasonlító másodlagos menetet illesztettünk, ennek célja a könnyebb becsavarhatóság. Ugyanebből a célból a nyárs hegyét is átterveztük. Végül a becsavarásnál alkalmazott, befogáshoz tartozó poligonkötést terveztük át, a könnyebb és stabilabb befogás érdekében. A mechanikai és anyagtechnológiai áttervezés eredményeit mechanikai és kémiai tesztekkel vizsgáltuk. Mechanikai vizsgálatok között szerepel a szakítóvizsgálat és a becsavarási nyomaték mérése. Kémiai vizsgálatok a bevonat ellenőrzésre irányultak. Abszorpciós vizsgálatot és állatkísérleteket végeztünk. Irodalom: [1] Pin tract infection with external fixation of pediatric fractures - Johannes Schalamona, Thomas Petnehazya, Herwig Ainoedhofera, Ernst B. Zwickb, Georg Singera, Michael E. Hoellwartha - Journal of Pediatric Surgery – 2007 [2] Silver coated materials for external fixation devices: in vitro biocompatibility and genotoxicity- M. Bosettia, A. Mass"eb, E. Tobinc, M. Cannasa - Biomaterials – 2001 [3] Deposition of silver nanoparticles on titanium surface for antibacterial effect International Journal of Nanomedicine – 2010 [4] Csontrögzítő csavarok fejlesztése – Olasz Sándor – Diplomamunka – BME Anyagtudomány és Technológia Tanszék - 2010 120.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A falmozgás hatása a véráramlásra mesterséges hasi aneurizmákban Effects of wall motion on the blood flow in artificial abdominal aortic aneurysms Józsa István Tamás MSc I. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Paál György, egyetemi docens, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék Az emberi test működésének tanulmányozása alapos tudást igényel a tudomány több területén (élettan, anatómia, áramlástan, szilárdtest mechanika, stb.). Ennek felismerése szoros együttműködésre sarkallja az orvosokat és a mérnököket. Úgy gondolják, hogy a hemodinamikai folyamatok megértése hozzájárulhat az érrendszeri betegségek diagnosztizáláshoz, gyógyításához, és kialakulásuk okainak feltárásához. Az aneurizma helyhez kötött, vérrel telt kitüremkedés az érfalon. A kialakulás helye alapján leggyakrabban agyi, és hasi aneurizmák fordulnak elő. Nem minden aneurizma veszélyes. A klasszikus megközelítés szerint az aneurizma méretének növekedésével nagymértékben emelkedik a repedés valószínűsége, ami akár halálos is lehet. Bár léteznek sebészi eljárások [1], amelyekkel csökkenthető a repedés esélye, de ezek kockázatos műtétek, és nem garantálják a gyógyulást. Az aneurizmák kialakulásának okai még ismeretlenek, de a kutatók erős fizikai, kémiai, és biológiai kölcsönhatást fedeztek fel az érfal és a véráramlás között. Egyrészről a pulzáló nyomás, és a csúsztatófeszültségek is deformálják az érfalat, másrészről a fali csúsztatófeszültség befolyással van az érfal felépítésére is. A fal belső felületén megtalálható receptorok a véráramlás fizikai jellemzőitől függően biológiai jeleket közvetítenek az érfal felé, ezzel szabályozva annak sejtszerkezetét, és mechanikai tulajdonságait is [1]. Munkám során kizárólag hasi aneurizmákkal foglalkoztam. A kémiai folyamatokat teljesen figyelmen kívül hagytam, és csak a rugalmas fal, és a véráram közötti mechanikai kölcsönhatást vettem figyelembe. Az irodalom [2], és orvosi képalkotó eszközök felvételei alapján létrehoztam néhány mesterséges geometriát reális geometriai méretekkel. A geometriák diszkretizálása után számos áramlásszimulációt futtattam az ANSYS 14.0 programcsomaggal. Az áramlást laminárisnak feltételeztem, a vért newtoni folyadékként modelleztem, a falra pedig lineáris anyagmodellt alkalmaztam. A munka távlati célja, hogy feltárjam az egy-, és kétirányú kapcsolás közti különbségeket, mind az áramlás mind a fal szempontjából. A vizsgálat merevfalú szimulációkra is kiterjedt, amivel megpróbáltam feltárni az eltérések okait. Az eredményeket összevetettem más kutatók munkáival, és egyszerű mérésekkel. A szilárd és a folyadék oldalon egyaránt elvégeztem a szükséges háló-konvergencia vizsgálatokat. Ezen kívül sikerrel alkalmaztam egy új módszert a bemenő-, és a kimenő- peremfeltételek definiálására, mellyel lehetségessé vált az artériás érhálózat tetszőleges részén peremfeltételeket előírni 3D-s szimulációkhoz. A peremfeltételek új forrása a tanszéki fejlesztésű egydimenziós tranziens szimulátor [3]. Munkám eredményeképpen remélhetőleg lehetőség nyílik a rendkívül idő-, és erőforrás-igényes kétirányú FSI szimulációk egyszerűsítésére. Irodalom: [1] Juan C. Lasheras: The biomechanics of arterial aneurysms. Annual Review of Fluid Mechanics, 39:293-319 (2007). [2] Carla J. Egelhoff, Ralph S. Budwig, Donald F. Elger, Tariq A. Khraishi, Kaj H. Johansen: Model studies of the flow in abdominal aortic aneurysms during resting and exercise conditions. Journal of Biomechanics, 32: 1319-1329 (1999). [3] Bárdossy Gergely: Véráramlás modellezése a nagyvérköri artériákban és vénákban. Doktori értekezés (2012). Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
121.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Koszorúérsztentek mintázatának vizsgálata és szimulációja Investigation and simulation of coronary artery stent patterns
Károly Dóra MSc I. évf., Kovács Miksa MSc I. évf.
[email protected],
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dr. Weszl Miklós, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Szívünk szervezetünk motorja, így nagyon fontos, hogy minden eszközzel megvédjük és támogassuk működését. A szív- és érrendszeri megbetegedések száma Magyarországon az összlakosság több mint 10%-át érinti, valamint vezeti a morbiditási és mortalitási statisztikákat, és jelenleg is emelkedést mutat, így az érbetegség megelőzésére tett minden erőfeszítés kiemelt jelentőségű. A sztenteket (értágító betéteket) széles körben használják az ilyen betegségek kezelésében. Célunk a sztentek fémmel fedett felületének mérésére szolgáló metódusok elsajátítása és összehasonlítása, majd az alkalmasabb módszerrel több sztent mintázatának meghatározása és az eredményül kapott képek alapján 3D-s modellek készítése, valamint azokon végeselemes szimulációkat végezve a sztentmintázatok összehasonlítása. A koszorúérbetegség gyógyításában nagy hátrányt jelent az erek újraszűkülése, resztenózisa, amit befolyásol a sztentek fémmel fedett felületének (MSA) nagysága. Az MSA paraméter egy viszonyszám, ami a sztent fémes palástfelületének és a lefedett érszakasz felületének százalékban megadott arányát jelenti. Alkalmazástechnikai szempontból a túl nagy viszonyszám nem jó, mert túl nagy az érfallal érintkező felület, amelynek hatására megnő a vérrögképződés veszélye, ezáltal az ér visszaszűkülésének esélye is. A túl kis viszonyszám pedig szilárdsági problémákhoz vezethet. A fémmel fedett felületet, a legnagyobb és legkisebb cellák méreteit és az ezekbe írható legnagyobb átmérőjű körök méreteit elméletben értelmeztük, majd gyakorlatban több sztenten mértük meg és értékeltük ki. A méréseket két módszerrel végeztük; az egyik sztereo-mikroszkópos vizsgálat volt, míg a másik egy új fejlesztésű mérési elrendezés, ami egy szkennert és egy forgatóberendezést integrál. Mindkét módszer a sztentmintázat síkba való leképezésén alapszik. Az első esetben a sztent palástjának egyes szegmenseiről precíziós forgatóberendezéssel készített képek képelemző szoftverrel való egyesítését elvégezve kaptuk meg a feltágított sztent mintázatának terítékét. A második módszernél a szkennerrel való beolvasás után szerkesztés nélkül kaptunk egész képet a sztentmintázatról. Az eredményeket és a módszereket összehasonlítottuk. A kiértékelt képek alapján elkészítettük több sztent térbeli modelljét. A sztentek mintázata nagyban befolyásolja több funkcionális tulajdonságukat is, ezért a modelleket az eredeti (egyszerűsítés nélküli) geometria alapján terveztük meg. A modelleken végeselemes módszerrel szimulációkat is végeztünk. Így a roncsolásos vizsgálatokat nem kellett a sztenteken elvégeznünk, hanem elég volt a modelleken szimulálnunk. Az eredmények alapján javaslat adható a legjobb (legtöbb tulajdonságban kedvező értéket adó) sztentmintázat kiválasztására és egy még megfelelőbb mintázat kialakítására, amely ötvözi az általunk vizsgált különböző geometriájú sztentek pozitív tulajdonságait.
122.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Patológiás sztentek felkeményedésének vizsgálata Examination of strainwork hardening of pathology stents Lengyel Ákos MSc I. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dr. Bobor Kristóf, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Napjainkban a modern gyógyászat fejlődésének köszönhetően olyan eszközök és módszerek állnak az orvosok rendelkezésére, amelyek sikeres alkalmazása akár több évtizeddel is meghosszabbíthatja életünket. Az elmúlt 30 évben megoldást találtak például több rendkívül gyakran előforduló szív- és érrendszeri megbetegedés kezelésére az úgynevezett sztentek alkalmazásával, amelyekkel eredményesen védekezhetünk a sokszor halálos kimenetelű érszűkület és ütőértágulat ellen. A sztent egy olyan biokompatibilis anyagból készült hálós cső, amelyet „összenyomott” állapotban egy katéter segítségével ültetnek be az érszűkület (vagy értágulat) helyére. A sztentet megfelelő méretűre tágítva képes visszaállítani az ér eredeti átmérőjét, ezáltal biztosítani a vér zavartalan keringését. A sztentek feltalálásuk óta hatalmas fejlődésen mentek keresztül, ennek köszönhetően napjainkra alkalmazásuk rutinszerűvé vált a kardiológiában. Egyre több ember esik át sztent-műtéten, így a sztentek megbízhatósága és élettartama kulcsfontosságúvá vált, hiszen emberek élete múlhat egy esetleges hibán. Koszorúérsztentek esetében több olyan cikk jelent meg az elmúlt 5 évben, amely jóval a beültetés után bekövetkező sztenttörésről számol be. A sztenttörések komoly problémát jelentenek, hiszen a törés során keletkező éles töretfelület könnyen felsértheti az érfalat. Egyes források szerint hatóanyag-kibocsátó sztentek alkalmazása során az esetek 29%-ban következik be sztenttörtés [1,2]. Ez a drámaian rossz arány teszi indokolttá a jelenség komolyabb vizsgálatát. Dolgozatomban a sztenttörések okának feltárásával foglalkozom, amelyhez elhunytakból eltávolított 316 LVM anyagú koszorúérsztenteket volt lehetőségem megvizsgálni. Hipotézisem, hogy a sztent beültetésekor a ballonkatéterrel végzett feltágítás és a szívizom képes lehet olyan mértékű képlékeny alakítást végezni a sztenten, amely ennek hatására úgy felkeményedhet, hogy a folyamat töréshez vezethet. A feltevés helyességének ellenőrzése céljából a feltágításból adódó felkeményedést végeselemes modellezéssel, a szívizom okozta keménységnövekedést csiszolatba ágyazott patológiás sztenteken mértem. A két vizsgálat összekapcsolásához a patológiás sztentekkel megegyező típusú, szintén beágyazott, feltágított sztentek keménységét is vizsgáltam. Ez utóbbi mérés eredménye referenciaként szolgált a modellezés helyességének és a szívizom okozta keménységnövekedés megállapításához. Irodalom: [1] Gaku Nakazawa, MD, Aloke V. Finn, MD, Marc Vorpahl, MD .et.al.: Incidence and Predictors of Drug-Eluting Stent Fracture in Human Coronary Artery, A Pathologic Analysis, Journal of the American College of Cardiology Vol. 54, No. 21, 2009 [2] Pil-Ki Min, Young-Won Yoon, Hyuck Moon Kwon.: Delayed strut fracture of sirolimuseluting stent:A significant problem or an occasional observation?, International Journal of Cardiology 106 (2006) 404– 406
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
123.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Baktériumok megtapadását gátló titán-dioxid nanostruktúrák kialakítása implantátum alapanyagok felületén Formation of titanium-dioxide nanostructures and investigation of their antibacterial effect on the surface of medical grade implant materials
