Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS
GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI
KONFERENCIA
2019. NOVEMBER 12.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
2. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 3.
A TDK KONFERENCIA FŐ TÁMOGATÓI
Akadémiai Kiadó
Egyetemi Hallgatói Képviselet
Gépészkari Hallgatói Képviselet
Pro Progresszió Alapítvány
Energetikai Szakkollégium
1975-ben végzett gépészmérnökök alapítványa
Prof. Dr. Kozmann György
Knorr-Bremse Vasúti Jármű Rendszerek Hungária Kft.
MechatroMotive Kft.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
4. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
A TDK KONFERENCIA SZEKCIÓI
ALKALMAZOTT MECHANIKA I. 5.
ALKALMAZOTT MECHANIKA II. 15.
ALKALMAZOTT MECHANIKA III. 23.
ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA 34.
ÁRAMLÁSTAN 44.
BIOMECHATRONIKA 56.
ENERGETIKA 64.
ÉPÜLETGÉPÉSZET ÉS GÉPÉSZETI ELJÁRÁSTECHNIKA 73.
GÉPGYÁRTÁSTECHNOLÓGIA 84.
GÉPTERVEZÉS 90.
GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉS 100.
HEGESZTÉSTECHNOLÓGIA 108.
MECHATRONIKA 114.
OPTOMECHATRONIKA 123.
ORVOSTECHNIKA 131.
POLIMER ANYAGTUDOMÁNY 139.
POLIMER KOMPOZITOK 146.
POLIMER TECHNOLÓGIA 154.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 5.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ALKALMAZOTT MECHANIKA I.
Helyszín: MM épület I. em. 26. Tanszékvezetői iroda
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Csernák Gábor, egyetemi docens
Titkár: Nagy Dalma, doktorandusz
Tag: Dr. Bencsik László, tudományos munkatárs
9:00 Gyenge Ákos
Perpetuális pontok – új eszköz a nemlineáris dinamikában
Konzulens: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens
9:20 Vincze Balázs
Diszkrét idejű Kuramoto oszcillátorok dinamikája
Konzulens: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens
9:40 Fodor Gergő
Kollokációs módszer alkalmazása sztochasztikus késleltetett
differenciálegyenletekre
Konzulens: Sykora Henrik, tanszéki mérnök
10:00 Zajcsuk Liliána
Átjárás állásból járásba és átállás járásról állásra
Konzulens: Dr. Zelei Ambrus, tudományos munkatárs
SZÜNET
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
6. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
10:30 Szabó Bendegúz
Mobiltelefon tehetetlenségi nyomatékainak mérése belső szenzorokkal
Konzulens: Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár
10:50 Ismayilov Mirroyal
Modell-prediktív szabályozási sémák az emberi egyensúlyozás inverz inga
modelljeire
Konzulens: Dr. Zelei Ambrus, tudományos munkatárs
11:10 Csuzdi Domonkos, Antal Péter
Inverz inga egyensúlyozása tintasugaras nyomtató mechanizmusával
Konzulens: Dr. Insperger Tamás, egyetemi tanár
11:30 Syzdykova Assiya
Egyensúlyi helyzetek meghatározása a klasszikus korlátozott háromtest-
probléma témakörében
Konzulens: Dr. Dombóvári Zoltán, egyetemi docens
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 7.
