Machinery - Repository of the Faculty of Mechanical Engineering, University of Belgrade
Not a member yet
8397 research outputs found
Sort by
Notch vs. crack effects on impact toughness and fracture behavior of a duplex steel weldments
No full textThis paper presents the effect of stress concentration due to notch or cracks on the impact toughness of duplex steel S32750. This analysis is based on the results obtained by Charpy instrumented pendulum, enabling the separation of total energy into crack initiation, Ei, and crack propagation energy, Ep. The crack sensitivity factor (CSF) was determined, defined here as the ratio of total impact energy (KV value), obtained by testing standard ISO- V specimens, and KV1 value, obtained on a same type of specimen but with 1- mm long fatigue cracks: CS = KV/KV1. Testing was conducted in accordance with standard EN ISO 148- 1:2017 at different temperatures: +20°C, −40°C, −60°C, and −80°C. Fatigue crack lengths ranged from 1 to 5.5 mm, as measured from the notch root on ISO- V specimen. Based on KV vs. crack length diagrams, KV1 values are obtained by interpolation of all results, providing data for CSF determination. Fractography was also done to clarify the fracture behavior of notched and cracked specimens under impact loading and different temperatures.Naveden je glavni i odgovorni urednik časopisa FFEMS (Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures)
Thermal decomposition of spent lithium-ion batteries pouch: Investigating kinetic and thermodynamic compensation effects
No full textA deeper understanding of the pyrolysis process for main and additional components in spent lithium-ion batteries (LIBs) could provide valuable insights for optimizing their recycling processes. This study examined the thermal behavior, kinetics, thermodynamics, and product evolution during the pyrolysis of laminate pouch primarily composed of polypropylene and polyamide. The kinetic compensation effect (KCE) and thermodynamic compensation effect (TCE) were also probed to provide a comprehensive understanding of the conversion. The degradation process was divided into three stages, with total mass loss ranging from 31.14 to 40.28 % and peak temperatures between 419 and 472 °C. The average activation energy was determined to be 118.06 kJ mol−1, with specific values of 99.25, 119.06 and 139.31 kJ mol−1 within conversion rate of 0.10–0.30, 0.35–0.75 and 0.80–0.95, respectively. The pouch conversion followed D1 diffusion mechanism. The KCE was confirmed and reconstructed
displayed an excellent fit. Thermodynamic analysis implied that this conversion process was endothermic and non-spontaneous. Enthalpy and entropy relationship demonstrated the existence of TEC with compensation temperature (Tcomp) and experimental temperature (Texp) of 676.20 K and 693.23 K, respectively. In addition, free energy of compensation (ΔGcomp) was found to be 164.51 kJ mol−1, in agreement with experimental binding free energy (ΔGexp) range of 166.48–170.65 kJ mol−1, further confirmed the validity of the adopted mechanism
Enhancing impact toughness of additive manufactured pet-g using short carbon fibers
No full textPolyethylene terephthalate glycol (PET-G) material is used in additive manufacturing (AM) for the production of moderately loaded polyester-based parts. Scientific papers show that build orientation and printing direction angle substantially influence the mechanical properties of additively manufactured specimens. This paper explores the influence of adding short carbon fibers (SCF) to PET-G material where the effect of build orientations (flat, on edge and upright) and raster angles (0° and 90°) on the impact toughness was investigated. In this study, a low-energy instrumented Charpy Instron Ceast 9050 test was used as an experimental method to evaluate the impact behavior of those two different materials. An experimental evaluation of impact toughness in the case of AM impact specimens fabricated with different build orientations and printing angles was performed. The impact tests were carried out on five specimens per group (a total of 60 specimens for this research). The results obtained from an instrumented pendulum were compared between different specimen groups and different material to gain insight into enhancing impact toughness of additive manufactured PET-G using short carbon fibers. It was confirmed that addition of short carbon fibers enhance impact toughness but the different build orientations and raster angles have a greater influence on the final mechanical properties.under the agreement number 451-03-136/2025-03/200105, date February 4, 2025
RISK ASSESSMENT IN VAT PHOTOPOLYMERIZATION: ENHANCING SAFETY IN THE AUTOMOTIVE INDUSTRY