Nádai Lilla MSc I. évf., Katona Bálint Msc I.évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dr. Weszl Miklós, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Napjainkban egyre gyakoribb a titán implantátummal történő fogpótlás, viszont sajnálatos módon az utóbbi években jelentősen nőtt a fogászati implantátumok bakteriális befertőződéséből adódó szövődmények száma. A helyzetet tovább súlyosbítja a baktériumok növekvő ellenálló képessége a hagyományos antibakteriális gyógyszerekkel szemben, amely alternatív technológiák kidolgozását sürgeti. TDK dolgozatunk fő célkitűzése egy olyan felületmódosító eljárás volt, amely segítségével csökkenthető lehet a fogászati titán implantátumok bakteriális befertőződésének esélye. A forgalomban lévő fogászati implantátumok esetében leggyakrabban ötvözetlen titánt (Grade 2) alkalmaznak, de emellett a 6% alumíniumot és 4% vanádiumot tartalmazó titán (Grade 5) is előfordul alapanyagként. Az ezekből készült implantátumok alapanyagát rendszerint húzással állítják elő, viszont Grade 2es titánból könyöksajtolással nanoszemcsés kristályszerkezettel rendelkező alapanyagot is gyártanak. Az eltérő alapanyagok különbözőképpen reagálnak mind a megmunkálásra, mind pedig az egyes felületkezelési eljárásokra, így több felületi struktúrát és geometriai változást vizsgálhattunk párhuzamsosan végzett kísérletsorozatokban. Kísérleteinkhez a rudakból 2 mm vastag korongokat munkáltunk ki esztergálással. A korongok felületén három különböző felületkezelési eljárást alkalmaztunk, úgymint kémiai maratás, elektropolírozás és anódos oxidáció. A kémiai maratás során az időt (0,25-10 perc), az elektropolírozás során az áramsűrűséget (0,01-0,5 A/cm2) és az időt (1-4 perc), anodizálás során pedig a feszültséget (10-200V) változtattuk. A savmaratás során kialakuló titán-dioxid rétegben mikrométeres mérettartományba eső felületi egyenetlenségek jönnek létre, amely elősegíti a csontképző sejtek megtapadását, de egyszersmind kedvez a baktériumok megtelepedésének is (pozitív kontroll csoport). Ezzel szemben az elektropolírozott titán-dioxid felületen nem képesek megtapadni sem a csontképző sejtek, sem pedig a baktériumok (negatív kontroll). Anódos oxidáció során viszont a titán-dioxid réteg felületén különböző nanostruktúrák alakulnak ki az alkalmazott paraméterek függvényében. Az ilyen módon létrejött titán-dioxid nanostruktúrák várhatóan elősegítik a csontképző sejtek megtapadását az implantátum felületén, viszont lokálisan meggátolhatják a baktériumok megtelepdését (1). A felületkezelt mintákat optikai(sztereo- és fémmikroszkóp) és elektronmikroszkóppal, atomerő mikroszkóppal, Ramanspektroszkópiával vizsgáltuk és tanulmányoztuk a kialakult struktúrákat. Ezt követően 300 mintánkon a drezdai Max Bergmann Intézetben bakteriológiai kísérleteket is végeztünk, amelyek eredményeként meghatározható, hogy melyik felületkezelési eljárás milyen mértékben befolyásolja a baktériumok megtelepedését. Irodalom: [1] S.D. Puckett, E. Taylor, T. Raimondo et al.: The relationship between the nanostructure of titanium surfaces and bacterial attachment. Biomaterials 31 (2010) 706-713
124.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Különböző koszorúérsztentek összehasonlító vizsgálata Comparative study of different coronary stents
Sélley Torda László Msc I. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Nagy Péter, PhD-hallgató, Anyagtudomány és Technológia Tanszék A szív- és érrendszeri betegségek világszerte a vezető halálokok közé tartoznak annak ellenére, hogy megfelelő életmóddal jelentősen csökkenteni lehetne a kialakulásukat. Középés Kelet-Európában még a világátlagnál is riasztóbb a helyzet, ugyanis ezekben a régióban a kardiovaszkuláris betegségek minden második halálesetért felelősek. A magyarországi halálozások több mint a fele szív- és érrendszeri betegségeknek tulajdonítható, ezek közül is a koszorúér-betegség a legfőbb halálok. A szív- és érrendszeri megbetegedések során kialakult meggyengült vagy éppen elmeszesedett eret ballonkatéter segítségével tágítják ki. A kezelt érszakaszt sztenttel, azaz egy értágítóbetéttel támasztják ki. Segítségével a további szűkülés csökkenthető, illetve a resztenózis – az ér visszaszűkülése – esetében pedig a beavatkozás megismételhető [1]. Az Anyagtudomány és Technológia Tanszéken több mint tizenkét éve folynak kutatások különböző orvosi eszközökkel kapcsolatosan. Értágítóbetétek fejlesztése mellett kereskedelmi forgalomban kapható termékek vizsgálatával, szakvéleményezésével is foglalkoznak. Dolgozatom témája az angioplasztika egyik eszköze, a sztent. Munkám során rendszerezem a tanszéken eddig megvizsgált sztentek mért tulajdonságait. Ahol szükséges, befejezem, kiegészítem a méréseket. Továbbá teljesen új sztenteket is vizsgálok a már meghatározott eljárások alapján [2]. A sztenteken elvégzendő vizsgálati eljárást a roncsolásmentes tesztekkel kezdem. Meghatározom a profilátmérőt (mérem a krimpelt állapotú sztent átmérőjét gyűrűnként), a tágulási rövidülését (a feltágítás utáni hosszúságváltozás mértéke), a visszaugrást (a feltágítás utáni átmérőváltozás mértéke), a sztent mintázatot (fémmel fedett terület), és ebből a legkisebb és a legnagyobb területű cellát, illetve a berajzolható legnagyobb átmérőjű kör átmérőjét. Ezt követően roncsolásos mérésként oldalági tágítást és a tágított cella területét határozom meg, vagy a sztentrendszer hajlékonyságát vizsgálom szakítógép segítségével. A mért adatokat rendszerezem, a kapott eredmények alkalmasak lesznek a vizsgált sztentek tulajdonságainak összehasonlítására. Az így összegyűlt adatbázis jelentős segítséget nyújt a jelenleg futó sztent fejlesztéssel kapcsolatos munkáinkban. Irodalom: [1] E. G. Nabel: Cardiovascular Disease. N Engl J Med. 349 (2003) 60-72. [2] E. Bognár: Koszorúérsztentek passzív és aktív bevonatai és bevonatolási technológiája, PhD-értekezés BME ATT (2009)
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
125.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A vezetődrót értágítóban való mozgása során felmerült probléma esettanulmánya Case study of the guide wire in vasodilators movement problems
Sélley Torda László MSc I. évf., Bán Melinda BSc IV. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Nagy Péter, PhD-hallgató, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Napjainkban a daganatos megbetegedések mellett a keringési szervek, a szív és az erek betegségei fordulnak elő leggyakrabban. A ma emberének egészségét elsősorban a szív és az érrendszer megbetegedései veszélyeztetik. Jelen dolgozatban a koszorúerek megbetegedését követő szívbetegségek egy csoportján segítő eljárás értágító eszközének vizsgálatát tűztük ki célul [1]. Koszorúérbetegség gyanúja esetén igen fontos a tünetek, valamint a szívinfarktus szövődményeinek (például szívritmuszavarok) kezelése. Ennek egyik leggyakrabban alkalmazott módja az érszakasz mechanikus megnyitása katéter segítségével. Az érelzáródás mechanikus megnyitása során jelent segítséget az értágító hüvely. A hüvelyen keresztül jut be az a vezetődrót az emberi testbe, amin keresztül egy sztent beültetése is történhet. A sztent egy hálós falú, általában fémből vagy polimerből készült, biokompatibilis cső, melyet leggyakrabban elzáródó erekbe helyeznek fel. Az értágító hüvely vékony polimer cső, amelyen keresztül a katéter kerül átvezetésre, s ezen keresztül kerül végrehajtásra a beavatkozás vagy vizsgálat [2]. Tudományos diákköri munkánk célja egy intravaszkuláris beavatkozásoknál alkalmazott eszköz használata során kiderült probléma okának a feltárása volt. Az eszköz egy úgynevezett introducer (értágító) volt, amelyben elakadást mutatott a rajta átvezetett vezetődrót névleges megfelelő méretei ellenére. A probléma akkor adódott, amikor a korábban bevált, jól működő értágítót lecserélték egy újonnan rendelt típusra. Az értágító hüvelyt megfelelő roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálatoknak vetettük alá, hogy megtudjuk, mi okozhatta az adott hibát. Vizsgáltuk az eszközök átmérőit, az egymással való kölcsönhatásukat – szakítógéppel az elmozdulás–erő függvény alapján a tapadást –, valamint az érintkező felületek érdességét. A kutatásunk során négy darab jól működő és egy darab hibás eszközt vizsgáltunk [3]. Vizsgálataink során ki fog derülni, hogy a hibás eszköz mely részével van probléma – pl. geometriai paraméterek, alapanyag-használat. Munkánkkal szeretnénk segítséget nyújtani az ilyen és ehhez hasonló gyakorlati, klinikai problémák elkerüléséhez. Irodalom: [1] E. G. Nabel: Cardiovascular Disease. N Engl J Med. 349 (2003) 60-72. [2] G. Mani, M. D. Feldman, D. Patel, C. M. Agrawal: Coronary stents: A materials perspective. Biomaterials 28 (2007) 1689-1710. [3] Cordis Radial Ease Sheat Introducers, 155-8090 (2012)
126.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Teljes emberi állkapocscsontok elemzése képalkotó technikával Investigation of intact human mandibles by imaging technique
Terdik Andrew Attila SE FOK O
[email protected] Konzulens(ek): Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dr. Weszl Miklós, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dolgozatomban áttekintem az emberi állkapocscsont felépítésével, terheléseivel és anyagtulajdonságaival kapcsolatos publikációkat. Nemzetközi szinten kiemelt figyelmet fordítanak a kutatók az állkapocscsonthoz kötődő kísérletekre, vizsgálatokra, különös tekintettel a fogimplantológiai célokra. Több cikkben mérik az állkapocscsont bizonyos részegységeinek jellemző méreteit és ezek alapján vonnak le következtetéseket a terhelhetőségre [1], míg mások mandibula metszeteken végeztek mechanikai vizsgálatokat és ezeket terjeszik ki a teljes csonttra [2]. Rendkívúl kevés az olyan publikáció, amelyben a teljes mandibulát elemzik. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Anyagtudomány és Technológia Tanszékén több, mint 12 éve foglalkoznak aktívan orvostechnikai eszközök vizsgálatával és fejlesztésével. Éppen ezért a tanszéken kialakult tapasztalatok jó kiinduló alapot adtak kutatásaimhoz. Célom, hogy nagy felbontasú CT (YXILON Y.CT Modular) felvételek segítségével részletes elemzést készítsek egy állakpocscsont topográfiájáról. Az általam vizsgált állkapocscsont humán kadaverekből származnak. A vizsgálattal meghatározom a teljes mandibulában található csontállomány mennyiségét, a mandibula teljes térfogatát. Jelenleg 1 db mandibula áll rendelkezésemre és ezen végeztem el az elemzéseket. A rétegfelvételeket 0,1 mm-enként készítettem X, Y és Z irányban haladva egyaránt Az így létrejött képeket, megközelítetően 3×500 darabot mandibulánként, egy szoftver segítségével elemeztem azok szürkeségi szintje alapján. A program a szürkeségi szint alapján elkülönítette a csontos állományt a lágy szövetektől. Ezzel ismertté válik, hogy a teljes csontállomány hány százaléka effektív tartószerkezet és mennyi, amely nem vesz rész a teherviselésben. A későbbiekben ezt a vizsgálatot számos mintán megismételve statisztikai következtetések vonhatóak le, ami alapján meghatározható például a terhelhető csontállomány mennyisége az életkor és a nem függvényében. Ez az információ alapjaiban befolyásolhatja a beültetendő implantátum geometriáját és az implantációs stratégiát. Ezen felül a megszerzett ismeretek birtokában a csontpótlási módszerek alapjainak kidolgozása is megvalósulhat. Irodalom: [1] C.L. Schwartz-Dabney, P.C. Dechow: Edentulation Alters Material Properties of Cortical Bone in the Human Mandible. J DENT RES, September 2002; vol. 81, 9: pp. 613-617. [2] Carl E. Misch, Zhimin Qu: Mechanical properties of trabecular bone in the human mandible: Implications for dental implant treatment planning and surgical placement. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Volume 57, Issue 6 , Pages 700-706, June 1999.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
127.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Rejtett sztent markerek láthatósági vizsgálata Visibility of hidden stent markers
Tóth-Ilkó Ákos Msc I. évf.
[email protected] Konzulens(ek): Nagy Péter, PhD-hallgató, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Dr. Bognár Eszter, egyetemi adjunktus, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Az angioplasztika az elzáródott érszakaszok helyreállítását célzó műtét, amely során speciális értágítóbetétet, úgynevezett sztentet ültetnek be az elzáródott szakaszba. A beültetés közben az orvosok vezetőkatéteren keresztül, vezetődrót segítségével röntgensugaras követéssel juttatják el a sztentet a célhelyre, ahol azt feltágítják, megnövelve ezzel az ér belső átmérőjét a vér átjárhatóságának érdekében. A sztent röntgensugaras láthatósága azonban nem mindig kielégítő, így egyes esetekben a láthatóságot fokozó úgynevezett markerekkel látnak el sztenteket. A sztent mozgásának nyomonkövetésében, pozícionálásában, majd későbbi beazonosításának megkönnyítésében nyújtanak segítséget. A markereket különböző technikákkal hozzák létre, amelyek közös jellemzője, hogy ezeket vagy a sztent felületére, vagy a bordák közé helyezik el. Számos probléma jelentkezik ezekben az esetekben, mint például az eltérő alapanyag okozta galvánkorrózió, a marker által fizikailag megváltoztatott profilméret, illetve az alapanyagok eltérő biokompatibilitása. Ezek a problémák teszik szükségessé egy újfajta markerelhelyezési technika kialakítását. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Anyagtudomány és Technológia Tanszékén már 7 éve folynak kísérletek a sztentek röntgensugaras láthatóságával kapcsolatban. Jelen munkám során részt veszek egy olyan új markerelhelyezési technika kifejlesztésében, amelynek keretein belül a markereket a sztent bordáiban helyezzük el. Ezzel a módszerrel a galvánkorrózió, a megváltozott profilméret, valamint a biokompatibilitásbeli probléma kiküszöbölhető. Markerként 3-7 μm szemcseméretű tantál port, illetve 0,025 mm átmérőjű tantál huzalat alkalmazunk, amelyeket 0,1 mm vastagságú, 316-os ausztenites korrózióálló acéllemezbe építünk bele lézersugaras gravírozással, majd az ezt követő lézersugaras mikrohegesztéssel. Az így elkészített minták röntgensugaras láthatóságát vizsgálom. Az elkészített mintákról az orvosi gyakorlatban alkalmazott paraméterekkel röntgenmikroszkópos felvételeket készítünk, majd az így kapott eredményeket egy képelemző program segítségével kiértékelem. A mintákban elhelyezett tantál huzal és por relatív helyzetét mikroszkópos technikák alkalmazásával összehasonlítom. Végeredményként azt várom, hogy a behelyezett markerek a röntgenmikroszópos felvételeken kiemelkedőbben látszódjanak, mint a sztent alapanyaga, valamint, hogy összehasonlítás céljából eredményeket kapjak a huzal és a por röntgensugaras láthatóságáról.
