1. Designing the microstructure of 3D printed Nd-Fe-B bonded magnets : doctoral disertationGranit Hajra, 2025, doktorska disertacija Opis: This doctoral dissertation investigates the development of 3D printed polymer bonded magnets using a TPU-PA12 matrix bonded with Nd-Fe-B particles, aiming to achieve enhanced mechanical and magnetic properties for industrial applications. In the first phase, two composite formulations were examined: one containing atomized spherical powder (ASP) and the other incorporating melt-spun flakes (MSF). These particles were mixed with the TPU-PA12 matrix and then processed into filaments for 3D printing. Microstructural and performance analyses revealed that MSF offered better magnetic performance, while ASP exhibited higher porosity due to its internal structure. To overcome the limitations of single-particle systems, the second phase introduced a hybrid formulation combining both ASP and MSF particles. The hybrid approach improved particle distribution and interfacial adhesion and reduced porosity, resulting in better overall mechanical and magnetic behavior. Additionally, the influence of key 3D printing parameters—such as nozzle temperature, bed temperature, feed rate, and layer thickness—was systematically studied to optimize structural integrity and performance. This study offers valuable insights into the synergistic interaction between particle morphology, polymer matrix compatibility, and processing parameters. It provides a promising pathway for designing high-performance magnetic composites tailored for automotive, electronics, and renewable energy applications, thus contributing to advancements in additive manufacturing of functional polymer-bonded magnets.
Ključne besede: magneti, vezani s polimeri, hibridni magneti Nd-Fe-B, matrica TPU-PA12, taljeno predeni kosmiči (MSF), atomiziran sferični prah (ASP), napredna proizvodnja vezanih magnetov, aditivna proizvodnja (3D-tiskanje), optimizacija procesnih parametrov, zasnova mikrostrukture, magnetne in mehanske lastnosti
Objavljeno v DKUM: 25.11.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 2
 Celotno besedilo (8,48 MB) |
2. Mikrostruktura in lastnosti zlitin na osnovi Al-Mn-Cu, obdelanih s trenjem in mešanjem : doktorska disertacijaMatjaž Macerl, 2025, doktorska disertacija Opis: V doktorskem delu so bile raziskane mikrostrukture in lastnosti dveh zlitin iz sistema Al-Mn-Cu, obdelanih s trenjem in mešanjem (FSP) in varjenih s trenjem in mešanjem ( FSW), ki imata v mikrostrukturi ali kvazikristalne faze, ki so nastale pri strjevanju, ali mešanico kvazikristalnih in L12-Al3X izločkov, ki nastanejo pri umetnem staranju.
Z visokohitrostnnim dvovaljnim litjem zlitine Al94Mn2Cu2Be smo uspešno izdelali lite trakove, pri katerem v mikrostrukturi nastane v meddendritnem prostoru kvazikristalni evtektik. Primarni delci kvazikristalnega aproksimanta Al15Mn3Be2 so nakopičeni predvsem v sredini traku in s tem zmanjšajo žilavost zlitine. Mikrostrukturo zlitine sestavlja -Al, ikozaedrični kvazikristal IQC, θ-Al2Cu, Be4Al (Mn, Cu) in Al15Mn3Be2.
Obdelava s trenjem in mešanjem FSP je močno spremenila mikrostrukturo zlitine Al94Mn2Cu2Be2 v območju mešanja. Veliki primarni delci Al15Mn3Be2 in kvazikristalni evtektik so se zdrobili in pretvorili v stabilno fazo 1-Al29Mn6Cu4. Večji vnos energije pri FSP in FSW je privedel do zmanjšanja trdote v območju mešanja, povečala se je natezna trdnost, udarna žilavost, kritične vrednosti lomne žilavosti JIC in KJIC ter odpornost proti napredovanju razpoke.