Perpetuális pontok – új eszköz a nemlineáris dinamikában
(Perpetuals points – a new tool in nonlinear dynamics)
Gyenge Ákos BSc
Konzulens: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens, Áramlástan Tanszék
A nemlineáris dinamika a XX. században gyors fejlődésnek indult, köszönhetően a
számítógépek előretörésének és ezzel a számítási kapacitás megnövekedésének. Nem pusztán
komplex rendszerek szimulációja vált lehetővé, hanem a technológia fejlődésével a területen
látványos ábrák születtek, melyek a hétköznapi emberek körében is népszerűvé tették a
fraktálokat, illetve a káoszelméletet. A fejlődéssel együtt az alkalmazások száma is növekedett,
napjainkban már számos, világunkat leíró modell (legyen szó gazdaságtanról, biológiáról,
pszichológiáról vagy a műszaki tudományokról) alapja a nemlineáris dinamika. Ezen
rendszerek stabilitásának vizsgálata különösen fontos, azonban nehéz feladat. Dolgozatomban
egy olyan eszközt fogok vizsgálni, amely mindössze 5 éve jelent meg az irodalomban: a
perpetuális pontokat [1]. Ezen pontokban a sebesség nem zérus, hanem maximális. Egyes
kutatások szerint vizsgálatuk segíthet a rejtett attraktorok megtalálásában, továbbá a perpetuális
pontok jelenlétéből következtetni lehet a rendszer disszipatív voltára. Noha ezen állításokat más
szerzők cáfolják, egyértelműen még nem lehet megítélni az eszköz hasznosságát. TDK
dolgozatomban összefoglalom az eddigi irodalmat, valamint további példákon keresztül
vizsgálom a perpetuális pontokat, kitérek azok gyakorlati alkalmazhatóságára.
Irodalom:
[1] Prasad, A. [2015] “Existence of perpetual points in nonlinear dynamical systems and its
applications,” Int. J. Bifurcation and Chaos 25, 1530005-1–10.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
8. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Diszkrét idejű Kuramoto oszcillátorok dinamikája
(Dynamics of discrete time Kuramoto oscillators)
Vincze Balázs BSc
Konzulens: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens, Áramlástan Tanszék
A szinkronizáció az egyik legfontosabb jelenség számos fizikai, kémiai, illetve biológiai
rendszerben. Ezeket a rendszereket oszcillátorok alkotják, melyeket a fázisukkal lehet
jellemezni. Szinkronizáció akkor jöhet létre, hogy ezek az oszcillátorok valamilyen
kölcsönhatásban vannak egymással.
A Kuramoto oszcillátor egy általános modellje a fáziskapcsolt oszcillátoroknak (rotátoroknak).
Ebben a dolgozatban a Kuramoto modell diszkrét idejű változatát vizsgáljuk. Egy
mozgásállandó bevezetésével egyszerűsítjük a feladatot. Megvizsgáljuk a rendszer stabilitását
két illetve három oszcillátor esetén, és definiáljuk az ehhez kapcsolódó szinkron illetve
aszinkron halmazokat. Kiszámoljuk a stabil kettes ciklusok létezésének feltételeit a szinkron
valamint aszinkron halmazok esetén és megfigyeljük a magasabb rendű ciklusok, majd a káosz
megjelenését.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 9.
Kollokációs módszer alkalmazása sztochasztikus késleltetett
differenciálegyenletekre
(Collocation method for stochastic delay differential equations)
Fodor Gergő MSc
Konzulens: Sykora Henrik, tanszéki mérnök, Műszaki Mechanikai Tanszék
Késleltetett differenciálegyenleteket számtalan területen alkalmaznak műszaki rendszerek
leírására, például késleltetett szabályozási körök, fantom forgalmi dugók vagy
szerszámgéprezgések esetén. A legfontosabb cél a kialakuló rezgések elkerülése,
minimalizálása, a rendszer stabilitásának biztosítása. Általában az említett rendszerek
vizsgálatakor a sztochasztikus hatásokat elhanyagolják (pl.: késleltetett szabályozási körök
esetén a nem szűrhető sztochasztikus zajokat, szerszámgéprezgések esetén a sztochasztikus
forgácsolóerőt), pedig a rendszer viselkedését ezek a hatások jelentősen befolyásolhatják. A
sztochasztikus zavarások figyelembevétele ezeknél a rendszereknél sztochasztikus késleltetett
differenciálegyenletekre vezet. Ezek az egyenletek komplex matematikai problémák, analitikus
úton nem megoldhatók, csupán numerikus módszerek segítségével lehetséges a vizsgálatuk (pl.
Monte-Carlo szimulációk statisztikai elemzése), melyek számítási igénye jelentős. Ennek
megfelelően gyors és hatékony a numerikus algoritmusokra van szükség, amelyekkel a rendszer
viselkedése (stabilitás, stacionárius viselkedés) tanulmányozható.