No full textAdditive Manufacturing (AM), or 3D printing, is revolutionizing production by building parts layer by layer, offering a significant reduction in material waste compared to traditional subtractive methods. This technology allows the creation of complex geometries that are often difficult or expensive to produce using conventional means. Among the seven process categories defined by ISO/ASTM 52900-21, vat photopolymerization stands out for its precision and ability to fabricate highly detailed parts. Vat photopolymerization techniques, such as stereolithography (SLA) and digital light processing (DLP), cure liquid photopolymer resins with ultraviolet or visible light. This process yields parts with excellent surface finish and accuracy, making it particularly valuable in the automotive industry. Here, vat photopolymerization accelerates prototyping of intricate parts like lighting systems, dashboards, and ventilation components, helping to shorten design cycles and foster innovation. However, the process involves health and safety risks. Photopolymer resins may contain toxic chemicals, and exposure to their vapours or direct skin contact can be harmful. The curing process exposes operators to UV or laser radiation, which poses risks of eye and skin injuries. Additionally, the electrical and mechanical components of used 3D printers introduce hazards such as electric shock and burns. This research applies the Kinney risk assessment method to evaluate these hazards by analysing their probability, frequency, and consequence. Using ISO 12100:2010-based checklists, it identifies key risks and recommends mitigation strategies. These include proper storage of resins in cool, ventilated areas, mandatory personal protective equipment (PPE), adequate machine enclosures with ventilation, regular equipment maintenance, and workload management to prevent fatigue. Equally important is comprehensive operator training and the establishment of standardized procedures. The research highlights the need for dedicated safety standards tailored specifically to additive manufacturing technologies. As vat photopolymerization expands in automotive production – from prototyping to functional part manufacturing – industry-specific guidelines are essential to safeguard workers and ensure environmental responsibility. In summary, integrating structured risk assessments in vat photopolymerization supports the safe adoption of AM technologies in the automotive sector. This approach not only protects user health but also enables the continued innovation and efficiency that define modern manufacturing
Reliability-based approach for structural integrity assessment of a bucket wheel excavator
No full textExisting studies dealing with structural strength of bucket wheel excavators (BWE) include a traditional approach that does not take into account the whole structural response of the object, but only considers the maximum response at the single location. To solve this issue, this paper proposes assessment of the structural response of BWE SchRs 630 that separates structural from mechanical failures, and predicts the reliability of the design. Firstly, stress results from finite element analysis for different loading scenarios are obtained. Three loading scenarios are included: (i) working load and steel weight (deadweight); (ii) steel weight; (iii) steel weight and inertial forces induced by slew drive breaking. In that way the whole in-service cycle of the BWE would be covered. Stresses and the yield criteria are treated as random variables in order to produce their probability density functions, which are compared to evaluate structural response. Monte Carlo method is used for the calculation of the structure’s probability of failure and consequently, reliability and reliability index. That means that the whole structure response is described using one single value − probability of failure. Also, the analysis has shown that the probability of failure starts to rise more rapidly for the reduction factor (RF) below the 0.6–0.7 range. This study confirms design code recommendation value for the criterion of yield stress limit reduction factor RF = 0.67. In addition, assessment of potential cracks was performed to obtain overall structural integrity assessment (OSIA) of the structure. Based on those results, reliability can be increased by small local improvements
Internality of Two-Measure-Based Generalized Gauss Quadrature Rules for Modified Chebyshev Measures II
No full textGaussian quadrature rules are commonly used to approximate integrals with respect to a non-negative measure ������������̂
. It is important to be able to estimate the quadrature error in the Gaussian rule used. A common approach to estimating this error is to evaluate another quadrature rule that has more nodes and higher algebraic degree of precision than the Gaussian rule, and use the difference between this rule and the Gaussian rule as an estimate for the error in the latter. This paper considers the situation when ������������̂
is a Chebyshev measure that is modified by a linear factor and a linear divisor, and investigates whether the rules in a recently proposed new class of quadrature rules for estimating the error in Gaussian rules are internal, i.e., if all nodes of the new quadrature rules are in the interval (−1,1)
. These new rules are defined by two measures, one of which is a modified Chebyshev measure ������������̂
. The other measure is auxiliary
REQUIRED LIMITS FOR nZEB FOR DIFFERENT CATEGORIES OF BUILDINGS