Zlitina Al-Mn-Cu, mikrolegirana z elementi Be, Sc, Zr, Cr in V, označena z AlMnCu(M), je bila po litju v bakreno kokilo obdelana s FSP. Lite plošče smo varili med seboj in s komercialno zlitino EN AW 6082 s trenjem in mešanjem FSW. Največji delež v zlitini Al-Mn-Cu(M) je zavzemala faza α-Al. V meddendritnih prostorih so bile po litju identificirane faze Al4Mn, θ-Al2Cu, IQC in Al2Cu(Sc). Po toplotni obdelavi so nastali trije tipi izločkov: ikozaedrični kvazikristalni, dekagonalni kvazikristalni in L12-Al3(Sc, Zr). Toplotna obdelava je bistveno povečala trdoto in povzročila, da je bilo območje mešanja po FSP v toplotnoobdelanih vzorcih manjše kot v litih vzorcih. Trdota v območju mešanja se je zmanjševala z večjim vnosom energije. V območju mešanja je bila drobna disperzija faze τ1- Al29Mn6Cu4. Mikrolegirana zlitina Al-Mn-Cu(M) se je uspešno varila z zlitino EN AW 6082 v stanju T6. Območje mešanja je bilo nesimetrično in bolj pomaknjeno v zlitino EN AW 6082. Pri intenzivnejšem mešanju se je povečala trdota v območju mešanja.
Ključne besede: aluminijeve zlitine, kvazikristali, mikrostruktura, obdelava in varjenje s trenjem in mešanjem, mehanske lastnosti
Objavljeno v DKUM: 19.11.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 15
Celotno besedilo (15,79 MB) |
3. Vpliv mikrolegiranja s kemijskimi elementi Sc, Y in V na mikrostrukturo in lastnosti zlitine Al-Mg-Si : doktorska disertacijaSandi Žist, 2025, doktorska disertacija Opis: V disertaciji je obravnavan vpliv mikrolegiranja s Sc, Y in V na razvoj kompleksne mikrostrukture in izboljšanja lastnosti. Referenčno zlitino predstavlja AA 6086, ki je modificirana zlitina AA 6082 z višjimi vsebnostmi Si, Cu in Zr. Preiskovani vzorci so bili liti v bakreno koliko ter toplotno obdelani v različnih temperaturnih režimih. Karakterizacija je potekala z uporabo matematičnih modelov ter eksperimentalno s svetlobno mikroskopijo, vrstično in presevno elektronsko mikroskopijo, energijsko disperzijsko spektroskopijo, rentgensko difrakcijo, diferenčno vrstično kalorimetrijo ter meritvami mehanskih lastnosti v obliki dilatometrije, trdote in tlačnih preizkusov. Izvedena je bila napredna karakterizacija mikrostrukturnih vsebin v litem in homogeniziranem stanju, ter v umetno staranih stanjih v temperaturnem območju od 170 °C do 450 °C. Razvoj mikrostrukture in lastnosti je primerljiv za zlitine s Sc in kombinacijo Sc in Y, medtem ko dodatek V bistveno ne vpliva na spremembe v referenčni zlitini. V vseh vzorcih so potrjeni številni eksotermni procesi, ki nakazujejo na aktiven razvoj disperzoidov in izločkov. Elementa Sc in Y vplivata na kinetiko izločanja predvsem pri povišanih temperaturah, kjer se reakcija nastajanja disperzoidov v primerjavi z referenčno zlitino premakne za red velikosti 50 °C. V vzorcih so detektirani majhni poligonalni in večji igličasti disperzoidi, za vzorca s Sc in Y pa je opravljena poglobljena karakterizacija prisotnih disperzoidov. Izboljšane mehanske lastnosti referenčne zlitine so bile dosežene s toplotno obdelavo vzorcev v litem stanju, kjer so izmerjene vrednosti v povprečju 77,5 HV ter so 30 % višje kakor v toplotno obdelanih homogeniziranih vzorcih. Visokotrdnostne lastnosti so bile dosežene s klasičnim staranjem pri 180 °C, kjer je povprečna izmera trdota po 8 urah znašala 122 HV.