A kutatás célja, hogy kiterjesszük a determinisztikus késleltetett differenciálegyenletek
stabilitási tulajdonságainak leírására alkalmas rendkívül hatékony kollokációs módszert [2]
sztochasztikus késleltetett rendszerekre is, hogy azok momentumstabilitásának [1] vizsgálatára
is megfelelő legyen. A módszer validálását ismert numerikus megoldókkal való
összehasonlítással végezzük (pl. sztochasztikus szemi-diszkretizáció, Monte-Carlo
szimulációk).
Irodalom:
[1] Henrik T. Sykora, Dániel Bachrathy, Gábor Stépán (2019), Stochastic Semi-Discretization
for Linear Stochastic Delay Differential Equations, International Journal for Numerical
Methods in Engineering
[2] Butcher, E. A., Bobrenkov, O. A., Bueler, E., & Nindujarla, P. (2009). Analysis of Milling
Stability by the Chebyshev Collocation Method: Algorithm and Optimal Stable Immersion
Levels. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 4(3), 031003.
doi:10.1115/1.3124088
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
10. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Átjárás állásból járásba és átállás járásról állásra
(Transition from standing still to walking and reverse)
Zajcsuk Liliána MSc
Konzulens: Dr. Zelei Ambrus, tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék
Az emberi egyensúlyozás komplex, több izom közös munkáját igénylő feladat állás esetén is,
amit a helyváltoztatás (séta vagy futás) még bonyolultabbá tesz. A dolgozat célja hozzájárulni
az egyensúlyozás-folyamat felderítéséhez állás és járás esetén, majd összekapcsolni a kettőt a
köztük lévő átmenet alapos vizsgálatával. Az irodalomkutatásból származó eredményeket saját,
optikai mozgáskövető rendszerrel végzett mérésekkel hasonlítottam össze, elsősorban a
következő kérdésekre fókuszálva: álló helyzetből indulva valóban előre dőlünk, és ezáltal
instabil egyensúlyi helyzetbe hozzuk magunkat mielőtt megtesszük az első lépést? Megállás
előtt vajon tényleg egy irreguláris lépést teszünk, hogy elnyelődjön a séta mozgási energiája?
Mi történik álló ember meglökésekor?
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 11.
Mobiltelefon tehetetlenségi nyomatékainak mérése belső szenzorokkal
(Experimental identification of mass moments of inertion of mobile phones
by means of its internal sensors)
Szabó Bendegúz BSc
Konzulens: Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék
Bonyolult rezgőrendszerek irányításához elengedhetetlen, hogy ismerjük a rezgőmotorokkal
felszerelt eszköz fő tehetetlenségi nyomatékait. Ilyen rezgőrendszerrel felszerelt mobiltelefont
véletlen elejtés közben forgatni lehetne [4], elkerülve a nagyobb károsodásokat, továbbá
bonyolult, orientációra épülő alkalmazásokat lehetne rá fejleszteni. Ehhez először is mérnünk
kell a készülék fő tehetetlenségi nyomatékait a lehető legegyszerűbb módon.
A mobiltelefonban megtalálható szenzorok ideális környezetet nyújtanak a méréshez, a feladat
megoldásához kitalált dinamikai kísérletek pedig bárki által könnyen elvégezhetőek. Az egyik
ilyen kísérlet során a telefon saját tehetetlenségi főtengelyei körül billeg, miközben egy erre a
feladatra fejlesztett alkalmazással rögzítjük a vízszintes síkkal bezárt szöget. A méréshez
használt, beépített orientációs szenzor statikus helyzetben pontosan jelzi ki a mért értékeket,
viszont a dinamikai esetben történő orientáció mérés a gyorsulásmérő késleltetett reakciója
miatt hibás lehet [1]. Ezt könnyen lehet vizsgálni kalibrációs mérésekkel. A feltehetően hibás
mérés viszont nem befolyásolja a mért pontokra illesztett görbéből kiolvasható periódusidőt,
aminek segítségével megkaphatjuk a keresett tehetetlenségi nyomaték értékeket.