128.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
POLIMER KOMPOZITOK SZEKCIÓ Helyszín:
Polimertechnika Tanszék laboratórium
Időpont:
2012. november 14. 8:30
Elnök:
Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens
Titkár:
Kmetty Ákos, egyetemi tanársegéd
Tag(ok):
Dr. Mezey Zoltán, ügyvezető igazgató, Flaar Kft. Dr. Romhány Gábor, egyetemi docens
8:30 Halász István Zoltán Önerősített kompozitok tönkremeneteli és kúszási viselkedésének vizsgálata. Konzulensek: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens Kmetty Ákos, egyetemi tanársegéd Dr. Romhány Gábor, egyetemi docens
8:50 Turcsán Tamás Egymásba hatoló hálószerkezetű gyanta alkalmazása szénszállal erősített kompozitokban. Konzulensek: Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus Dr. Szebényi Gábor, egyetemi adjunktus
9:10 Égerházi András Bazaltszövettel erősített politejsav kompozitok vizsgálata. Konzulens:
Dr. Tábi Tamás, egyetemi adjunktus
9:30 Gacsai Krisztián Formula SAE versenyautó polimer kompozit akkumulátorház tervezése és gyártása. Konzulens:
Kling Sándor, doktorandusz
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
129.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
09:50 Kovács Alexandra Csilla, Huszár Zsuzsanna Anett Hajlékony kompozit lap építőelemeinek szerkezeti, szilárdsági vizsgálata és modellezése. Konzulensek: Dr. Halász Marianna, egyetemi docens Dr. Vas László Mihály, tudományos tanácsadó Al-Gaadi Bidour, doktorandusz
10:10 László Zsófia Önerősítéses politejsav kompozitok fejlesztése. Konzulensek: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens Bordácsné Bocz Katalin, PhD hallgató
10:30 Szakács József Hőre lágyuló hibridkompozitok viselkedése ismétlődő igénybevétel esetén. Konzulens:
130.
Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Önerősített kompozitok tönkremeneteli és kúszási viselkedésének vizsgálata (Failure and creep behaviour of the self-reinforced polymer composites)
Halász István Zoltán MSc IV. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék, Kmetty Ákos, egyetemi tanársegéd, PolimertechnikaTanszék, Dr. Romhány Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék Ahogy általában a polimerek, úgy kompozitjaik világában is kulcskérdéssé vált az újrahasznosíthatóság, ami a ma igen széles körben alkalmazott üvegszál erősítésű termoplasztikus mátrixszal rendelkező kompozit anyagok esetében csak igen bonyolult és költséges úton valósítható meg. Ebből kifolyólag az utóbbi egy-két évtizedben komoly kutatómunka indult meg ezeknek az anyagoknak a kiváltására, amelyek egyik irányvonala az önerősített kompozitok alkalmazására irányuló kutatások voltak. Az önerősített kompozit rendszerekben az erősítő- és a mátrix anyag is azonos anyagcsaládba tartozó, de eltérő olvadásponttal rendelkező polimer, így biztosítható a teljes újrafeldolgozhatóság, valamint a szükséges feldolgozási „ablak”, azaz a mátrix- és az erősítőanyag olvadáspontjának különbségéből adódó hőmérséklet tartomány. Dolgozatom célja rétegeléses préseléssel előállított önerősített polipropilén kompozitok tönkremeneteli (akusztikus emisszióval követett szakítóvizsgálattal) és kúszási viselkedésének tanulmányozása különböző mátrix anyagok és erősítő szerkezetek esetében.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
131.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Egymásba hatoló hálószerkezetű gyanta alkalmazása szénszállal erősített kompozitokban (The application of interpenetrating polymer networked resin in carbon fibre reinforced composites)
Turcsán Tamás MSc I. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus, Polimertechnika Tanszék, Dr. Szebényi Gábor, egyetemi adjunktus, Polimertechnika Tanszék A polimer kompozitok napjainkban sokrétű sikeres felhasználásuk révén jelentősen segítik a világ technikai fejlődését. Az említett anyagok közül jelentős szerep hárul a hőre nem lágyuló, térhálós polimer mátrixú szerkezeti anyagokra, amelyek számos mérnöki alkalmazásban kerülnek felhasználásra. Nagy előnyük, hogy magas szilárdsági jellemzőik mellett viszonylag alacsony a sűrűségük. Ez azt jelenti, hogy akár acél szerkezeti elemek kiváltására is alkalmasak, ami egyúttal tömegcsökkenéssel is jár. Így ez az anyagcsalád jelentős szerepet kapott a járműiparban, a versenysportokban és a mindennapi életben egyaránt. A térhálós mátrixú kompozitokkal szemben a már említett szilárdságon felül – a legnagyobb elvárás a megfelelő szívósság, amely a szerkezetben kialakuló repedések kialakulását, és azok terjedésének gátlását takarja. A szívós viselkedés segít továbbá a terhelés szálak felé történő továbbításban, illetve az erősítőanyagok védelmében is. Ennek elérése a szilárdság megtartása mellett nagy kihívás elé állítja a kutatókat. Az egyik megoldás az egymásba hatoló hálószerkezetű (IPN) gyantából álló mátrix alkalmazása lehet. A megoldás a problémára, amit az említett szerkezet kínál, a térben hurkolt molekulaláncokból fakadóan van jelen, így optimális esetben a szilárdsági jellemzők a szívósság növekedésének ellenére sem romlanak. Az IPN rendszerben lévő kutatási lehetőségek jóval túlmutatnak a szívósság növelésén, hiszen a gyantakeverék összetevőinek módosításával optimalizálni lehet a szál és a mátrix egésze, illetve csak egyik vagy másik mátrixot alkotó gyanta közti adhézió minőségét. Dolgozatomban ezért hőre nem lágyuló IPN gyanta fejlesztését, és annak szénszálas erősítőanyaggal társított kompozitjának előállítását, valamint az ez által nyert anyag tulajdonságainak vizsgálatát tűztem ki célul. A kutatás során epoxi és vinilészter gyantákat alapanyagul véve olyan előállítási metódust fejlesztettem ki, amelynek segítségével lehetőség nyílt nem pusztán gyantakeverékek, azaz két különálló fázisú anyag, hanem molekuláris szinten egymás térszerkezetébe behatoló hálószerkezetű anyag előállítására. Majd ezen anyagot alkalmaztam kompozit mátrixanyagaként.
132.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Bazaltszövettel erősített politejsav kompozitok vizsgálata (Research of basalt woven-reinforced polylactic acid)
Égerházi András MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Tábi Tamás, egyetemi adjunktus, Polimertechnika Tanszék Földünk egyre növekvő polimerfelhasználása a kőolajkészletek csökkenését és nagy mértékű környezetszennyezést idéz elő. A 2010-es évben az előállított polimerek mennyisége 230 millió tonna volt, amely érték évről-évre 5-8%-os emelkedést mutat, ezzel a kőolajmezők néhány évtizeden belüli kimerülését okozva. A keletkező polimer hulladék legnagyobb részét a csomagolóipar, élelmiszeripar, elektronikai ipar által előnyben részesített tömegpolimerek szolgáltatják. Ezen műanyagok életciklusa kevesebb, mint két év, így a forgalomból hamar a hulladéklerakó helyekre kerülnek. Sajnos a tömegpolimerek természetben való lebomlási ideje vastagságtól függően akár több száz, sőt ezer évig is eltarthat, így a belőlük keletkező hulladék napról-napra nő. Az említett példák megteremtik a szükségletet olyan polimerek iránt, amelyek alternatív alapanyagokból előállíthatóak, természetes környezetben lebomlanak és a műanyagiparban jelenlévő technológiákkal feldolgozhatóak. Ezeknek a követelményeknek megfelelő anyagokat biopolimereknek nevezzük. A biopolimereket nem mondhatjuk újkeletű anyagoknak, mivel már néhány évtizede rendelkezésünkre állnak. Elterjedésüket viszonylag magas áruk korlátozta egészen napjainkig, mivel eladási áruk ma már a hagyományos műanyagokéhoz közelít. Az egyik széles körben használt biopolimer a politejsav, amelynek számos előnye létezik. A politejsavat nem étkezési minőségű kukoricából, búzából vagy rizsből lehet előállítani, feldolgozása a jelenlegi műanyagipari technológiákkal megoldható, és biológiailag lebomló. A politejsav bomlási folyamata először darabolódással kezdődik, majd mikroorganizmusok által humusz, szén-dioxid és víz keletkezik. Természetes környezetben a bomlás évekbe is telhet, viszont nagy hőmérsékletű és páratartalmú, ipari komposztálókban ez az idő körülbelül másfél hónapra csökken. A politejsav hátrányaként meg kell említeni, hogy még nem rendelkezik műszaki alkalmazásoknak megfelelő szilárdsággal és hőállósággal, viszot a magas hőmérsékleten is kiváló szilárdsággal rendelkező bazaltszövet párosításával korrigálni lehet az alacsony paramétereket. Dolgozatomban préseléses technológiával gyártott, bazaltszövettel erősített, politejsav mátrixú kompozitok mechanikai értékeit vizsgáltam a gyártási paraméterek (hőmérséklet, nyomás, hőntartási idő) változtatásával.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
133.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Formula SAE versenyautó polimer kompozit akkumulátorház tervezése és gyártása (The planning and production of the carbon fiber composite battery cover of the formula FSAE race car)
Gacsai Krisztián BSc VII. évf.
[email protected] Konzulens: Kling Sándor, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék
A dolgozatom a BME Formula Racing Team elektromos versenyautójának polimer kompozit akkumulátorházának a tervezését valamint annak a gyártását ismerteti. Az előző évben épült, első elektromos versenyautó esetében ez az elem még fémből, alumíniumból készült. 2012-ben tehát mindenképpen nagy kihívást jelentett, a kompozit technológia alkalmazása ezen a területen is. A háznak a verseny hivatalos szabályzata miatt elektromosan teljesen szigetelni kellett, meggátolva így az esetleges baleseteket, emberi sérüléseket. Emellett pedig teherviselő elemről lévén szó, komoly mechanikai igénybevételeknek is meg kellett, hogy feleljen. Cél volt, hogy közben a ház össztömege a lehető legkönnyebb legyen és a lehető legkisebb helyre legyen szüksége az autóban. A dolgozatban validáltam a végeselem szimulációt mérésekkel. A mérésekhez próbatesteket készítettem. Erősítőszálnak szén unidirekcionális szövetet (UD) valamint szövetet, gyantának pedig epoxi gyantát alkalmaztam. Készítettem csak UD-ből, csak szövetből illetve az ezeket tartalmazó szendvicsszerkezetekből is próbatestet. A próbatesteken szakító valamint hajlító vizsgálatokat végeztem, emellett végeselemes módszerrel (VEM) szimuláltam ugyanezekkel a rétegrendekkel illetve szálirányokkal rendelkező próbatesteken a szakító illetve a hajlító vizsgálatokat. A cél az volt, hogy hitelesítsem a méréseket. Összehasonlítottam a kapott anyagtulajdonságokat a valós és a számolt esetekben. A dolgozatban bemutatom az akkumulátorháznak a geometriai és szilárdsági méretezését. A számítógépes tervezés a 3D-s, Solid Works modellnek az elkészítésével indult. Ezt a kiindulási modellt felhasználva, következett a méretezése magának a végleges geometriájú kompozit háznak, amelyet a Hyper Works szimulációs programmal végeztem. Ismertetem az akkumulátorháznak a gyártási folyamatát. A gyártási módnak a vákuumzsákos injektálást választottam, amellyel magas száltartalmat és homogén anyagminőséget tudtam elérni. Fontos, hogy a korábban megtervezett modell a gyakorlatban is megfeleljen a vele szemben támasztott követelményeknek, bemutatom az akkumulátorház elektromos Formula Student autóban történő az alkalmazását.
134.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Hajlékony kompozit lap építőelemeinek szerkezeti, szilárdsági vizsgálata és modellezése (Analysis and modeling the building components of a flexible composite)
Kovács Alexandra Csilla, BSc IV. évf., Huszár Zsuzsanna Anett BSc IV. évf.