Ključne besede: aluminijeve zlitine Al-Mg-Si, mikrolegiranje, mikrostruktura, mehanske lastnosti
Objavljeno v DKUM: 12.05.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 0 |
4. Vpliv toplotne obdelave visokotrdnostnega jekla na dinamično trdnost ceviGašper Fašun, 2025, doktorska disertacija Opis: V raziskavi smo se osredotočili na analiziranje integritete in dobo trajanja topovske cevi havbice izdelane iz visoko-trdnostnega jekla 35NiCrMoV12-5, ki je podvržen dvema različnima toplotnima obdelavama, ki ju imenujemo A in B. Analiza izhaja iz vidika lomne mehanike, ki v našem primeru temelji predvsem na konceptu odpornostne krivulje na utrujenostno rast razpok. Tekom raziskave smo eskperimentalno ali teoretično določili vplivne parametre, ki zajemajo velikost miktrostrukturnega zrna, velikost vključkov, natezno trdnost, trajno dinamično trdnost, lomno žilavost, prag utrujenostne rasti dolge razpoke, območje rasti kratkih razpok ter parametre rasti razpoke. Trajno dinamično trdnost materiala smo določi eksperimentalno s pomočjo termografske metode, ki bistveno hitrejšo določitev parametra v primerjavi s klasično metodo utrujanja vzorcev. Modeliranje topovske cevi z metodo končnih elementov (MKE) v programu Abaqus/CAE je bilo izvedeno na podlagi predhodno eksperimentalno določenih mehanskih parametrov materiala. MKE model je bil uporabljen za analizo pol-eliptičnih razpok različnih globin in dveh različnih oblik. V okoli razpoke je bila določena vrednost faktorja intenzitete napetosti na podlagi katerega smo lahko določili obdelavo materiala, ki ima boljšo odpornost proti širjenju utrujenostnih razpok. Z metodo R6 smo nato določili diagram ocene odpornosti (FAD), na podlagi katerega smo lahko določili kritične tlake za različne kombinacije globin in oblik razpok. S podatki, pridobljenimi iz diagramov FAD smo definirali eksponentne funkcije, ki določajo vrednost kritične globine razpoke v odvisnosti od uporabljenega tlaka.
Pristop, uporabljen v tej raziskavi, se je izkazal za učinkovitega pri določevanju vpliva teh upoštevanih spremenljivk na določitev vpliva velikosti vključkov na dobo trajanja topovske cevi havbice ter na varne obratovalne pogoje. Z upoštevanjem kreiranega celostnega modela je namreč določeno varno območje uporabe topovske cevi ter končna utrujenostna življenjska doba v nevarnih pogojih, ki jih definira cev z vsebovano razpoko določene dolžine.
Ključne besede: lomna mehanika, utrujenostna rast razpoke, topovska cev havbica, odpornostna krivulja, metoda končnih elementov
Objavljeno v DKUM: 24.02.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 0
Celotno besedilo (9,26 MB) |
5. Razvoj bioaktivnih membran na osnovi bakterijske nanoceluloze za uporabo pri opeklinah : doktorska disertacijaUrška Jančič, 2024, doktorska disertacija Opis: V doktorski disertaciji smo se osredotočili na razvoj novih bioaktivnih membran na osnovi bakterijske nanoceluloze (BnC), in situ, modificirane s karboksimetil celulozo (CMC), in ex situ, modificirane s proteolitskim encimom bromelainom (Br) in/ali protimikrobnim peptidom nizinom (N) za nekirurško odstranitev mrtvega kožnega tkiva (mrtvine) pri opeklinah ter hitrejše, učinkovitejše in netoksično