A dolgozat bevezető része a mérések dinamikai hátterének levezetésével foglalkozik,
felhasználva mind a dinamika alapegyenletét, mind a másodfajú Lagrange-egyenletet [3].
Kitérek a kapott, nemlineáris mozgásegyenletek tagjainak fizikai jelenésére, és az
elhanyagolható, magasabb fokú tagokra. Bemutatom a méréshez használt, c\# [2] nyelvben
programozott Android alkalmazást. A kapott értékek rögzítése és kiértékelése, majd végül a
szenzorok kalibrációs mérése a záró fejezetben kerül ismertetésre.
Irodalom:
[1] Tamas Insperger, Gabor Stepan, Janos Turi: Delayed feedback of sampled higher
derivatives, Phil. Trans. R. Soc. A 368, 469-482 (2010)
[2] Reiter István: C\# programozás lépésről lépésre, Jedlik Oktatási Stúdió KFT. (2016)
[3] Ludvig Győző: Gépek dinamikája, Műszaki Könyvkiadó, (1983)
[4] Lukács Ferenc: Mobiltelefon szabadesésének befolyásolása vibromotor segítségével,
Szakdolgozat, (2013)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
12. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Modell-prediktív szabályozási sémák az emberi egyensúlyozás inverz inga
modelljeire
(Model predictive control schemes for the inverted pendulum models of
human balancing)
Ismayilov Mirroyal BSc
Konzulens: Dr. Zelei Ambrus, tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék
Az emberi népesség átlagos életkorának várható fokozatos növekedése miatt az emberi
egyensúlyozási problémák megoldásának fontossága növekvő tendenciát mutt. Bár a központi
idegrendszer által végrehajtott visszacsatolási folyamatokkal kapcsolatban jelentős
szakirodalom áll rendelkezésre, a folyamat működési elve még nem tisztázott.
Kutatásunk középpontjában elsődlegesen a pszturális egyensúlyozás közben zajló idegi
folyamatok modellezése áll. A fő cél megválaszolni, hogy a folyamat leírható-e a hagyományos
lineáris szabályozókkal, mint például a PD, PID, PIDA vagy az új típusú modell alapú
szabályozók egyikével. Bizonyos technikákat alkalmazunk a holtsáv jelenlétéből adódó nem-
folytonosság kezelésére. Ezen kívül az energiaalapú modell-prediktív szabályozót kiterjesztjük
a kettős inverzinga modellre, amely a csípőízületet is figyelembe veszi.
Összegzésként összehasonlítjuk a sima és nem sima holtsáv modelleket. Ezen kívül a
szimulációk eredményeit összehasonlítják az inverz ingamodell korábban kapott
eredményeivel és stabilometriai mérésekkel is.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 13.
Inverz inga egyensúlyozása tintasugaras nyomtató mechanizmusával
(Balancing an inverted pendulum using inkjet printer mechanism)
Csuzdi Domonkos BSc, Antal Péter BSc
[email protected], [email protected]
Konzulens: Dr. Insperger Tamás, egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék
Bizonyára sokan próbáltunk meg különböző hétköznapi tárgyakat (legyen az ceruza, partvis,
felmosó) az ujjhegyünkön egyensúlyozni, de hamar rájöttünk, nem is olyan egyszerű feladat
ennek elvégzése. A tapasztalat szerint minél hosszabb a tárgy, annál több ideig tudjuk azt
stabilan egyensúlyozni. Könnyedén elérkezhetünk ahhoz a ponthoz, amelynél bármilyen
gyorsan is reagálunk, nem lehet tovább megőrizni a stabilitást.
Az egyetemen lehetőségünk volt tanulni e jelenségről részletesebben, mely hétköznapi és
mérnöki vonatkozásai miatt megragadta figyelmünket. Ott az emberi egyensúlyozást egy
vízszintesen megvezetett inverz ingával modelleztük, ezzel síkbeli feladatra redukálva a
problémát. Ez alapján az egyszerűsített modell alapján létre szerettünk volna hozni egy olyan
kísérleti eszközt, melyen szemléltetni tudjuk nagy vonalakban a rúdegyensúlyozás folyamatát.