[email protected],
[email protected] Konzulensek: Dr. Halász Marianna, egyetemi docens, PolimertechnikaTanszék, Dr. Vas László Mihály, tudományos tanácsadó, PolimertechnikaTanszék, Al-Gaadi Bidour, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék A kompozitok nagyon fontos szerepet játszanak a műszaki gyakorlatban. Olyan többfázisú rendszerekről van szó, amelyekben a nagyszilárdságú erősítőanyag és a szívós mátrixanyag között erős adhéziós kapcsolat van. Az általunk vizsgált hajlékony, lapszerű kompozitnak számos alkalmazási területe ismert. Megtalálható az építőiparban, a tetőszerkezetek elemeiként, valamint a tehergépkocsik, kamionok ponyvái, különböző védőburkolati ponyvák, de akár sátrak anyagai is ebből készülnek. Dolgozatunk témája a hajlékony kompozit lap legelemibb építőköveinek, az erősítőszövet fonalainak szerkezeti és szilárdsági vizsgálata, valamint modellezése. A vizsgált anyag egy poliészter alapanyagú, u. n. multifilament (végtelen elemi szálak sokaságából álló köteg) fonalszerkezet. Vizsgálatainkat a Polimertechnika Tanszéken rendelkezésre álló mérőberendezések segítségével végezzük. A fonal szerkezeti és geometriai tulajdonságainak vizsgálata során meghatározzuk a fonalban lévő elemi szálak átlagos számát, a szálak keresztmetszetének alakját és nagyságát, valamint a fonalstruktúra egyéb szerkezeti jellemzőit. Ehhez összevetjük a lineáris anyagsűrűségből kiszámolt szálmennyiséget a mikroszkóp alatt megszámolt értékkel. Elektronmikroszkópos felvételekkel vizuálisan is szemléltetjük a szálakat. A fonalat és annak szakítószilárdságát egy Zwick Z005 típusú számítógép-vezérlésű szakítógép segítségével vizsgáljuk. A méréseket különböző befogási hosszakkal végezzük: 10, 50, és 100 mm. Minden befogási hossz mellett 100-100 mérést végzünk. Munkánk során több mérési sorozatot veszünk fel és azokat statisztikai módszerekkel kiértékeljük és elemezzük. Végül a gyakorlati eredményeket összevetjük az elméleti módosított Peirce modellel, és vizsgáljuk, hogy a szabad befogási hossz függvényében hogyan változik az átlagos szakító erő. TDK dolgozatunk célja, hogy a fonal szerkezeti és szilárdsági tulajdonságait megismerjük, és a későbbiekben ezen adatok ismeretében a teljes a kompozit szerkezetet modellezhessük. Irodalom: [1] Gyimesi J.: Textilanyagok fizikai vizsgálata. Műszaki könyvkiadó, Budapest (1968). [2] Vas L. M.: Textilanyagok szerkezetének elemzése számítógépes modellezéshez. Kutatási tanulmány. Tanulmány kézirat. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (2003). [3] Horrocks A. R., Anand S. C.: Handbook of technical textiles. Woodhead Publishing Limited, Cambridge (2000). [4] Vas L. M.: Textiltermékek tervezése - Szerkezeti és makrotulajdonságok. Tanulmány kézirat. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (2000). [5] Hegyi D.: Ponyvaszerkezetek és ponyvaanyag nemlineáris vizsgálata numerikus és kísérleti módszerekkel. PhD értekezés, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (2006). Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
135.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Önerősítéses politejsav kompozitok fejlesztése (Development of self-reinforced polylactic acid composites)
László Zsófia MSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék, Bordácsné Bocz Katalin, PhD hallgató, Szerves Kémia és Technológia Tanszék A kőolaj alapú műanyagipari termékek világszerte növekvő mértékű használata számos környezetvédelmi és fenntarthatósági problémát vet fel, ezért a megújuló alapanyagokból készülő és biodegradálható polimerek iránti igény napról napra fokozódik. TDK munkám célja olyan önerősítéses biokompozitok kifejlesztése, amelyek valós alternatívái lehetnek a jelenleg széles körűen alkalmazott, fosszilis eredetű és nehezen újrahasznosítható jármű- illetve építőipari szerkezeti anyagoknak. A cél érdekében irodalomkutatást végeztem a biodegradálható polimerek (elsősorban politejsav) illetve kompozitjaik előállítási technológiái területén, kiemelt figyelmet szentelve az önerősítés lehetőségére és feltételeire. A szakirodalom ismeretében előkísérleteket végeztem, amelyek során termikus analitikai, és reológiai módszerekkel jellemeztem a rendelkezésre álló biodegradálható mátrix és erősítő alapanyagokat. Önerősítéses politejsav kompozitokat rétegeléses módszerrel állítottam elő, amelyekhez a szükséges mátrix fóliákat fóliafúvással gyártottam le. A politejsav könnyebb feldolgozhatósága érdekében egy kereskedelmi forgalomban kapható lágyítószer hatását vizsgáltam a mátrixfóliák legyárthatóságára, valamint termikus-, ill. mechanikai tulajdonságaira. Az optimalizált összetételű, lágyított politejsav fóliák és a nagy szilárdságú politejsav szálak felhasználásával „cross-ply” szerkezetű önerősítéses kompozitokat gyártottam rétegeléses módszerrel. A kompozitgyártás paramétereit a legyártott kompozit lemezek morfológiai és mechanikai tulajdonságai alapján optimalizáltam.
136.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Hőre lágyuló hibridkompozitok viselkedése ismétlődő igénybevétel esetén (Behavior of thermoplastic hybrid composites during repetative mechanical testing)
Szakács József MSc I. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus, PolimertechnikaTanszék
Napjainkban a nanokompozitok fejlesztése igen jelentős szerepet kap. Az anyagtudomány jelentős eredményeket vár a nano mérettartományba eső különböző erősítő anyagoktól. A nano erősítő anyagok nagy előnye, hogy fajlagosan nagy felülettel rendelkeznek, és akár kis mennyiségben is hatással lehetnek a például a polimerek mechanikai és egyéb tulajdonságaira. Ezen anyagok lehetőségeinek egyik kiaknázási módja úgynevezett hibridkompozitok létrehozása, ahol a nanorészecskék más, mikroméretű erősítő anyagok mellet kerülhetnek felhasználásra. A legnagyobb problémát a nanorészecskék esetén az aggregátumok szétválasztása okozza, hiszen ha nem megfelelő az eloszlatás, akkor ez negatív hatással van a mechanikai tulajdonságra,. Erre a problémára is jó megoldás lehet hibridkompozitok létrehozása, például különböző szálas anyag hozzáadása, hiszen ez polimer ömledéken belül növeli a nyírást ezzel segítve a jobb eloszlást. További előny, hogy ezen anyagok a legelterjedtebb gyártástechnológiák esetén is alkalmazhatóak. Jelen dolgozat is ilyen kompozitok létrehozásával foglalkozik. Ebben az esetben a mátrix anyag poliamid 6 volt a szálas erősítés pedig bazaltszál. Ezen anyagkombináció mellé különböző nanorészecskéket kevertem, kezdve rétegszilikáttal valamint szén nanocsővel egészen a grafénig. Ezen anyagok eloszlatását javítja a bazaltszál, valmint ha az a kritikus szálhossz felett marad, jelentősen növeli a kompozit szilárdságát. A kutatás célja ezen hibridkompozitok ciklikus vizsgálata, a nanorészecskék a maradó alakváltozási érzékenységre gyakorolt hatásának vizsgálata. A vizsgálat segítségével megismerhetjük ezen hibridkompozitok viselkedését egyre növekvő terhelés hatására, és képet kaphatunk egyes erősítő anyagok miként terjesztik ki egyes polimer kompozitok mechanikai terhelhetőségét. A vizsgálat lényege, hogy a kompozit próbatestet 100 N-t növekedő terhelésnek tesszük ki majd a leterhelést követően 30 másodpercig pihentetjük. A bazaltszálnál megfigyelhető hogy kiterjeszti az anyag alkalmazási feszültségtartományát, a nanorészecskékkel előállított hibridkompozitok pedig ezt méginkább növelik. A fent említett anyagok a maradó alakváltozási érzékenységet is csökkentetik. Tehát ezen erősítőanyagok segítségével a maradó alakváltozás is magasabb ciklusszámnál jelentkezik.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
137.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
POLIMER TECHNOLÓGIA SZEKCIÓ Helyszín:
Polimertechnika Tanszék MT előadó
Időpont:
2012. november 14. 8:30
Elnök:
Dr. Gaál János, egyetemi adjunktus
Titkár:
Tamás Péter, doktorandusz
Tag(ok):
Dr. Macskási Levente, Műanyag és Gumi folyóirat főszerkesztője Dr. Halász Marianna, egyetemi docens
8:30 Fehér Titusz, Zink Béla, Mészáros Dávid LEGO szerszám optimálása, fejlesztése a technológiai hibák minimalizálása érdekében. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, egyetemi adjunktus Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens Suplicz András, doktorandusz Zsíros László
8:50 Kovács Tamás István Elektro-szálképzési eljárás optimálása poliakrilnitril nanoszálak előállítására. Konzulensek:
Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus Molnár Kolos, tudományos segédmunkatárs
9:20 Lapincs Gábor Fröccsöntési szimulációk alkalmazása kisszériás szerszámkészítéshez. Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens Kovács Norbert Krisztián, doktorandusz Suplicz András, doktorandusz Szabó Ferenc, doktorandusz
138.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
9:30 Litauszki Katalin Temperált prototípus szerszámbetétek fejlesztése. Konzulensek:
Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens Kovács Norbert Krisztián, doktorandusz Suplicz András, doktorandusz
9:50 Török Dániel Fröccsöntött termékek színkeveredésének optimalizálása technológiai paraméterek segítségével. Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens Suplicz András, doktorandusz Zsíros László
10:10 Zalkai Dániel, Szép Gergely Keveredési problémák a fröccsöntés során. Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens Suplicz András, doktorandusz Zsíros László
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
139.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
LEGO szerszám optimálása, fejlesztése a technológiai hibák minimalizálása érdekében (Optimization of the LEGO’s mold, develope to minimize technology errors) Fehér Titusz MSc I. évf., Mészáros Dávid MSc II. évf., Zink Béla MSc I. évf.
[email protected],
[email protected],
[email protected] Konzulensek: Suplicz András, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék Zsíros László, folyamatmérnök, LEGO Manufacturing Kft. Dr. Tábi Tamás, egyetemi adjunktus, Polimertechnika Tanszék Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék A műanyaggyártó- és feldolgozóipar mára a gazdaság egyik legmeghatározóbb ágazatává nőtte ki magát, 2009-es adatok azt mutatják, hogy a világ műanyagipari termelése meghaladja a 230 millió tonnát évente. A területen belül az egyik legfontosabb feldolgozási technológiának számít a fröccsöntés, amellyel a műanyag termékek több, mint harmadát állítják elő. 2010-ben Magyarországon 210400 tonna polimert dolgoztak fel fröccsöntéses technológiával, ami több mint a 28 százaléka az összes terméknek. A LEGO cégcsoport magyarországi gyártóegysége, a LEGO Manufacturing Kft. nagymértékben hozzá járul az előbb említett számok eléréséhez, mivel a termékeit fröccsöntéssel állítja elő. A vállalat selejt termékeinek nagy hányadát egyetlen fröccsöntési hiba adja, amely kidobáskor a terméken a gátnál keletkező kisméretű, de hegyes sorja. Az angol irodalom „high gate”-nek nevezi ezt a hibát, utalva a keletkezési helyére és alakjára. Mivel a LEGO kockák gyermekek számára készülnek, így a keletkezett sorja nagy figyelmet igényel, mert sérülést okozhat. A TDK dolgozatunk céljául tűztük ki a jelenség tanulmányozását, a hibát előidéző paraméterek meghatározását és a megszüntetésére tett javaslatok kidolgozását. A hibát technológiai paraméterek és a szerszám felépítése is befolyásolhatja, mint például a fröccsöntési sebesség, a hűtési idő, a fúvókák kialakítása és anyaga, továbbá az elosztó csatorna felépítése. Többfészkes szerszámok esetén lényeges mértékben meghatározza a formaüreg kitöltődését a folyási út kialakítása, mivel a fal mellett haladó ömledék hőmérséklete a nyírás hatására megnő, elágazódáshoz érve emiatt aszimmetrikus folyási profil alakul ki, ami befolyásolja az ömledék folyási tulajdonságait. Ezt a hatást a mérések folyamán kompenzálni kell, továbbá vizsgálni kell a feldolgozási paraméterek és a különböző fúvókák alkalmazásának hatásait. Erről a fröccsöntési hibáról kevés forrás áll rendelkezésre, ezért szükséges a jelenség komplex és teljes körű vizsgálata. Irodalom: [1] Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000. [2] Plastics – the Facts 2010, An analysis of European plastics production, demand and recovery for 2009. [3] Buzási Lajosné: Fröccsöntés helyzete Magyarországon 2010-ben, Műanyag és gumi, 2010/09. [4] Knights M.: What to do when the mold just won’t fill right, Plastics Technology, 50/ 2, p. 41–42., 2004.