celjenje opeklin. Membrane BnC smo producirali s pred kratkim opisano novo vrsto ocetnokislinske bakterije Komagataeibacter melomenusus AV436T, saj je bila ta izmed testiranih ocetnokislinskih bakterij najproduktivnejša. Za učinkovito odstranitev ostankov bakterij in komponent gojišča smo optimizirali alkalno obdelavo membran (1 h 0,5 M NaOH), s CMC-Br konjugati pa smo določili optimalno masno razmerje zamreževalca EDC/NHS (2/1) za najvišjo ohranitev specifične proteolitske aktivnosti bromelaina. In situ modifikacijo membran BnC smo izvedli z dodajanjem CMC v gojišče RAE za namnoževanje bakterij, kar je vodilo v nastanek membran BnC-CMC s karboksilnimi skupinami, gostejšo razporeditvijo fibrilov in izboljšanim rehidracijskim razmerjem v primerjavi z membrano BnC. Bromelain smo ex situ imobilizirali na (modificirane) membrane BnC z adsorpcijo in kovalentno vezavo z uporabo zamreževalca EDC/NHS, pri čemer smo za identifikacijo optimalne kombinacije procesnih parametrov (koncentracije CMC, bromelaina in zamreževalca EDC/NHS) z maksimalno specifično proteolitsko aktivnostjo bromelaina uporabili metodologijo odzivnih površin (RSM). S koimobilizacijo bromelaina in nizina smo proučevali sinergistični učinek obeh komponent s ciljem razširitve protimikrobnega delovanja in pridobitve proteolitskega delovanja. Optimalne bioaktivne membrane in njihove reference smo okarakterizirali s fizikalno-kemijskimi analiznimi metodami, kar je vključevalo ATR-FTIR in mikroanalizo FTIR, SEM, EDS, XPS, XRD, stične kote, kapaciteto zadrževanja vode, rehidracijsko razmerje, vsebnost vode, zeta potencial, TGA, mehanske lastnosti in specifično proteolitsko aktivnost. Biološko aktivnost membran smo analizirali s testiranjem protimikrobne aktivnosti in z različnimi in vitro (celična viabilnost in morfologija celic NHDF in HaCaT, celjenje ran) in ex vivo metodami (testiranje bioadhezije na modelu piščančje kože, testiranja toksičnosti na ekspantatih človeške kože – histološke študije, aktivnost LDH, sproščanje IL-8). Optimalni imobilizacijski pogoji (9 mg/mL CMC in 10 mg/mL bromelaina) so omogočili hiperaktivacijo encima s specifično proteolitsko aktivnostjo 2,3 U/mg in 39,1 % učinkovitostjo imobilizacije. Imobilizacija bromelaina in/ali nizina na membrano BnC-CMC je povečala povprečen premer nanovlaken, rehidracijsko razmerje in vsebnost vode ter izboljšala protimikrobno delovanje in adhezijske lastnosti. Membrani BnC-CMC in BnC-CMC-N sta bili in vitro citokompatibilni za celice NHDF in HaCaT ter sta povzročili hitrejšo proliferacijo celic HaCaT in/ali migracijo celic NHDF kot komercialni produkt Vivamel. Ex vivo analiza na ekspantatih človeške kože je za membrano BnC-CMC pokazala citokompatibilnost brez akutne toksičnosti in iritacije kože, membrana BnC-CMC-N je bila prav tako citokompatibilna brez akutne toksičnosti, vendar z zmernim dražilnim učinkom. Membrana BnC-CMC-Br je na ekspantatih človeške kože izkazovala aktivnost, ki se je odražala v razgradnji medceličnih stikov v epidermisu, vendar ni povzročila inducirajoče akutne toksičnosti in iritacije kože. Pripravljene membrane BnC-CMC, BnC-CMC-Br in BnC-CMC-N izkazujejo potencial za uporabo v različnih fazah zdravljenja opeklin.