Ennek szabályozása állatorvosi lónak számít a klasszikus szabályozástechnikában, számtalan
módszert alkottak már rá. Mi a hangsúlyt inkább egy működő szerkezet megépítésére
helyeztük, melyen tanulmányozhatjuk a különböző paraméterek hatását a rendszerre, a jövőben
pedig alapjául szolgálhat kettős, esetleg hármas inga egyensúlyozására is, igény szerint az
emberi érzékelés időkésését is modellezve. Az eszköz alapjának egy tintasugaras nyomtatót
választottunk, melynek nyomtatófeje az utánozni kívánt mozgás végrehajtására tökéletesen
alkalmas: nagy sebességgel, nagyon pontosan képes mozogni (gondoljunk csak a nyomtatás
sebességére, és a betűk méretére).
Feladatunk többek között a nyomtató felépítésének tanulmányozása, és aktuátorának, valamint
szenzorai működésének megértése, visszafejtése volt. Részletes kapcsolási rajz, és egyéb
működési paraméterek nem álltak rendelkezésünkre, ezeket magunknak kellett kísérleti úton
meghatározni. Az egész rendszert egy Arduino Uno mikrokontrollerrel működtetjük,
kiegészítve egyéb szenzorokkal és szerkezeti elemekkel. A digitális szabályozást egy PD
szabályozó látja el, melynek paramétereit szemidiszkretizációval határoztuk meg, a felállított
mechanikai modell segítségével.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
14. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Egyensúlyi helyzetek meghatározása a klasszikus korlátozott háromtest-
probléma témakörében
(Historical derivations of equilibrium points in the restricted three-body
celestial problem)
Syzdykova Assiya BSc
Konzulens: Dr. Dombóvári Zoltán, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
A bemutatott kutatás az ún. „korlátozott háromtest-probléma” témakörére épül, melyet a
Francia-Olasz matematikus Joseph-Louis Lagrange vizsgált széleskörűen először. A két fő
tömeg M1 és M2 jelentőségének feltételezésével M-hez képest a megvalósuló mozgás nagyon
jó közelítéssel egy álló síkon valósul meg. Lagrange tömegre való feltételezésével és más
elhanyagolásokkal, olyan pontok találhatók ezen a síkon ahol az M-re ható erők
kiegyensúlyozzák egymást, azaz, másszóval M egyensúlyi helyzetbe kerülhet. Ennek
eredményeképpen öt megkülönböztethető helyzetű, nem tömeggel azonosított, egyensúlyi
helyzet található, melyek közül némely megtalálható egyszerű más kicsit komplikáltabb
módon. Ez az öt különböző egyensúlyi helyzetet közös néven Lagrange-pontoknak hívjuk,
melyek mindig megtalálhatók két egymással összemérhető két tömeget tartalmazó égi
mechanikai rendszerben, mint a Nap-Föld, Föld-Hold rendszerek.
Amellett, hogy bizonyos égi mechanikai kettős rendszerekben jelentős égi törmelék
halmozódhat fel, – mint például a Trójai aszteroidák a Nap-Jupiter rendszerben, – ezek a
speciális égi pontok jelentős szerephez juthatnak különböző űrbéli missziók során. Ezek az
egyensúlyi helyzetek a mechanikai/matematikai jellemzők alapján lehetnek stabilak, illetve
instabilak. Ha stabilitás valamilyen formában biztosított, műholdakat vagy egyéb űrbéli
eszközöket lehet ezeken a térbeli pontokban tartani kevés befektetett energia hozzáadással
relatíve egy helyzetben a fent említett kettős égi rendszerhez képest.
A kutatás első részében a tömegvonzásból és a körmozgásból adódó potenciál és a klasszikus
Dirichlet tétel alkalmazása alapján levezethetők az egyensúlyi helyzetek, azaz a Lagrange-
pontok. Először bemutatjuk a potenciálfüggvény meghatározásásnak módját, illetve a tisztán
kettős rendszerekre érvények Kepler-törvényeket. A teljes Dirichlet-tétel alkalmazásával mind
az egyensúlyi helyzetek meghatározhatók a lokális sík közös tömegpontjához képesti (x, y)
koordináta-rendszerben, mind azok stabilitási jellemzői is. Ez a számítás elvégezhető a
potenciál függvény segítségével mint geometriai extrénum keresés és görbületmeghatározás.