140.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Elektro-szálképzési eljárás optimálása poliakrilnitril nanoszálak előállítására (Optimization of electrospinning method for producing polyacrylonitrile
nanofibers)
Kovács Tamás István MSc I. évf
[email protected] Konzulensek: Molnár Kolos, tudományos segédmunkatárs, Polimertechnika Tanszék, Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus, Polimertechnika Tanszék A modern kompozit szerkezetek kialakításánál, a mechanikai tulajdonságok javítása régóta tudományos kihívást jelent. A megfelelő szilárdsági tulajdonságok elérésének érdekében számos szintetikus szálat fejlesztettek ki. A nagyteljesítményű polimer kompozitok erősítőanyagaként igen gyakran szénszálakat alkalmaznak. A szilárdsági tulajdonságok javulása azonban elérhető az erősítőszálak átmérőjének csökkentésével is, ami egészen a nanométeres tartományig kiterjeszthető. Ilyen, ún. nanoszálak előállítására ma már számos lehetőség rendelkezésre áll, azonban ezek jellemzően kis termelékenységűek, éppen ezért ezeknek a szálaknak az alkalmazása kompozitokban nem elterjedt. A nanoszálak nagy fajlagos felületük révén jó adhéziót tudnak kialakítani a mátrixszal, igen hajlékonyak, előállíthatók számos polimer alapanyagból, ezért a kompozit ipari alkalmazásokban potenciálisan használhatók lennének. Ehhez azonban olyan új technológiákra van szükség, melyek a labor körülményeken túlmenően ipari méretekben is gazdaságosan kivitelezhetők. Dolgozatomban azt kutatom, hogy hogyan lehet hatékonyan előállítani nano-szénszálak prekurzorát elektro-sztatikus szálképzéssel. A hagyományos szálgyártási eljárások helyett elektrosztatikus szálképzést alkalmazok. Ennek során az elektromosan feltöltött folyadék részecskék a hatalmas töltéssűrűség hatására elhagyják a szálképző fejet és a nagy elektromos térerősség hatására egy földelt lemezen kialakul egy szálpaplanszerű, nanoszálas struktúra. A későbbiekben ezekből a nanoszálakból szeretnénk szén nanoszálakat létrehozni megfelelő hőkezeléssel. Alapanyagként a hagyományos szénszálaknál is alkalmazott poliakrilnitrilt (PAN) használtam. A TDK dolgozat célja, a nanoszálak előállításához felhasznált szálképző fej gyengeségeinek és hibáinak felmérése és értékelése és ezek alapján a szálképző fej továbbfejlesztése. A fejlesztés célja a hiányosságok javítása mellett a termelékenység növelése is. További célom volt megvizsgálni az előállított nanoszálas prekurzorok morfológiai tulajdonságait és ez alapján javaslatokat tenni az optimális előállítási paraméterekre és a termelékenység további növelésére.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
141.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Fröccsöntési szimulációk alkalmazása kisszériás szerszámkészítéshez (Injection molding simulations for short run molds) Lapincs Gábor MSc 2. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék Kovács Norbert Krisztián, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék Suplicz András, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék Szabó Ferenc, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék A mai felgyorsult világban az ipar számára elengedhetetlen, hogy a megtervezett termékek minél előbb gyártásba kerüljenek. Ez kiemelten igaz a műanyagiparra, ezért egyre fontosabb szerepet kapnak a gyorsprototípus technológiák. Ezeknek a technológiáknak a segítségével ma már kisszériában termékeket gyártanak, valamint szerszámok, betétek készítésére is alkalmazzák. Mint minden más technológiának, úgy a gyorsprototípus szerszámozásnak is megvannak a maga pozitívumai és negatívumai. Előnye, hogy gyorsan, nagyon pontos szerszámok gyárthatók és csak a képzeletünk szab határt a megvalósítandó formának. Hátrányként meg kell említeni, hogy ha például polimerből készítünk gyors prototípusszerszámot, akkor ebben az esetben érdemes először szimulációkat végezni annak érdekében, hogy kiderüljön kibírja-e az adott terheléseket és igénybevételeket. Erre azért van szükség, mert ugyan egyre jobb tulajdonságú polimereket állítanak elő világszerte, de még nem tart ott a technika, hogy ezek a fémekkel megegyező tulajdonsággal rendelkezzenek. A hátrányok ellenére az a tendencia mutatkozik, hogy a jövőben az ilyen fajta szerszámgyártás kerül egyre jobban előtérbe. Munkám során speciális – vetemedés minősítésére szolgáló – próbatestek gyártására alkalmas, kétfészkes fröccsöntőszerszám cserélhető betéteinek fejlesztését végeztem. Első lépésként gyors prototípusgyártási technológiával, polimerből készült betétekbe fröccsöntöttem. A betéteket modelleztem és Autodesk Moldflow Insight program segítségével fröccsöntési szimulációkat végeztem. Az így számított eredményeket összehasonlítottam a valóságban mért adatokkal, amellyel a szimulációs lehetőségek prototípus szerszámozásban való alkalmazhatóságát vizsgáltam. Következő lépésben különböző szimulációs modellek segítségével vizsgáltam a hűtőcsatorna elhelyezésének, átmérőjének és felülettől mért távolságának a termékre gyakorolt hatását. Megállapításaim alapján kiválasztottam az optimális hűtőcsatornával rendelkező betétet, amely ezek után gyors prototípusgyártási technológiával legyártásra került Objet, Polyjet technológia segítségével. Az így előállított betétbe a szimulációs vizsgálatokhoz hasonló technológiai paraméterekkel a gyakorlatban is fröccsöntéseket végeztem, így ellenőrizve a számítások helyességét. Irodalom: [1] K. Fischer: Handbook of Molded Part Shrinkage and Warpage, Plastic Disegn Library, Norwich, 2003. [2] Robert A. Malloy: Plastic Part Design for Injection Molding, HANSER, Munich, 1994. [3] Georg M., Walter M., Paul M.: How to Make Injection Molds, HANSER, Munich, 1999.
142.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Temperált prototípus szerszámbetétek fejlesztése (Development of short-run mold tempering system)
Litauszki Katalin MSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék Kovács Norbert Krisztián, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék Suplicz András, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék
A Rapid Prototyping (RPT), azaz a rétegről rétegre, additív módon történő építkezés módszere manapság már egybeforrott a sokoldalú felhasználhatóság definíciójával. Ezen gyűjtőnévhez tartozó technológiákat felhasználva jött létre a Rapid Tooling (RT) módszere. Ez az eljárás segít egy minden szempontból szabadabb tervezési lehetőséget biztosítani a tervezőmérnököknek, amellyel a szerszámok kialakításának széles spektruma nyílik meg a mérnökök előtt, ezáltal lehetőséget ad elvonatkoztatni a megszokott tervezésbeli megkötésektől, konvencióktól, amelyek az eddigiekben a hagyományos szerszámgyártás peremfeltételeiből adódtak. Munkám során gyors szerszámozási eljárások felhasználásával, direkt szerszámbetétezési módszerek fröccsöntési technológiában való alkalmazhatóságát vizsgáltam. Többféle RPT eljárással szerszámbetét felek kerültek kialakításra, majd a gyártott szerszámbetétek összehasonlítását végeztem el. A fröccsöntési technológia során szerzett tapasztalatok alapján rámutattam az egyes technológiák sajátosságaira és az azokból eredő eltérések típusaira, például a betétek kopásának mértéke, deformációra, esetleges tönkremenetelére, nem megfelelő alkalmazhatóságára, illetve a fröccsöntött termékek geometriai megfelelőségének mértékére, például a nem egyenletes hőmérséklet eloszlásból származó vetemedési jelenségekre. Munkámban olyan prototípus szerszámbetéteket terveztem meg és gyártottam le, amelyek a Solid Freeform Fabrication (SFF) technológia adta – geometriai kötöttségektől mentes – lehetőségeket kihasználva a felületet jobban követő, pontosabb és hatékonyabb temperálási rendszereket valósítanak meg. Így a hűtőkörök a konvencionális kialakításától eltérő módon, a termék formáját jobban követő hűtőkör rendszer került kialakításra. Munkámban rámutattam az ilyen speciálisan kialakított prototípus szerszámbetétek előnyös és hátrányos tulajdonságaira. Alkalmazásukat összehasonlítottam a hagyományos hűtőköröket tartalmazó acél szerszámbetétek eredményeivel, amely alapján tervezési irányelveket fogalmaztam meg. Irodalom: [1] Yucheng. D., et al.: An integrated manufacturing system for rapid tooling based on rapid prototyping. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 20 (2004) 281-288 [2] D.E. Dimla, et al.: Design and optimisation of conformal cooling channels in injection moulding tools. Journal of Materials Processing Technology, 164-165 (2005) 1294-1300
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
143.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Fröccsöntött termékek színkeveredésének optimalizálása technológiai paraméterek segítségével (Optimization of the color-homogeneity of injection molded parts with technological parameters) Török Dániel BSc IV. évf.
[email protected] Konzulensek: Suplicz András, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék Zsíros László, folyamatmérnök, LEGO Manufacturing Kft. Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék A fröccsöntés alig több mint 100 éve létező technológia és mára napjaink egyik legjelentősebb iparágává nőtte ki magát. A 20. század végére mintegy 150 millió tonna műanyagot gyártottak a világban évente, ez 2010-ben elérte a 222 millió tonnát. Ennek körülbelül a negyedét fröccsöntéssel dolgozzák fel. Ez köszönhető annak, hogy rendkívül termelékeny technológia és bonyolult 3D-s formák előállítására is alkalmas. Az autóipar az egyik legversenyképesebb felvevőpiaca a fröccsöntött termékeknek, számos belső autóalkatrész készül ezzel a technológiával. Egyéb alkalmazásai is vannak természetesen a fröccsöntött alkatrészeknek, úgymint játékok, háztartási eszközök, irodai szerek, elektronikai cikkek, stb. Magyarországon az autóipar mellett a játékipar is jelentős mennyiségben dolgoz fel műanyagokat fröccsöntéssel [1]. Fröccsöntéskor gyakran használunk adalékanyagokat színezés, vagy tulajdonság módosítás céljából. A megfelelő keveredés megvalósítása nem egyszerű feladat. Gyakori hibák a márványosság, a színfátyolosság, felületek mattsága és halványabb, pasztellszínű termékeknél a fehér csíkok megjelenése a felületen. Ezeknek a hibáknak a kiküszöbölése történhet keverő eszközök segítségével, az alap- és színezőanyag helyes megválasztásával, illetve a technológia paraméterek megfelelő beállításával. A keverő eszközök két nagy csoportja a statikus és dinamikus elemek. Ezek a polimerömledéket gyors irányváltoztatásokra kényszerítik, ezzel biztosítva a keveredést. A gépbeállítások közül leginkább a hűtési hőmérséklet és a befröccsöntés sebessége befolyásolja a folyamatot. Továbbá a rossz minőségű keveredésnek oka lehet az egymással nem összeférhető anyagok választása is [2-4]. Dolgozatomban célul tűztem ki a keveredési hibák alaposabb megismerését. Kiemelten kezeltem a technológia paraméterek hatását a színkeveredésre. További célom a megfelelő technológia beállítások megtalálása, a legjobb keveredés elérése érdekében. A TDK keretein belül egy kísérletsorozat valósítottam meg, amelyben különböző gépbeállításokkal színezett termékeket gyártottam le. Az így készült próbatesteken a keveredés minőségét vizsgáltam szemrevételezéssel, illetve egy mérőprogram segítségével. A vizuális mérések eredményeivel kalibráltam a programot, majd a vizsgálat eredményeit számszerűsítettem. A kapott értékek megmutatják, hogy mely technológia paraméterek mellett érhető el a legjobb minőségű keveredés. Irodalom: [1]Dunai A., Macskási L.: Műanyagok fröccsöntése, Lexica Kft., Budapest, 2003. [2]Albrecht M., Coloring of Plastics, Carl Hanser Verlag, Munich, 2003. [3]James L. W., Aubert Y. C., Abdelsamie M., Polymer Mixing Technology and Engineering, Carl Hanser Verlag, Munich, 2001. [4]Chris R., Polymer Mixing: A Self-Study Guide, Carl Hanser Verlag, Munich, 1998.
144.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Keveredési problémák a fröccsöntés során (Homogeneity problems of injection molded parts)
Zalkai Dániel Msc I. évf., Szép Gergely Bsc IV. évf. e-mail:
[email protected],
[email protected] Konzulensek: Suplicz András, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék Zsíros László, folyamatmérnök, LEGO Manufacturing Kft. Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék A fröccsöntés, mint a műanyagok feldolgozásának egyik technológiája napjainkra egyre nagyobb és egyre hangsúlyosabb szerepet kap az ipari termelésben. Fröccsöntés során tetszőleges 3D-s alkatrészeket és temékeket gyárthatunk, zárt szerszámban történő formaadással, az ömledék nagy nyomású belövellésével. A szakaszos üzemmód ellenére is rendkívül termelékeny eljárás, továbbá előnye a gyakorlatilag hulladékmentes feldolgozási módszer. Tömeges gyártás esetén, azonban nagy számban találunk hibás termékeket is, amelyek kiküszöbölése a mérnökök feladata. A fellépő sokféle probléma közül az egyik legjelentősebb a színezőanyagok egyenetlen elkeveredése, hiszen rendkívül ritkák azok az esetek, amikor az alap polimer granulátumhoz ne használnánk valamilyen színezőanyagot. Amennyiben ebből a két komponensből nem sikerül homogén ömledéket képezni, úgy a fröccsöntési folyamat végére jó eséllyel kapunk hibás terméket. Kutatásunk fő célja, e probléma okainak felderítése, illetve elemzése. A problémakört – sokrétűsége miatt – két fő részre osztjuk: egyrészt vizsgáljuk az egyes színezőanyagok felépítését, másrészt a feldolgozási technológia szerepét. A különböző színezőanyagok eltérően viselkednek, egyesek könnyen eloszlathatóak az ömledékben, mások agglomerátumokba tömörülnek, amelyek megnehezítik az egyenletes színű termék létrehozását. Szintén fontos az is, hogy az adott mesterkeverék milyen összetételű, mekkora az egyes szemcséinek átmérője, illetve, hogy azt milyen arányban szükséges az alapanyaghoz keverni. Hiába választunk megfelelő arányt, ha azt a gép – technológiája révén − nem képes egyenletesen eloszlatni az ömledékben. Ez természetesen származhat a beállítás hibáiból, de fizikai okokból is. A keveredést statikus, illetve dinamikus keverők használatával nagymértékben javítani lehet, amelyeket munkánkban szintén vizsgáltunk. A keveredés hibáinak kimutatását egy tanszéki fejlesztésű program segítségével végeztük, amelynek kalibrálása is bemutatásra került munkánkban.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
145.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
POLIMERTECHNIKA SZEKCIÓ Helyszín:
Polimertechnika Tanszék Könytár T. ép. 301.