Ključne besede: bakterijska nanoceluloza, bioaktivnost, bromelain, nizin, protimikrobna aktivnost, proteolitska aktivnost, membrana, opekline
Objavljeno v DKUM: 14.01.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 122
Celotno besedilo (14,79 MB) |
6. Izbira najprimernejšega robotskega prijemala za robotsko komisioniranje v avtomatiziranih skladiščnih sistemih : doktorska disertacijaPrimož Bencak, 2024, doktorska disertacija Opis: Zahteva po zagotavljanju učinkovitega procesa komisioniranja ob pomanjkanju usposobljene delovne sile zahteva razvoj in uporabo novih tehnologij ter izboljševanja obstoječih procesov. Doktorska disertacija obravnava probleme robotskega komisioniranja in integracije le-teh z avtomatiziranimi skladiščnimi sistemi. Robotsko komisioniranje zajema pripravo naročila glede na obseg delovnega naloga s pomočjo sistemov robotskega komisioniranja. Vsebina doktorske disertacije se osredotoča na tri glavna področja obravnave: (i) načrtovanje prijema dvoprstnih prijemal (togega in fleksibilnega), (ii) razvoj metodologije za določitev uspešnosti robotskih prijemal in (iii) razvoja novih skladiščnih strategij upravljanja procesa robotskega komisioniranja integriranega z avtomatiziranimi skladiščnimi sistemi. V ta namen je bilo razvito kompleksno orodje za izbiro najprimernejšega robotskega prijemala (SIRP), ki združuje različne funkcionalnosti z namenom večje produktivnosti skladiščno-komisionirnega sistema. Na osnovi razvitega simulacijskega modela v okolju ADAMS pridobimo najprimernejše prijemne točke za izbrano togo dvoprstno prijemalo. Nadalje je bila za fleksibilno prijemalo razvita metodologija, ki ob določevanju primernih prijemnih točk omogoča oceno uspešnosti robotskega prijemala za proces robotskega komisioniranja. Na osnovi pridobljenih podatkov o uspešnosti izbranih dvoprstnih robotskih prijemal je bila razvita nova skladiščna strategija, ki upošteva uspešnost prijema posameznega robotskega prijemala. Predlagana strategija omogoča večjo pretočno zmogljivost, pri čemer se za dosego tega cilja izvede (i) zamenjava vrstnega reda izvajanja naročil ali (ii) menjava robotskega prijemala, kadar je le-to potrebno. Na podlagi analize učinkovitosti delovanja samostojnega sistema robotskega komisioniranja in sistema robotskega komisioniranja z uporabo avtomatskega izmenjevalnika robotskega orodja, se predlaga uporaba najprimernejše konfiguracije le-teh.
Ključne besede: industrijska robotika, intralogistika in skladišča, robotizacija procesa komisioniranja, izbira robotskega prijemala, načrtovanje prijema, analiza učinkovitosti
Objavljeno v DKUM: 20.12.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 51
Celotno besedilo (18,35 MB) |
7. Razvoj premestitvenih strategij v večglobinskem regalnem skladiščnem sistemu avtomatskih vozičkov : doktorska disertacijaJakob Marolt, 2024, doktorska disertacija Opis: V doktorski disertaciji je obravnavan premestitveni problem transportno skladiščnih enot (TSE) v večglobinskem skladiščnem sistemu avtomatskih vozičkov (AVS/RS). Pri procesu odpreme TSE lahko zaradi več globin prednja TSE ovira dostop do ciljne TSE. Na podlagi uporabe učinkovite skladiščne in premestitvene strategije lahko ovirajočim TSE izberemo skladiščno mesto, kjer minimiramo povprečni čas enojnega in dvojnega delovnega cikla (DDC) in posledično povečamo pretočno zmogljivost večglobinskega AVS/RS skladiščnega sistema.
V kontekstu problematike stohastične odpreme TSE, kjer vrstni red odpreme TSE ni vnaprej poznan, smo z uporabo metode Markovskih verig za kombinacijo skladiščne strategije najglobljega mesta (DF) in premestitvene strategije DF izpeljali in predstavili analitični model. Zaradi izrazite kompleksnosti analitičnega modela smo prav tako razvili in predstavili empirični model, ki temelji na linearnih in kvadratnih regresijskih enačbah . Oba predlagana modela smo verificirali s pomočjo simulacijskega modela diskretnih dogodkov (DES). Analiza rezultatov je pokazala visoko ujemanje napovedi povprečnih časov DDC obeh predlaganih modelov z rezultati simulacije.