A második részben kitérünk Lagrange klasszikus gondolatmenetére. Ebben a kutatási részben
alkalmazzuk az analitikus megoldáshoz szükséges Lagrange által bevezetett közelítéseket,
melyeket összevetünk a numerikus eredményekkel, különös tekintetettel figyelembe véve egy
valós kettős pl. Föld-Hold rendszert.
Irodalom:
[1] Schnittman, J.D. (2018). The Lagrange equilibrium points L4 and L5 in a black hole binary
system. arXiv:1006.0182v1.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 15.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ALKALMAZOTT MECHANIKA II.
Helyszín: MM épület fszt. 15. Nagylabor
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Szekrényes András, egyetemi docens
Titkár: Vizi Máté, doktorandusz
Tag: Pölöskei Tamás, tanszéki mérnök
9:00 Berencsi Bence
Hőmérséklet hatásának vizsgálata squash labdák becsapódási és
visszapattanási jellemzőire, nagysebességű videófelvételek és numerikus
szimuláció segítségével
Konzulens: Dr. Kossa Attila, egyetemi docens
9:20 Takács Donát
Numerikus modális analízis izogeometrikus analízis segítségével
Konzulens: Dr. Hénap Gábor, adjunktus
9:40 Horváth András Levente
„Two-layer viscoplastic” anyagmodell paraméterillesztése saját fejlesztésű
algoritmus és szoftver segítségével
Konzulens: Dr. Kossa Attila, egyetemi docens
10:00 Hauck Bence
Szabadvezeték sodrony végeselemes modelljének egyszerűsítése
Konzulensek: Dr. Miklós Ákos, tudományos munkatárs
Dr. Magyar Bálint, adjunktus
SZÜNET
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
16. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
10:30 Zsiros Ádám
Mechanisztikus turbulenciamodell energiaspektrumának vizsgálata
Konzulensek: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens
Lelkes János, doktorandusz
10:50 Zsiros Ádám
Inhomogén rudak energiaspektrumának vizsgálata rugalmas és viszkózus
peremfeltételek esetén
Konzulensek: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens
Lelkes János, doktorandusz
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 17.
Hőmérséklet hatásának vizsgálata squash labdák becsapódási és
visszapattanási jellemzőire, nagysebességű videófelvételek és numerikus
szimuláció segítségével
(Analyzing the effect of temperature on the impacts of squash balls using
high-speed camera recordings and numeric simulation)
Berencsi Bence MSc
Konzulens: Dr. Kossa Attila, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
A kutatásom alapkérdése, hogy milyen hatással van a hőmérséklet változása különböző típusú
squash labdák becsapódási és visszapattanási viszonyaira és célja egy átfogó kép alkotása,
melyben egy adott gyártótól vett összes labdatípus vizsgálata egyszerre valósul meg egy
komplex mérési sorozat keretein belül. A dolgozat célkitűzései közé tartozott a szakdolgozatom
elkészítése során megépített kísérleti kilövő berendezés fejlesztése, illetve a megalkotott
képfeldolgozó algoritmus további optimalizálása, melyekkel gördülékenyen és precízen
végrehajthatóak voltak a kívánt mérések. A dolgozat végcélja mindezek mellett egy
végeselemes modell megalkotása, majd a numerikus szimuláció mérési eredményekkel való
összehasonlítása volt.
A kísérleti kilövő berendezés fejlesztése minden mérési pontnál azonos módon tette lehetővé a
gyorskamera fókuszába érkező, falra merőleges, perdületmentes becsapódásokat, valamint a
labda kezdősebességének előzetes beállítását. Az alkalmazott képfeldolgozó algoritmus
MATLAB környezetben íródott a background subtraction módszerét felhasználva, mely
segítségével a squash labdák nyomonkövethetővé váltak súlypontjaik helyzetének
meghatározásával. A kód optimalizálásának célja a nagy mennyiségű videófelvétel
kiértékelésének felgyorsítása és a kinyert sebesség adatok pontosabb meghatározása volt. A
végeselemes szimulációkat az ABAQUS kereskedelmi végeselemes szoftverrel végeztem el,
melyben anyagmodellként a szakirodalomban széleskörűen elfogadott Arruda-Boyce
hiperelasztikus modellt használtam, viszkoelasztikus hatással kiegészítve.