Időpont:
2012. november 14. 8:30
Elnök:
Dr. Vas László Mihály, egyetemi tanár, tudományos tanácsadó
Titkár:
Molnár Kolos, doktorandusz
Tag(ok):
Dr. Meiszel László, tanácsadó, Polinvent Kft. Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus
8:30 Dudás Mihály Színkeverés vizsgálata alapanyag szempontjából fröccsöntés során Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens Suplicz András, doktorandusz Zsíros László, folyamatmérnök, LEGO Manufacturing Kft.
8:50 Kasza Dóra Alapanyag fejlesztése gépjármű akkumulátorházak fröccsöntéssel való előállításához Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens Kovács Norbert Krisztián, doktorandusz
9:10 Kovács Ágnes Anyag és technológia fejlesztés üzemanyagcellák bipoláris lemezéhez Konzulensek: Dr. Ronkay Ferenc György, egyetemi docens Király Anett, doktorandusz
9:30 Ledenyák Dániel PEG és talkum tartalmú politejsav kristályosodásának vizsgálata Konzulens:
146.
Dr. Tábi Tamás, egyetemi adjunktus
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
9:50 Halász István Zoltán Ciklikus butilén tereftalát (CBT) adalékolásának hatása a termoplasztikus poliészter elasztomer folyóképességére és mechanikai tulajdonságaira Konzulensek: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens Dr. Karger-Kocsis József, egyetemi tanár
10:10 Turcsán Tamás A lényegi törésmunka módszerének alkalmazhatósági vizsgálata polimer nanokompozitok esetén Konzulensek: Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus Dr. Karger-Kocsis József, egyetemi tanár
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
147.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Színkeverés vizsgálata alapanyag szempontjából fröccsöntés során (Effects of raw material and additives choosing on mixing of injection molded parts) Dudás Mihály BSc IV. évf..
[email protected] Konzulensek: Suplicz András, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék Zsíros László, folyamatmérnök, LEGO Manufacturing Kft. Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék A közelmúltban igen nagy fejlődésen ment keresztül a műanyagipar és vele együtt a fröccsöntés ágazata is. Nagy beruházásokat kezdtek meg mind belföldön, mind külföldön, ami fröccsöntési technológia előnyös tulajdonságainak köszönhető, úgymint a gyakorlatilag hulladékmentes termelés, viszonylag kis energiaköltség és a rövid ciklusidővel gyártott bonyolult 3D-s termékek. Az elmúlt években nagy autóipari üzemek települtek hazánkba, amelyeket hazai beszállítók látnak el fröccsöntött termékekkel. Az ágazaton belül a különböző alkatrészek (elektronikai, autóipari stb.) a termelés kb. 50%-át adják. De emellett igen jelentős a belföldi fröccsöntött játékgyártás, az építőipari és háztartási felhasználás is. Az országban a műanyagipar közel 30%-át teszi ki ez az ágazat, amivel Kelet-Európában igen előkelő helyet foglalunk el. Ezt alátámasztja az a tény is, hogy országunk egy főre jutó műanyag-felhasználása 75 kg körüli, ami a fejlett nyugati országokban 100 kg-ra tehető. Gyakori probléma az iparban, hogy egy-egy terméknek nem megfelelő a színezése, ami rontja az esztétikáját. A jelenséget más néven színfátyolosságnak is nevezik. Ezt okozhatja többek közt a technológiai paraméterek helytelen beállítása (pl. túl nagy fröccssebesség, túl kicsi torlónyomás stb.), a színezékek elbomlása és elégtelen keveredése, a rossz alapanyagválasztás és annak összetétele. Gépkonstrukciós szempontból is megközelíthető a probléma megoldása. Alkalmazhatóak különböző keverőelemek (statikus, dinamikus), amelyek növelhetik az ömledék homogenitását. A dolgozat az alapanyagok keveredésre gyakorolt hatását tárja fel. Munkám során a titándioxid mennyiségének és eloszlatottságának hatását vizsgáltam a különböző, színezett alapanyagokkal gyártott termékek színegyenletességére. Az egyes kompaundokat extruzióval, a próbatesteket pedig fröccsöntéssel állítottam elő. A színkeveredési hibákat vizuálisan és képfeldolgozó program segítségével értékeltem. A mérés eredménye rámutatott arra, hogy melyek azok az anyagkombinációk, amelyek mellett megfelelő minőségű terméket gyárthatunk, továbbá, hogy mi okozhatja a színkeveredési problémákat. Irodalom: [1] Búzási Lajosné: Fröccsöntés helyzete Magyarországon 2010-ben, Műanyag és Gumi, 48/9, 2011, 321-326. [2] Albrecht M., Coloring of Plastics, Carl Hanser Verlag, Munich, 2003. [3] James L. W., Aubert Y. C., Abdelsamie M., Polymer Mixing Technology and Engineering, Carl Hanser Verlag, Munich, 2001. [4] Chris R., Polymer Mixing: A Self-Study Guide, Carl Hanser Verlag, Munich, 1998.
148.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Alapanyag fejlesztése gépjármű akkumulátorházak fröccsöntéssel való előállításához (Development of polypropylene resin for lead-acid batteries’ casing) Kasza Dóra MSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék Kovács Norbert Krisztián, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék A felgyorsult világunk lendületével a személygépjármű-gyártók is lépést kívánnak tartani, ezért új konstrukciókkal, fejlesztésekkel próbálják meg termékeiket a felhasználók számára különlegessé varázsolni. Azonban nem szabad a fejlesztéseket csupán a külső és a belső burkolati elemek korszerűsítésére korlátozni, ahhoz, hogy a gépjárművek gyorsabbak és környezetkímélőbbek legyenek, magához a gépjármű meghajtásához szükséges rendszert is fejleszteni kell. A nagy mennyiségű gépjármű üzemeltetése miatt szintén szükséges, hogy nagy darabszámban álljanak akkumulátorok a felhasználók rendelkezésére. Az eladási számok növekedése és a személyautók rohamos fejlődése együttesen eredményezte azoknak az akkumulátoroknak a gyártását, amelyek továbbra is képesek biztosítani korunk bonyolult elektronikai alkatrészekkel felszerelt járműveinek működését is. Az akkumulátorokat veszélyes rendszereknek tekinthetjük, ezért fontos, hogy a használatban és a használaton kívül lévő akkumulátorok semmilyen ideiglenes vagy maradandó kárt ne okozhassanak a környezetükben. Ezért TDK dolgozatom célja olyan optimális mechanikai és termikus tulajdonsággal rendelkező alapanyag kifejlesztése, amely fröccsöntéssel előállított személygépjárművek akkumulátorházainak gyártására alkalmas. Fontosnak tartom, hogy az akkumulátor egész életpályáját tudatosan alakítsuk ki. Ezért már a gyártáskor olyan összetételű alapanyagot kell létrehozni, amely az újrahasznosítása után – ugyanazt az anyagot a gyártáshoz ismételten felhasználva – nem okoz jelentős mértékű tulajdonságcsökkenést. Ezáltal is óvni környezetünket a veszélyes hulladék keletkezésétől. TDK dolgozatomban H104 homo polipropilén porhoz különböző mértékben adagoltam gócképzőket és additíveket (antioxidánsokat). A gócképzők hatékonyságát DSC és HDT mérésekkel, amíg az additívek hatékonyságát OTT, MFI mérésekkel vizsgáltam. A mérési eredmények alapján kiválasztottam a megfelelő additív és gócképző kombinációt. Ezt követően egy kísérlettervet (DOE) készítettem a mennyiségek optimalizálására. Irodalom: [1] J. Karger-Kocsis, Polypropylene. An A-Z Reference, Kluwer Academic, Dordrecht, 1999 [2] Tolinski M.:Additives for Polyolefins: Getting the most Out of Polypropylene, Polyethylene and TPO,William Andrew Applied Science Publishers, USA, Burlington, 2009 [3] Rust N.,Ferg E.E., Masalova I.:A degradation study of isotactic virgin and recycled polypropylene used in lead acid battery casing, Polymer Testing 25 (2006) 130-139
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
149.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Anyag és technológia fejlesztés üzemanyagcellák bipoláris lemezéhez (Material and technology development for bipolar plates of fuel cell) Kovács Ágnes MSc I. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Ronkay Ferenc György, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék Király Anett, doktorandusz, Polimertechnika Tanszék A környezetvédelem, a fenntartható fejlődés és az alternatív energiák kutatása a mai világban egyre fontosabb szerepet töltenek be. Az üzemanyagcella egy elterjedésben lévő energiaforrás, ami egy tisztább fenntarthatóbb világ felé mutat. Több változata is létezik, és felhasználási területe széles, úgy mint: autóipar, hajó, ipari felhasználás, háztartási kisgép. Méretét tekintve is széles a skála: egyszerű hordozható akkumulátor töltőtől a nagyobb méretű áramforrásig. Az üzemanyagcella fő egysége a bipoláris lemez, ennek a lemeznek a segítségével lehetőség van rá, hogy hidrogén és a levegő oxigénjének felhasználásával elektromos áramot állítsunk elő. Anyagát tekintve az eddigi bipoláris lemezek, fémből készültek és mivel az erőforrás mellékterméke víz, ezért sajnos ezek az anyagok rövid időn belül korrodálnak. Az áttörést egy olyan anyag jelenti, ami fémes tulajdonságokkal rendelkezik, úgy mint: vezetőképesség, szilárdság, viszont vízszigetelő. A bipoláris lemez nagy mértékben felelős a költségekért, így a végfelhasználói árban itt lehet a legtöbbet megtakarítani. Célkitűzésem egy olyan anyag kifejlesztése, amely kielégíti a bipoláris lemez követelményeit, sorozatgyártásra alkalmas, azonban az eddig gyártott lemezeknél hosszabb élettartammal rendelkezik, stabil és megfelelő működést biztosít az üzemanyagcellának.
Irodalom: 1. Antunes R. A., de Oliveira M. C. L., Ett G., Ett V.: Carbon materials in composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells: A review of the main challenges to improve electrical performance. Journal of Power Sources, 196, 2945-2961 (2011). 2. Stauffer D., Aharony A.: Introduction to percolation theory. Taylor and Francis, London (1994).
150.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
PEG és talkum tartalmú politejsav kristályosodásának vizsgálata (PEG and talc containing polylactic acid crystallisation analysis)
Ledenyák Dániel /MSc II. évf.
[email protected] Konzulens: Dr. Tábi Tamás, egyetemi adjunktus, Polimertechnika Tanszék Modern világunk egyik legjelentősebb problémája a hulladékkezelés részleges megoldatlansága. A kommunális hulladék jelentős hányada polimer alapú. Az éves műanyag felhasználás mértéke 200 millió tonna, sőt évenként további 9% körüli növekedést mutat. A műanyag hulladékokat illetően a legjelentősebb probléma az egyszeri illetve élelmiszeripari csomagolóipari felhasználású termékek használat utáni hulladékkezelésével van. Ezek a termékek a teljes műanyaggyártás kb. 30%-át jelentik. A depóniákban való összegyűjtésük, majd újrahasználásuk alacsony áruk, illetve a hatályos jogszabályok miatt csak részben, vagy egyáltalán nem lehetséges. Az ilyen műanyaghulladék sorsa általában a depóniákban történő felhalmozás, majd energetikai hasznosítás. A manapság használt polimer alapanyagok csaknem teljes spektruma kőolaj alapanyagú, amely a fenntarthatóság szempontjából újabb problémát állít a mérnökök elé. A megoldás egyik ígéretes lehetősége megújuló erőforrásból előállított, használat után biológiai úton lebomló polimer alapanyagok előállítása, használata. Az ilyen alapanyagból rövid, illetve egyszeri használati idejű termék állítható elő, amely használat után komposztálható, majd visszakerülhet a természetes körforgásba mint növényi tápanyag. A biopolimer alapanyagnak rengeteg követelményt teljesítenie kell, amelyek közül az egyik legfontosabb, hogy tulajdonságai közel azonosak legyenek a napjainkban használt kőolaj alapú tömeg polimerekével. A technológia, és az alapanyag már a múlt század végén rendelkezésre állt a mérnökök számára, ám magas áruk jelentősen korlátozta bevezetésüket, majd széles körben való elterjedésüket. A dolgozatom alapját képező politejsav a jelenleg elérhető biopolimerek közül az egyik legígéretesebb, mivel ára mérsékelt, tulajdonságai pedig igen tág határok között változtathatóak. Az egyik elterjedést gátló tényező a csekély hőalaktartó képesség, amely elengedhetetlen a mindennapok csomagolóanyagival szemben. A hő alaktartás növelése jelenleg sok kutatás célja, ezekből megtudhatjuk, hogy az alaktartást szálas erősítő, ásványi töltő, organikus töltőanyagokkal növelhetjük. Munkám során az elérhető szakirodalom segítségével megvizsgálom a hő alaktartás növelésének legígéretesebb lehetőségeit. A dolgozatomban különböző típusú és arányú töltőanyaggal töltött PLA keverékeket állítok elő, amelyek hő alaktartó képességre gyakorolt hatását vizsgálom.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
151.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Ciklikus butilén tereftalát (CBT) adalékolásának hatása a termoplasztikus poliészter elasztomer folyóképességére és mechanikai tulajdonságaira (Effect of cyclic butylene terephthalate (CBT) on the flow and mechanical properties of thermoplastic elastomer) Halász István Zoltán MSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék Dr. Karger-Kocsis József, egyetemi tanár, Polimertechnika Tanszék A különböző gumitermékek előállításához felhasznált alapanyagokat igen bonyolult, sok alkotót tartalmazó receptúra alapján állítják elő, köszönhetően annak, hogy az sokrétű felhasználási területek mind-mind különböző tulajdonságú anyagokat igényelnek. Bizonyos adalékok azonban hatásukban pont mások ellen dolgoznak, illetve rontják az anyag más, szintén jelentős tulajdonságait. Erősítőanyag adagolásával például a keverék mechanikai és kopási tulajdonságai jelentősen javíthatók, viszont a feldolgozhatóságot ezek az adalékok nagymértékben rontják. Szükséges tehát különböző lágyító- és csúsztatószerek adagolása, amelyek viszont a fent említett mechanikai tulajdonságokra gyakorolnak negatív hatást. Korábbi kutatásokból már kiderült, hogy ciklikus butilén tereftalát (CBT) adagolásával kiváltható a fent említett két adalékcsalád úgy, hogy a folyóképesség jelentős növekedése mellett a mechanikai tulajdonságok is javíthatók, így ennek az anyagnak gumiipari adalékanyagként való alkalmazása ígéretes kutatási terület. TDK munkám célja a korábban tanulmányozott poliészter alapú elasztomer CBT (polimerizációra képes, illetve nem képes változattal) hatására történő folyóképesség növekedésének és mechanikai tulajdonságok terén tapasztalható javulásának szélesebb körű vizsgálata, mind a szélesebb keverési arányok, mind a vizsgálati módszerek kiterjesztésével.