No full textThe paper presents the critical discussion on different nZEB minimum energy performance requirements in EU countries and possibility of their application in the Republic of Serbia. EU countries set their limits for nZEB for new and existing buildings differently, and within their national frameworks. The Republic of Serbia hasn’t adopted new regulation based on revised EPBD from 2024. yet, but being on the EU road it is necessary to develop national regulations based on experiences of other countries. Based on the EPBD, it is necessary to define the minimum requirements for new buildings and develop renovation strategies for existing building stock for energy consumption reduction and mitigation of greenhouse gases effect. Some of the categories of buildings are very challenging and therefore it is very important to set the right minimum energy performance requirements within the national regulations. The analysis in this work was done for the renovation of existing multifamily residential building in the Republic of Serbia to the nZEB level. Possible energy efficiency measures are proposed for three different cases. The results showed that possible primary energy reduction after the implementation of a package of different energy efficiency measures was about 88%, while the possible CO2 emission reduction was about 83%. Properly set nZEB minimum energy performance requirements in future national regulations will lead to intensive energy consumption reduction and CO2 emission reduction as well, which will further lead to the fulfillment of EPBD goals and decarbonization of the building sector
Optimizacija tehničko-tehnoloških parametara proizvodnje vatrostalnih premaza na bazi pirofilitnog škriljca za primenu u livarstvu
No full textПремази за калупе и језгра су ватростални производи чија је основна улога стварање ефикасне ватросталне баријере између пешчане подлоге и струје течног метала током фазе уливања течног метала, очвршћавања и формирања одливака. То утиче на процес формирања структуре и својстава одливка, обезбеђује добијање чисте и глатке површине, без налепљеног песка и грешака услед пенетрације метала у калуп (израслине, удубљења, храпава површина и слично). Постоје различите поделе премаза: према врсти ливеног метала (за обојене метале, челик, сиви лив); на основу хемијског карактера (кисели, базни, неутрални); према природи процеса ливења, врсти калупа и језгара. На избор врсте
премаза утичу и поступци израде калупа и језгара- врста калупарских мешавина са различитим системима везивања зрна песка (ливење у хладне калупе, ливење у топле калупе, СО2 поступак, ливење са испарљивим моделима, шкољка процес и друго). За калупе и језгра израђене од мешавине кварцног песка и везивног средства, сирове или осушене, користи се једна врста ватросталних премаза, док у случају металних калупа (кокила) и металних језгара користи се друга врста премаза [1-10].
Израда премаза подразумева избор ватросталног пуниоца, везива, адитива и растварача у складу са појавама и процесима који се одвијају на контактној површини калуп- премаз- течан метал у фази уливања, хлађења и очвршћавања одливака. То се пре свега односи на физичке и физичко-хемијске процесе међусобног деловања течног метала и калупа који одређују површинска својства одливака, затим, прелаз метала из течног у чврсто стање као резултат процеса очвршћавања и формирања структуре, као и феномен скупљања метала и појава везаних за промену димензија одливака при очвршћавању [11-20].
Техничко решење "Оптимизација техничко-технолошких параметара производње ватросталних премаза на бази пирофилитног шкриљца за примену у ливарству" бави се развојем нове врсте ватросталних премаза на бази пирофилита за примену у ливарству чиме се решавају следећи проблеми:
1) пројектовање и оптимизација састава ватросталног премаза за пешчане калупе и језгра;
2) пројектовање и оптимизација ватросталног премаза за полимерне моделе и примену у процесу ливења са испарљивим моделима (LF proces)
3) унапређење и развој процеса ливења, смањење трошкова производње, повећање квалитета одливака.
Код ливења у калупе од пешчане мешавине, у фази уливања течног метала пресудан утицај имају карактеристике пешчане мешавине као што су ватросталност и пропустљивост за гасове. Истопљени метал садржи у себи велике количине растворених гасова. Могућност њиховог ишчезавања из шупљине калупа углавном је кроз калупарску мешавину. Пропустљивост калупарске мешавине првенствено зависи од величине зрна песка. Различите величине зрна песка у калупарској мешавини могу да узрокују појаву површинских недостатака на одливцима. У случају високе пропустљивости мешавина са крупнијим зрнима песка, уливени метал може лако да залази у међупросторе између зрна песка стварајући након очвршћавања врло грубу површину одливака. При употреби калупарских мешавина са јако ситним зрном песка пропустљивост таквих мешавина има изузетно ниску вредност, што може да утиче на појаву порозности у одливку. Недостаци на површини одливка који се јављају као налепци калупне или језгрене мешавине најчешће потичу од недовољно чврстог калупа, због непажње при изради калупа и језгара, као и од неправилно димензионисаног уливног система. Коришћењем ватросталних премаза смањује се опасност од ерозије калупне шупљине и онечишћења течног метала. Премази повећавају ватросталност калупа и отпорност према струји течног метала,
спречавају пенетрацију течног метала у зидове калупа и појаву запеченог песка на површини одливка [1, 21-27].