V okviru doktorske disertacije smo analizirali več različnih kombinacij skladiščnih in premestitvenih strategij. Namen te analize je bila identifikacija najučinkovitejše kombinacije skladiščne in premestitvene strategije za zmanjšanje povprečnega časa DDC in povečanje pretočne zmogljivosti večglobinskih AVS/RS skladiščnih sistemov. Pri simulacijski analizi DES smo spreminjali število globin in število stolpcev skladiščnega regala (skladiščnih mest vzdolž regalnega hodnika) pri čemer je skupno število skladiščnih mest (zalogovna velikost skladišča) ostalo enako pri vseh konfiguracijah skladišča. Analiza je pokazala, da skladiščni sistemi z večjim številom globin skladiščnega regala omogočajo doseganje krajših povprečnih časov DDC. Prav tako smo ugotovili, da kombinacija skladiščne strategije DF in premestitvene strategije najbližjega soseda (NN) velja za najbolj učinkovito, še posebej pri uporabi AVS/RS skladiščnih sistemih s petimi in šestimi globinami.
Problem deterministične odpreme TSE, kjer je vrstni red odpreme TSE poznan v naprej, smo reševali z algoritmi spodbudnega učenja. Analizirali smo učinkovitost algoritmov Deep Q-Network (DQN) in Proximal Policy Optimization (PPO). Razvili in predstavili smo štiri načine zapisa stanja večglobinskega AVS/RS skladiščnega sistema in analizirali, s katerim zapisom stanja so se agenti najučinkovitejše priučili reševanja premestitvenega problema TSE . Rezultate algoritmov DQN in PPO smo primerjali z rezultati celoštevilčnega programa in ugotovili, da so agenti priučeni z algoritmom PPO reševali premestitveni problem z manjšim povprečnim številom premestitev. Nadaljnja analiza rezultatov je pokazala, da so bili agenti priučeni z algoritmom DQN bolj zanesljivi pri reševanju premestitvenega problema TSE, v primerjavi z agenti priučenimi z uporabo algoritma PPO. V primerjalni analizi smo ugotovili, da lahko priučeni agenti rešujejo premestitveni problem TSE skoraj optimalno.
Ključne besede: Intralogistika, večglobinski AVS/RS skladiščni sistem, premestitveni problem TSE, analitično in numerično modeliranje, spodbudno učenje, analiza učinkovitosti
Objavljeno v DKUM: 16.12.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 32
Celotno besedilo (8,27 MB) |
8. Predelava odpadnih zaščitnih kirurških mask v nov funkcionalen polimerni material : doktorska disertacijaAlen Erjavec, 2024, doktorska disertacija Opis: Proizvodnja osebne varovalne opreme (OVO) v zadnjih letih izredno hitro narašča. K tej rasti je zagotovo prispevala pandemija bolezni COVID-19, ki pa ni edini razlog za izredno hitro rast tega sektorja. Po podatkih številnih analitičnih hiš bo trg OVO do leta 2028 imel več kot 60 % rast v primerjavi z letom 2020. Z večanjem proizvodnje OVO, pa se večajo tudi količine tega tipa odpadka in s tem pritisk na prevzemnike odpadkov. Glede na to, da gre pri zaščitnih kirurških maskah (ZKM), za enega najbolj razširjenih kosov OVO, ki ima izredno kratek čas uporabe in je njegova življenjska pot izredno linearno naravnana, so v tej doktorski disertaciji bili analizirani vplivi tega kosa OVO na okolje in predstavljene možnosti recikliranja tega materiala v večvrednostne materiale. Opravljena je bila raziskava rokovanja Slovencev z ZKM v kateri je bilo ugotovljeno, da je v prvem letu pandemije v Sloveniji bilo uporabljenih več kot 344 milijonov kosov ZKM. Prav tako je bila opravljena ocena odpadka in ocena vpliva ZKM na okolje, kadar so te nepravilno odložene. Dokazano je bilo, da so