152.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
A lényegi törésmunka módszerének alkalmazhatósági vizsgálata polimer nanokompozitok esetén (Applicability the essential work of fracture in the field of polymer nanocomposites) Turcsán Tamás MSc I. évf.
[email protected] Konzulensek: Prof. Karger-Kocsis József, egyetemi tanár, Polimertechnika Tanszék Dr. Mészáros László, egyetemi adjunktus, Polimertechnika Tanszék A lényegi törésmunka elvét (EWF) széles körben alkalmazzák a világon képlékenyen alakítható fémek törési szívósságának megállapítására. Ez a módszer alkalmazása polimerek esetén viszonylag újnak számít. A módszer kizárólag síkfeszültségi állapotban és még több más feltétel, kritérium együttes teljesülésekor képes hatásosan leírni az adott anyag viselkedését. Ezek a feltételek a fémeknél könnyedén állhatnak elő, ugyanakkor a többnyire viszkoelasztikusan viselkedő polimereknél teljesen más a helyzet. Több kutatás is foglalkozott az EWF módszer alkalmazásával óriásmolekulájú anyagok esetén, így az említett kritériumok száma növekedett a pontosabb, megbízhatóbb eredmények érdekében. Kutatásom során meg kívántam vizsgálni a módszer eddigi eredményei alapján, hogy maga az elv használható-e, és ha igen milyen feltételekkel a hőre lágyuló polimerek nanokompozitjaiban. Az elő-kísérletek során szakítóvizsgálatok segítségével, piskóta próbatesteken megvizsgáltam kétféle mátrixanyag, a részben kristályos polipropilén (PP), és az amorf polietilén tereftelát-glikol (PETG) nanoméretű részecskékkel, (mint például a böhmite, grafén, montmorillonit, szén nanocsövek) való töltésének hatását az egyes alapanyagok alapvető anyagtulajdonságaira. Az itt szerzett tapasztalatok alapján kiválasztásra került a böhmite, amely a kritériumoknak az adott körülmények közt a legmegfelelőbbnek bizonyult. A továbbiakban az EWF elvnek megfelelő speciális próbatesteken folytattam a vizsgálatokat, amelyek során kiderült, hogy a nanorészecskék jelentős befolyással bírnak a módszer szempontjából igen fontos erő-elmozdulás görbe alatti terület karakterisztikájára, ez önmagában kizárja annak alkalmazását. Ezeken felül ugyanakkor mégis lehetőség nyílik eredményes használatára a metódusnak, ugyanis a teljes erő-elmozdulás görbéből kiragadva az első, folyási feszültségig terjedő, szakaszt konzisztens eredményeket kapunk.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
153.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
TERMÉK- ÉS FORMATERVEZÉS SZEKCIÓ Helyszín:
R111-R112
Időpont:
2012. november 14. 900
Elnök:
Dr. Horák Péter egyetemi docens
Titkár:
Erdősné Sélley Csilla tud. smts.
Tag(ok):
Zalavári József DLA, egyetemi docens
9:00
Eitler Tímea Plexi lámpa tervezése Konzulens: Varga András egy. tanársegéd
9:20
Hajdu Erika Rotációs iszapvíztelenítő burkolatának tervezése Konzulens: Collognáth Dezső egy. tanársegéd
9:40
Haláchy Nóra, Samu Dániel, Bartók Anikó Ágnes Interaktív FotóRobot megvalósítása Kinect alapon Konzulens: Dr. Korondi Péter egyetemi tanár, Farkas Zita doktorandusz, Devecseri Viktor doktorandusz
10:00
Horváth Gábor Verseny-vízibicikli ülésállító mechanizmusának áttervezése Konzulens: Collognáth Dezső egy. tanársegéd
10:20
Lőrincz Dániel, Lányi Ádám, Salai Péter Pedál nélküli elektromos kerékpár tervezése - design vezérelt innováció Konzulens: Zalavári József DLA egy. docens
154.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
10:40
Schmidt Dorottya, Haláchy Nóra Esztétikus markerek robot lokalizációhoz Konzulens: Dr. Korondi Péter egyetemi tanár, Farkas Zita doktorandusz, Devecseri Viktor doktorandusz
11:00
Varga Eszter, Majoros Melinda Virtuális műtárgy rekonstrukció Konzulens: Piros Attila egy. adjunktus, Hajdú Gyula
11:20
Zolnai Tímea Erősítő gép áttervezése Konzulens: Varga András egy. tanársegéd
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
155.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Plexi lámpa tervezése (Plexiglass light design)
Eitler Tímea BSc IV. évf. e-mail:
[email protected] Konzulens: Varga András, Gép- és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] A nyári szakmai gyakorlatot az MKI Plexi Kft-nél végeztem, a cég plexi termékek gyártásával és forgalmazásával foglalkozik. A 2003-ban alakult vállalat kezdetben a reklámiparra koncentrált, idővel azonban kiderült, hogy a plexi termékek sokkal szélesebb területen alkalmazhatóak és keresettek. Ezért döntöttem úgy, hogy a cég termékskáláját bővítendő, lámpát tervezek. A tervezett konstrukció egy egymásba akasztható plexi egységekből álló, variálható lámpabúra lett. A felhasználó ízlése szerint állíthatja össze saját lámpáját, az elemek színének és darabszámának meghatározásával. A konstrukció előnye, hogy a lámpatest egyszerűen összeépíthető, szétszedhető és újraépíthető, mivel az egységek között nincs fix rögzítés. Minden egyes elemen négy kampó teszi lehetővé, hogy ezeket összeakasztva plexi „függönyök” legyenek kialakíthatóak. Az egységek kapcsolódása nem merev, hiszen nem kell ragasztót, csavarokat sem más kapcsolóelemeket használni, mert a darabok egymást tartják a helyükön. A lazább kötéseknek hála, nem csak síkokat alakíthatunk ki, hanem görbülő, íves felületek is képezhetők lesznek. A darabokból építhetők kisebb térelválasztók, lámpatáblák, állólámpák vagy akár csillárok is, de a kidolgozott termék végül a kisméretű függőlámpa lett, amely működőképes prototípusa a cég műhelyében el is készült. Ahhoz, hogy a termék működőképes legyen és a darabok ténylegesen megtartsák egymást, meg kellett találni az egységek geometriája, a hajlítási szög valamint a körben kiosztott darabok száma közötti ideális kapcsolatot. Ezután következhetett a darabok kivágása, meghajlítása, valamint a LED- égők beszerelése. A termék előnye a variálhatóságában és könnyű szerelhetőségében rejlik, amit egy olyan modulrendszer tesz lehetővé, amelyhez nem szükségesek hozzáadott kapcsolóelemek.
156.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Rotációs iszapvíztelenítő burkolatának tervezése (Design of a rotary drum dewaterer casing)
Hajdu Erika BSc IV. évf. e-mail:
[email protected] Konzulens: Collognáth Dezső, Gép- és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] A műszaki életben, - főként a funkcióra összpontosító gépeknél- elmondható, hogy a tervezés szempontjai közül a küllem szinte mindig az utolsó helyen áll. Ennek ellenére mégis megjelent az igény a gépiparban is a dizájnra mint marketingfogásra, amellyel növelhető a megrendelő elégedettsége, illetve betölt egyfajta vevőcsalogató funkciót is. A szennyvízipar meghatározó folyamatai közé tartozik az iszap sűrítése, elővíztelenítése, illetve víztelenítése. A dolgozat tárgya az ezekre a célokra megfelelő gépek közül a rotációs elven működő iszapvíztelenítő, amely külön-külön akár mindhárom feladatot képes ellátni, tehát különböző szárazanyag-tartalmú iszapot állít elő a végtermék felhasználási céljaitól függően. A tervezés során egy olyan burkolati koncepció megalkotása a cél, amely valamely mértékben szakít a területen már korábban fellelhető gépek formai világával. Egy, az ipari környezetbe illő, a funkcionális feltételeknek megfelelő, de ezen követelmények mellett mégis tetszetős megjelenés létrehozása a fő szempont. A tervezés többnyire számítógépes környezetben zajlik, 3-dimenziós modellező program segítségével. Így történik a megalkotása egy lemezalkatrész-gyártásra és megmunkálásra épülő, a vázszerkezetet is magába foglaló szerkezetnek, melynek alapanyaga rozsdamentes acél. A burkolat nyilvánvalóan szoros kapcsolatban áll a gép belső kidolgozásával, műszaki megoldásaival, így ezek, illetve magának a technológiának a megismerése is beletartozik a feladatba. A folyamatot megelőző, illetve kísérő berendezések kialakítása és szerepe is fontos szempont, ami szintén nagy hangsúlyt kap. Ezen részek közül több integrálva kerül az egységesen kialakított burkolatba. Így az például nem csak a mechanikának ad helyet, hanem egyben vízgyűjtő tartályként is funkcionál. Mindezek mellett lehetővé kell tenni a könnyű telepítést, szerelést, kezelést és karbantartást, amelyet ilyen gépeken általában rendszeresen szakemberek végeznek. Habár életének nagy részét a berendezés zárt gépházakban tölti a „közönségtől” elzártan, megéri foglalkozni azzal, hogy megfelelő megjelenést kapjon. Irodalom: 1. Dr. Tömösy László: Víztisztaságvédelem-Szennyvíztisztítás (2004) 2. Dr. Tamás János: Szennyvíztisztítás és szennyvíziszap elhelyezés (1998, Debreceni Agrártudományi Egyetem) 3. Ábrahám F., Bardóczyné Sz. E., Kárpáti Á., László Zs., Szilágyi F., Thury P., Vermes L. : A szennyvíztisztítás alapjai (Szerk.: Dr. Kárpáti Árpád, 2007) 4. Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium: Segédlet a korszerű egyedi szennyvízkezelés és a természetközeli szennyvíz tisztítás alkalmazásához (Budapest, 2005 december) 5. John C. Crittenden: Water treatment -principles and design (2005) 6. Forming the Future -innovations in shett metal forming (Szerk.: Tisza Miklós, 2007) 7. Roger L. Timings: Fabrication and welding engineering (2010) 8. Madarász István (SZIE) : Lemezalkatrészek modellezése Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
157.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Interaktív FotóRobot megvalósítása Kinect alapon (Design of a Kinect-based Interactive PhotoRobot) Bartók Anikó, MSc II. évf.
[email protected] Haláchy Nóra, BSc II. évf.
[email protected] Samu Dániel, BSc II. évf.
[email protected] Konzulensek: Dr. Korondi Péter Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika tsz. email: e-mail:
[email protected] Devecseri Viktor, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika tsz. e-mail:
[email protected] Farkas Zita Gép- és Terméktervezés tanszék email:
[email protected] A dolgozatban bemutatjuk azt a termékfejlesztési folyamatot és a létrejött interaktív installációt, amely a Design Hét NODE Workshopon bemutatkozó Design Szakosztály kiállítására készült. A megvalósított rendszer célja egy emberrel kapcsolatot teremtő robot modellezése. A képernyőn megjelenő virtuális robot az ember mozgására reagál. A robotot az emberi érzelemkifejezés képességével ruháztuk fel, amely az arra jellemző mozdulatsorokban nyilvánul meg. Az ember érzékelésére Kinect-et alkalmaztunk, amelyen egyedi képfeldolgozási algoritmust futtatva meghatározzuk az ember pozícióját. A megjelenítéshez valós idejű 3D grafikát választottunk, a gyors reagálás érdekében. A szituációt különböző állapotokkal modelleztük, amelyek között az ember mozgásának hatására történik váltás. Minden állapothoz tartozik néhány előre elkészített animáció, és a rendszer véletlenszerűen választ ezek közül. Ez a kapcsolatot kialakító robot interakció, hosszabb távon a robot érzelmi interakciós képességét vetíti előre. A kialakított rendszer az ember-gép közötti gesztusokon alapuló kommunikáció vizsgálatában is felhasználható. Az installáció elkészítése közben a koncepcionális fázistól eljutottunk az interakcióig, melynek során a résztevékenységekhez funkciókat párosítottunk, és azokat egy iteratív módon kialakított állapotátmeneti diagramban összegeztünk. A valósághű mozgás érdekében motion capture technológiát alkalmaztunk. A robotot és környezetét 3D-s tervező programokkal modelleztük, textúráztuk. Kihívást jelentett ezek átalakítása a megjelenítésre használt 3D grafikus motor számára. Továbbá az animációk elkészítésénél figyelembe kellett venni, hogy az állapotváltáskor az animációk közötti átmenet folytonos legyen. A megvalósítás során csapatban dolgoztunk, mindenki más feladatért volt felelős. Azonban a terméktervezés különböző fázisai során rendszeresen közösen „ötleteltünk” és megvitattuk a felmerülő problémákat, majd a megbeszéltek alapján folytattuk a munkát. A FotóRobot installáció sikeresen szerepelt a Design Héten.