A kiértékelés során vizsgáltam a labda becsapódások legfontosabb paramétereit, mint például
az ütközési tényezőt, a kontakt időt, a deformált alakokat és nyúlásokat, illetve a veszteséghez
kapcsolódó visszapattanási jellemzőt, mindet a hőmérsékletváltozás és a labda típusbeli
különbségeivel figyelembe véve.
Az anyagparaméterek meghatározását követően kiválasztottam az öt labdatípus két szélső
elemét, majd ezekre készítettem el a végeselemes modelleket. A szimuláció valós mérési
eredményekkel való összehasonlítása során kerestem a magyarázatot az esetlegesen kialakuló
eltérésekre.
Összességében úgy gondolom, hogy kutatásom hasznosnak bizonyult tekintve, hogy hasonlóan
széleskörű, squash labdát érintő vizsgálattal nem találkoztam a szakirodalomban. Eredményeim
mélyebb betekintést engednek a squash dinamikájának világába, melyek a későbbiekben
hasznosak lehetnek mérnöki, de akár sportolói szempontból is.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
18. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Numerikus modális analízis izogeometrikus analízis segítségével
(Numerical modal analysis using isogeometric analysis)
Takács Donát BSc
Konzulens: Dr. Hénap Gábor, adjunktus, Műszaki Mechanikai Tanszék
A modális analízis széles eszköztárának egyik gyakran használt numerikus módszere a
végeselemes módszer (VEM). A VEM-alkalmazásakor a modell elemszámának növelésével
egyre pontosabb becslést kaphatunk egyre több sajátfrekvenciára. A VEM egy új megközelítése
az izogeometrikus analízis (IGA), melyben NURBS-alapú elemeket és bázisfüggvényeket
alkalmazva nem csak egzaktul reprezentálhatóak görbült alaksajátosságok, hanem a
formafüggvények elemhatárokon tekintett folytonosságának mértéke is könnyedén növelhető.
Az IGA ezen tulajdonságai mind túlmutatnak a klasszikus VEM lehetőségein, és általuk a
sajátfrekvenciák meghatározása is pontosabbá válik. Dolgozatomban a két módszer közötti
különbséget az Euler-Bernoulli- és a Timoshenko-féle gerendaelméleten alapuló modellekkel
kapott eredményeken keresztül is megvizsgálom.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 19.
„Two-layer viscoplastic” anyagmodell paraméterillesztése saját fejlesztésű
algoritmus és szoftver segítségével
(Parameter fitting procedure of the „Two-layer viscoplastic” model using
self-developed algorithm and software)
Horváth András Levente MSc
Konzulens: Dr. Kossa Attila, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
A különféle mechanikai számítások során az anyagok mechanikai viselkedését paraméteres
egyenletekkel – anyagmodellekkel – írhatjuk le. Ezen számítások (pl. VEM szimulációk)
pontosságához a megfelelő modell kiválasztásán túl elengedhetetlen az anyagparaméterek
pontos ismerete, ezért ez a paraméter identifikáció gyakori probléma a mérnöki gyakorlatban.
Az anyagparaméterek meghatározása egy optimalizálási problémaként írható le, melynek során
a mért adatok és az anyagmodell által előrejelzett viselkedés közötti eltérését minimalizáljuk a
modellparaméterek megfelelő megválasztásával. Összetett viselkedésű anyagok (pl. hőre
lágyuló polimerek) esetén ez egy sokdimenziós problémát jelent, ami már manuálisan vagy a
legegyszerűbb algoritmusokkal sem kezelhető könnyedén.