materiali zastopani v ZKM izredno primerni za postopke mehanskega recikliranja. Z namenom zagotavljanja večvrednosti končnega reciklata, so reciklatu ZKM bila dodana naravna polnila. Izbrana so bila polnila na osnovi celuloze in hitozana, saj gre za najbolj razširjena naravna polimera. Med polnili na osnovi celuloze so bili uporabljeni celulozni nanokristali, celulozne nanofibrile in kvaternizirane celulozne nanofibrile, med tem ko sta med hitozani bila uporabljena hitozan z nizko molekulsko maso in kvaterniziran hitozan. Večina polnil, je izkazala pozitiven vpliv na mehanske lastnosti reciklata, saj so nekatera povečala elastičnost reciklata tudi do 100%. Izvedene so bile številne analize površine. Te analize so med drugim pokazale, da prisotnost vseh polnil izkazuje dvig hidrofobnosti materiala, obe kvaternizirani polnili, pa v prisotnosti več kot 10 % izkazujeta tudi zelo dobro antibakterijsko delovanje reciklata, na gram + bakterije Staphylococcus aureus.
Ključne besede: zaščitne kirurške maske, mehansko recikliranje, večvrednostno recikliranje, naravna polnila, polimerni kompozit
Objavljeno v DKUM: 29.11.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 87
Celotno besedilo (8,65 MB) |
9. Sklopljen računski model za napoved erozije hidravličnih sistemov zaradi kavitacije in delcev : doktorska disertacijaLuka Kevorkijan, 2024, doktorska disertacija Opis: Hidravlični sistemi so lahko podvrženi eroziji zaradi pojava kavitacije ali zaradi prisotnosti delcev v toku tekočine. V hidravličnih sistemih je pogosto prisotna hidrodinamska kavitacija, ki je posledica spremenjene dinamike toka, kjer pride do lokalnega povečanja hitrosti in posledičnega padca tlaka do tlaka uparjanja. Na trdni površini, ki je izpostavljena toku s kavitacijo, se lahko pojavi erozija zaradi kavitacije. Ob tem so lahko v tekočini tudi suspendirani delci, ki se ob trku s trdno površino odbijejo in pri tem oddajo del gibalne količine steni zaradi česar lahko nastopi erozija trdne površine. Ob poznavanju mehanizmov in sposobnosti modeliranja erozije zaradi kavitacije in delcev ostaja odprto področje hkratna obravnava pri modeliranju erozije zaradi obeh pojavov. Zato je bil razvit numeričen model za napoved erozije hidravličnih sistemov zaradi kavitacije in delcev. Numerični model sestoji iz modela homogene zmesi za večfazni tok, kjer je kavitacija modelirana z izvornim členom v dodatni prenosni enačbo mase pare, ki ga podaja Schnerr-Sauer kavitacijski model. Gibanje delcev je modelirano po pristopu Lagrangevega sledenja z dvosmernim sklapljanjem gibalne količine med delcem in tekočino. V komercialni program za računalniško dinamiko tekočin je preko uporabniško definiranih funkcij vpeljan model kavitacijske erozije. Erozija delcev je modelirana z McLaury modelom. Turbulenca je modelirana s tremi različnimi modeli, dvema RANS (k-ε RNG in k-ω SST) in enim hibridnim (DDES-SST). Z namenom validacije so izvedeni tudi eksperimenti s kavitacijo v toku z delci in brez delcev pri treh pretokih na primeru Venturijevega kanala, kjer erozijo na površini posredno napovemo z metodo barvnega nanosa. Narejena je primerjava rezultatov numeričnih simulacij z različnimi turbulentimi modeli, kjer je ugotovljeno, da daje najboljšo napoved DDES-SST model. Pri treh pretokih toka brez delcev in z delci je ugotovljeno zadovoljivo ujemanje med simulacijo in eksperimentom, s čimer je potrjena ustreznost numeričnega modela za napoved erozije zaradi kavitacije in zaradi delcev.