За разлику од ливења у пешчане или металне калупе код којих се течни метал улива у шупљину калупа, код нове методе ливења са испарљивим полимерним моделима, течни метал се улива у тзв. "пун калуп". Заправо, модели и уливни системи израђени од полимера остају у калупу све до уливања течног метала, када у контакту са течним металом, бурно, у релативно кратком времену се разлажу и испаравају, а насталу шупљину испуњава течни метал који се хлади и очвршћава формирајући одливак. Разлагање полимерног модела у контакту са течним металом је ендотермни процес. Важну улогу у одвијању процеса има температура ливења, која се одређује у корелацији са врстом полимера, првенствено у односу на густину полимера. У случају примене модела веће густине неопходно је да температура ливења буде виша. Ватростални премаз за полимерни модел треба да има одговарајућу ватросталност, високу пропустљивост за гасове који настају разлагањем модела, да се лако наноси на модел, лако приања на површину модела, брзо суши, да не пуца, да поседују одговарајућу чврстоћу и отпорност на абразију, да постоји могућност контролисања и подешавања дебљине слоја премаза. За већу пропустљивост калупа у овом процесу ливења потребно је одредити врсту и величину зрна песка за калуповање [2,13,23]. Користи се невезани песак, који се засипа око обложеног модела уз примену вибрација до попуне калупа. За постизање квалитетне и рентабилне производње одливака ливењем са испарљивим моделима неопходно је постићи равнотежу у систему: испарљив полимерни модел- течан метал- ватростални премаз- пешчани калуп у фази уливања метала, разлагања и испаравања полимерног модела, формирања и очвршћавања одливака.
У оквиру техничког решења предвиђено је коришћење пирофилитног шкриљца као ватросталног пуниоца у саставу премаза (у даљем тексту: пирофилит). Пирофилит (Al2Si4O10(OH)4) је минерална сировина погодна за синтезу ширег спектра производа и примену у различитим гранама привреде (грађевинарству, пољопривреди, индустрији хране, заштити животне средине) [28-31]. Поседује карактеристичну мекоћу, кристалну структуру, добру мељивост, велику способност налепљивања и облагања површина. Имајући у виду сложеност процеса ливења, за избор пирофилита, као ватросталног пуниоца у саставу премаза, одлучујућу улогу имале су карактеристике пирофилита као што су: мали коефицијент топлотне проводљивости, мали коефицијент линеарног термичког ширења, релативно висока температура топљења, висока инертност, тј. отпорност према течном металу, киселинама и алкалијама, не развија гасове у контакту са течним металом [32-36]. Пирофилит показује високу ватросталност, а због своје термичке трансформације у мулит стабилан је на повишеним температурама, што га чини погодним минералним додатком за ватросталне необликоване материјале, као што су премази, као и различите керамичке обликоване производе. Пирофилит није токсичан минерал а технологије прераде овог минерала су еколошки чисте [28,30]. За истраживање
могућности примене пирофилита као пуниоца у саставу ливачких премаза, коришћен је полазни узорак стене пирофилита из лежишта Парсовић- Коњиц, БиХ
Chatter in Manufacturing System – Prediction and Detection
No full textChatter is a phenomenon that periodically occurs in machining systems. Its occurrence in machining
processes excites the tool and other elements of the machining system, creating „chatter marks“ on the
workpiece surface, which affects the quality of the machined surface and dimensional accuracy. An
increased noise level is another indicator of the presence of chatter. These consequences have driven
researchers and global companies to develop machining systems or software for their programming,
aiming at the prediction, detection, and suppression of chatter in machining systems. A large number of
mathematical models and software solutions have been developed and published in leading international
journals. The topic of this paper is a review of the current state of research on chatter, with an emphasis
on the methods and techniques for chatter prediction and detection in machining systems.contract no. 451-03-137/2025- 03/200105 dated 4 February 202