158.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Verseny-vízibicikli ülésállító mechanizmusának áttervezése (The redesigning of the seat and its positioning mechanism of a racing pedal boat)
Horváth Gábor BSc V. évf. e-mail:
[email protected] Konzulens: Collognáth Dezső, Gép- és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] 2011-ben készült el az Emission Zero Kft. megbízásából az első verseny-vízibicikli prototípus, mely a világon egyedülálló. Markáns formája, hajócsavaros meghajtása különbözteti meg a hagyományos vízibicikliktől, melyeknél háromszor nagyobb sebesség elérésére képes. A vízibicikli első tesztelésekor kiderült, hogy a prototípus nem képes elérni előzetesen kalkulált végsebességét, elsősorban megnövekedett tömege miatt. Súlyt csökkenteni legegyszerűbben és legolcsóbban az ülések, valamint azok állítómechanizmusának könnyítésével lehetett, 2012 nyarán az én feladatom volt az említett alkatrészek újratervezése. A folyamat a már meglévő szerkezet virtuális modelljének létrehozásával, majd szoftveres szilárdsági vizsgálatával kezdődött. A cél az volt, hogy kiderüljön, milyen mértékben könnyíthető az ülésállító mechanizmus, számításba véve, hogy továbbra is meg kell birkóznia a fellépő igénybevétellel. A tervezés kezdeti fázisa költségkalkulációval és a maximálisan elérhető tömegcsökkenés mértékének meghatározásával záródott. Az Emission Zero Kft. mégsem döntött az így kialakult modell megrendelése mellett, helyette teljesen új koncepciót terveztetett, mivel felvetettem, hogy kedvezőbb anyagfelhasználással, más tervezői megközelítéssel esetleg még könnyebb, szemrevalóbb szerkezet hozható létre. Az új változat tervezésénél a kedvező tömeg elérése mellett célként tűztük ki, hogy az ülés formája is illeszkedjen a dizájnba, azaz a vízibicikli futurisztikus formáját ne törje meg. Az új állítómechanizmus és ülés tervezése a kezdetektől fogva szoftveresen folyt, gondosan ellenőrizve, hogy minden alkatrész megfeleljen a legextrémebb igénybevételnek is. Fontos szempont volt továbbá az ár, melyet körültekintő anyagválasztással, szabványelemek beépítésével tartottunk alacsonyan. A végső változat így árban is, tömegben is aláígérhetett a régebbi ülésnek és ülésállító mechanizmusnak. A prototípusba végül beszerelt szerkezet csupán 5,5 kg-os, szemben a régi ülések darabonkénti 21 kg-os tömegével. Az új ülésállító mechanizmusok és ülések alkalmazása így összesen több, mint 30 kilogrammos súlycsökkenést eredményez. Ez a vízibicikli teljes jelenlegi tömegének csaknem 15%-a.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
159.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Pedál nélküli elektromos kerékpár tervezése - design vezérelt innováció (Design of a pedal-free electric bike)
Lányi Ádám MScI., Lőrincz Dániel MSc I., Salai Péter BSc. V. e-mail:
[email protected] Konzulens: Zalavári József egy. docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék email:
[email protected] A közlekedés rengeteg problémát állít elénk nap mint nap, projektünk során a városi közlekedés egy új alternatívájának létrehozását tűztük ki magunk elé. Egy olyan pedál nélküli elektromos kerékpár megtervezésébe fogtunk, amely ötvözi a bicikli és a motor legelőnyösebb tulajdonságait. Egy biciklihez hasonlóan lehet vele manőverezni a városban, kis körültekintéssel tiszta lelkiismerettel mehetünk vele járdán vagy kerékpárúton is. Kis tömege miatt könnyen megemelhető, így könnyen veszi az olyan városi akadályokat, mint a járdaszegély, de akár egy harmadik emeleti lakásba is különösebb megerőltetés nélkül felvihető. Másik oldalról a motorhoz hasonló, dinamikus és kényelmes eszköz megtervezése a célunk. A biciklihez képest nagy, 40-45km/h sebesség a könnyű elektromos eszközzel nagy gyorsulással érhető el így a városi forgalmat kevésbé akadályozza, mint egy biciklis. A felhasználónak ráadásul mindeközben megizzadnia sem kell. A két termék ötvözéséből egy új típusú eszköz jöhet létre e kettő között, melyben egy 2,5kW motor kap helyet, így segédmotoros kerékpárnak számít majd. A motorra „A” kategóriájú jogosítvány és sisak szükséges, biztosítás ellenben nem, ami szintén nagy előnyt jelent a felhasználónak. A formavilágában minimál design városi biciklivel új kategóriát teremtünk, ugyanis pedál nem kapott helyet a gépen, nagyban építünk ugyanakkor szabványos biciklialkatrészekre illetve a bicikli formakarakterét idéző – motorokhoz képest – filigrán megjelenésre. A design mellett minden egyéb fő alkatrész is saját tervezésű a biciklin. A motor tervezéséhez egy saját készítésű szimulációs rendszert használunk, mely egy egységként kezelve modellezi a bicikli összes lényeges elemét. Az elektronika, a vezérlés, valamint a könnyű kompozit váz is saját fejlesztés. A projekt első fázisában (2012) a részletes tervek, mérések elkészítése a cél, míg ezután a második szakaszban egy olyan prototípust fogunk elkészíteni, mely alapján piacképes termék fejleszthető. Bár a fejlesztés anyagköltsége viszonylag alacsony ennek ellenére szponzorok bevonásával képzeljük el a megvalósítást, akár szakmai együttműködéssel együtt.
160.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Esztétikus markerek robot lokalizációhoz (Aesthetic robot localization markers)
Haláchy Nóra BSc II. évf. e-mail:
[email protected] Schmidt Dorottya, BSc II. évf. e-mail:
[email protected] Konzulensek: Dr. Korondi Péter Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika tsz. e-mail:
[email protected] Devecseri Viktor Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika tsz. e-mail:
[email protected] Farkas Zita Gép- és Terméktervezés tanszék e-mail:
[email protected] A robotok a közeljövőben meg fognak jelenni otthonainkban. A technika mai állása szerint a legnagyobb problémát a robotok önálló helymeghatározása, helyváltoztatása (tájékozódás, akadálykerülés, pályatervezés stb.) jelenti. Vajon útbaigazíthatjuk őket a jelenlétünk nélkül? Az ilyen jellegű információ közlése készítették az úgynevezett optikai markereket. Azonban a jelenleg használt markereket inkább a praktikusság alapján, mint az esztétikai szempontok szerint tervezték, így az emberek nem szívesen látnák otthonukban. Ki akar QR kódokkal teli falakkal a lakásában, munkahelyén együtt élni? Dolgozatunkban ezekre az esztétikai problémákra keresünk megoldást. Az általunk tervezett markerek legfőbb követelménye a megjelenés, környezetbe illeszkedés valamint a gépi látás képfeldolgozásának megkönnyítése. A markerek lakásdíszként vagy a legmodernebb irodaházak folyosóján is megállják a helyüket. Nagy hangsúlyt fektettünk az információ sűrűségre és a redundanciára. A kutatás során tanulmányoztuk a markereket, melyeket a robotok helymeghatározáskor használnak, továbbá felmértük milyen módon tudunk információt közölni a robotokkal. Készítettünk szín, és formatanulmányokat, termékötleteket, melyek közül a legjobbakat prototípus formájában kihelyeztünk. Ellenőrző számításokkal tanulmányoztuk, hogy a különböző irányokban és távolságokban milyen pontosság érhető el a helymeghatározás tekintetében különböző fényviszonyok mellett. Az esztétikus megjelenés és annak észlelése a kompozíció, tónus, mintázat, ritmus arányos megfogalmazásán alapul és egyben szubjektív vonzattal rendelkezik, így kutatásunk során nagy hangsúlyt fektettünk a felhasználók véleményére, megítélésére kérdőíves tesztek használatával. Az esztétikus marker tervezése során a megjelenés és a gépi látással történő felismerés harmóniájának megvalósítása a célunk.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
161.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Virtuális műtárgy rekonstrukció (Virtual piece reconstruction) Majoros Melinda BSc III. évf., Varga Eszter BSc III. évf. e-mail:
[email protected] Konzulens: Piros Attila, Gép- és Terméktervezés Tanszék e-mail:
[email protected] Hajdu Gyula, C3D KFT email:
[email protected] Célunk egy integrált módszer kidolgozása, mely segítségével a műtárgyról egy virtuális modell készül, ami geometriájában és megjelenítésében is pontosan reprezentálja az eredeti tárgyat. A dolgozat egy általunk választott 16. századi műtárgy rekonstruálásával foglakozik. A téma újszerűségét az általunk fejlesztett eljárás jelenti, amely a geometria rekonstruálása mellett párhuzamosan a vizuális megjelenést is helyreállítja. Ez a módszer a gyakorlatban számos helyen alkalmazható és megkönnyíti a restaurálási folyamatokat. A rekonstrukciót egy általunk elsajátított CAD rendszerben végezzük, a Pro/ENGINEER Wildfire 5-ben. A Pro/ENGINEER egy az iparban elterjedt tervező szoftver, mely rendelkezik pontfelhő kezelésére alkalmas modullal is. A Pro/ENGINEER-ben szabadformájú NURBS felületekkel dolgozunk kihasználva a rendszer textúrakezelési képességeit. A szkennelést követően egy külső program segítésével a szken pontok koordinátáit felhasználva hozzuk létre a felületet, mely illeszkedik pontfelhőhöz. A létrehozott szabadformájú felületek már lehetőséget adnak a testmodell kialakítására, melyhez anyag rendelhető és ezután azon különböző virtuális szimulációk végezhetők. A TDK dolgozat másik célkitűzése a valósághű megjelenítéssel foglalkozik. Egy olyan textúra elkészítése a cél, ami képes a virtuális modell fotórealisztikus megjelenítésére is. A textúra elkészítését speciálisan előkészített műtermi fotózás előzi meg, ami a minél pontosabb megjelenítéshez nyújt segítséget. Ezután szabad felhasználású grafikai szoftvereket alkalmazva létrehozzuk a terítéket, amit a virtuális modellre visszafeszítve alkalmazunk. Ezután foglalkozunk az elkészült modell vizualizációjával. Az eljárás során újszerűséget jelent olyan problémák megoldása, mint például a fotózás során jelentkező torzulások kiküszöbölése. Célunk a tárgy valósághű vizualizációja és egy virtuális környezetbe illesztése. Külön figyelmet fordítunk a felület realisztikus megjelenítését segítő beállítások pontosítására. Ezután a valódi tárgy precíz mása bemutathatóvá és felhasználhatóvá válik bárki számára. Irodalom: 1. Petrich G.,Lőrincz P. (1981): Ábrázoló geometria Nemzeti Tankönyvkiadó Zrt., Budapest, ISBN: 9789631949759 2. Dékán I. (2008): Digitális fényképezés alapoktól a szakmai ismeretekig Zagora 2000 Kiadó, ISBN:9789630633192
162.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
Tudományos Diákköri Konferencia 2012
Erősítő gép áttervezése (Redesigning training equipment) Zolnay Tímea BSc email:
[email protected] Konzulens: Varga András email:
[email protected]
TDK dolgozatom témájának alapjául a nyári szakmai gyakorlat szolgált, melyet a Brunswick Magyarország Kft. Life Fitness osztályánál végeztem. A cég fitneszgép tervezéssel, és gyártással foglalkozik. A feladatom a „Signature Series” gépcsalád „Benches and Racks” termékcsoportjának „Ab Crunch Bench” hasizom erősítő gépének újragondolása volt. A termék használata közben különböző problémák léptek fel, gyakoriak voltak a meghibásodások, ezért az eddigi üzemeltetési tapasztalatok felhasználásával, a biomechanikai alapkoncepció fejlesztésével egy új gépet kellett kialakítani, amely megjelenésében is újat hoz, viszont az eredeti gépcsalád formai jellegzetességeibe illeszkedik. Első lépésként a konkurens termékeket elemeztem, kiemelve azokat a szempontokat, melyeknél a LifeFitness gépe továbbmutat a többi konstrukción. Ezeket a pontokat feljegyeztem, és a tervezésnél figyelembe vettem. Ezután értékeltem a többi gépet funkcionalitás és formaterv szempontjából. A tervezéshez szükség volt a Signature Series gépcsalád felépítésének és megjelenésének tanulmányozására. A terméket Kiskőrösön a Protocon Kft. gyártja, az ott található berendezések lehetőségeinek figyelembe vétele is fontos szempont volt. A tervezés során az eredeti gép főbb arányait felhasználtam, viszont az antropometriai adatok alapján néhány indokolt esetben változtattam a méreteken. A biomechanikusok által meghatározott mozgási pálya alakját figyelembe véve két új mozgató mechanizmust terveztem, melyek jelentősen megváltoztatják az eredeti kialakítást, szimmetrikussá, és stabilabbá teszik a gépet. Az eredeti termék előnyeit megtartva az új mechanizmusok felhasználva kezdtem el az ötletelést. A kiválasztás során az újszerűséget, és formát értékelve két kialakításhoz jutottam. Ezeket továbbfejlesztve, részletesen kidolgozva, majd egy háromdimenziós tervezőprogram, a SolidWorks segítségével megépítettem konstrukciókat. Majd egy újabb kiválasztás után jutottam el a végleges termékjavaslatig.
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2012. november 16. péntek, 1245 E.I.A.
163.