Ključne besede: kavitacija, delci, erozija
Objavljeno v DKUM: 22.10.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 52
Celotno besedilo (13,90 MB) |
10. PREPARATION OF AMINO ACID AND PEPTIDE POLYSACCHARIDE DERIVATIVES AND THEIR APPLICATION AS BIOMATERIALS : doctoral dissertationAna Bratuša, 2024, doktorska disertacija Opis: The derivatization of the polysaccharide dextran with N-protected amino acids (Boc-L-Phenylalanine, BocGlycine, Boc-L-Cysteine, and Boc-L-Cysteine-S-Trt) and peptides (Boc-L-DiPhenylalanine, Boc DiGlycine, and 2,5-diketopiperazine) as the basis for biomaterial preparation is presented in this Doctoral Dissertation. Such prepared dextran derivatives are intended to mimic the proteoglycan complex (PGs), one of the most important structural and functional biomacromolecules in the extracellular matrix (ECM) of tissue. Nowadays, developments in biomaterials are focusing increasingly on the preparation and use of biomimetic molecular structures to achieve positive results in tissue engineering (TE) and drug delivery. Designing and synthesizing these biomimetic materials, however, requires sophisticated chemical and material preparation methods, knowledge that is, currently, unexplored.
In this work, we developed a suitable procedure for dextran derivatization, and investigated the most optimal reaction or deprotection conditions (temperature and time) and isolation/purification methods. The structures of the obtained BocPhe-Dex, BocGly-Dex, BocCys-Dex, and BocSTLC-Dex were analyzed with FTIR, NMR, SEC-MALS, and EA. The results showed that dextran derivatization was successful in all cases except in the case of dextran derivatization with BocCys. Investigation of the effect of the derivatization conditions and purification on the stability, purity, and other important chemical and physical properties of the obtained product, showed that the temperature and time of derivatization do not have a bigger effect on the products' properties, while the purification method, on the other hand, has. Its effect is visible in the product's purity and mass yields of products prepared under the same reaction conditions.
Derivatization of dextran with peptides (Boc-L-DiPhenylalanine, BocDiGlycine, and 2,5-diketopiperazine) was performed using the CDI coupling agent or Amberlite-IR 120 as a catalyst. The products were analyzed with FTIR and 1H and 13C NMR. The results showed successful dextran derivatization in the case of BocDiPhenylalanine and BocDiGlycine, while, in the case of 2,5-diketopiperazine, a reaction covalent bond with the dextran was not confirmed.
BocPhe-Dex and BocSTLC-Dex were selected as the most optimal amino acid-dextran derivatives for further preparation of 3D formulations in the shape of nanoparticles (NPs). Nanoparticles were prepared with the emulsion/solvent evaporation method from the obtained BocPhe-Dex and BocSTLC-Dex products (prepared in the first stage of this Doctoral Dissertation). SEM analysis showed that the prepared NPs were homogeneous and nicely spherical, with an average dry diameter of 325 ± 118 nm in the case of BocSTLC-Dex, and 1039 ± 382 nm in the case of NPs prepared from BocPhe-Dex. All the prepared NPs retained their proper spherical shape and stability during the acidic treatment, and so confirmed their potential for further functionalization and applications for drug delivery. The BocSTLC-Dex NPs were also evaluated with cell viability tests, which showed that the prepared NPs were not cytotoxic, one of the most important characteristics for the drug delivery applications of NPs.
This work serves as a basis for further studies on the derivatization of polysaccharides with amino acids and peptides, and their application in tissue engineering or drug delivery.
Ključne besede: Amino Acid-Dextran derivatives, Peptide-Dextran derivatives, Proteoglycan complex, 3D formulation, Nanoparticles, Drug delivery
Objavljeno v DKUM: 18.10.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 47
Celotno besedilo (9,08 MB) |