A dolgozatomban az ABAQUS [1] kereskedelmi végeselemes szoftverben elérhető „Two-layer
viscoplastic” modell paramétereinek meghatározásával foglalkozom. Ez az anyagmodell két fő
részből áll: az egyik rész írja le a rugalmas-képlékeny viselkedést, míg a vele párhuzamosan
kapcsolt másik rész felelős a viszkoelasztikus viselkedés modellezéséért. A modell
anyagparamétereinek száma attól függ, hogy milyen nemlineáris tagokat használunk a felépítés
során. Az általam vizsgált nemlineáris modell esetén összesen 7 paraméter adódik, melyek
értékére különböző megkötések adottak. A „Two-layer viscoplastic” modell segítségével
hatékonyan tudjuk modellezni akár a hőre lágyuló polimerek anyagi viselkedését, de
természetesen fémekhez is egyaránt használható.
A fenti modell anyagparamétereinek meghatározásához saját algoritmust és szoftvert írtam
Python programozási környezetben. A program célja, hogy képes legyen a feladatot
nagyságrendileg gyorsabban elvégezni, mintha egy külső optimalizáló szoftver használnánk,
ahogyan azt többen is a szakirodalomban javasolják. A szoftver rendelkezik grafikus felülettel,
ami miatt a kezelés könnyedén megtanulható és használatához nem kellenek programozási
ismeretek. A felületen kiválasztható az optimalizálási módszer és állíthatóak a legfontosabb
beállítások is. Az általam írt program eredményeit összehasonlítom egy szokásos
paraméterillesztési technika eredményeivel, különös tekintettel a szükséges futásidőre. Ehhez
az összehasonlításhoz korábban elvégzett anyagmérésekből származó adatokat használok fel.
Kimutatom az általam írt algoritmus és szoftver hatékonyságát.
Bár a dolgozatom főként a „Two-layer viscoplastic” modellel foglalkozik, az elkészített
szoftverhez – a moduláris felépítés miatt – hozzáadhatók más anyagmodellek is, így a paraméter
identifikáció azokon is elvégezhető.
Irodalom:
[1] Dassault Systemes: ABAQUS. https://www.3ds.com/products-
services/simulia/products/abaqus/
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
20. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Szabadvezeték sodrony végeselemes modelljének egyszerűsítése
(Finite element model reduction of overhead line cables)
Hauck Bence MSc
Konzulensek: Dr. Miklós Ákos, tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék
Dr. Magyar Bálint, adjunktus, Műszaki Mechanikai Tanszék
Villamos energiaszállításra leggyakrabban szabadvezetékeket alkalmaznak, amelyek egy vagy
több vezetéksodronyból készülnek. Ezek az elektromos terhelésen kívül jelentős mechanikai
behatásnak vannak kitéve, melyek nagy része a vezeték körül áramló szél miatt alakul ki. Ilyen
például a Kármán-féle örvénysor, ami egy nagy frekvencián történő rezgést generál. Ez gyakran
vezet a kábel vagy az azt rögzítő alkatrészek kifáradásához. Tehát mechanikai szempontból is
fontos vizsgálni ezen rendszereket.
A mechanikai modellalkotásnál meg kell fontolni, hogy egy nagyon egyszerű, primitív modell
eredményeiből lehet-e messzemenő következtetéseket levonni. Viszont egy nagyon részletes,
több oszlopköznyi vezetékszakasz modell rendkívül nagy számítási kapacitást és időt igényel.
Feladatunk egy kellően pontos, ám viszonylag kevés elemből álló végeselem modell
létrehozása. Ezt úgy érjük el, hogy egy rövid vezetékdarab részletes modelljéből állítunk elő
egy azzal egyenértékű gerenda elemet. Továbbá ezen modell redukció közben megismerjük a
vezetéksodronyok sajátos mechanikai viselkedését is, ugyanis a spirális szálak miatt már
egytengelyű húzás esetén is összetett igénybevétel figyelhető meg a sodronyon. Illetve
vizsgáljuk, hogy a szálak közti súrlódás mekkora szerepet játszik az egyes terhelésekre adott
válaszokban.
A dolgozatban egy rövid vezetéksodrony darab részletes modelljéből képezzük a vele
egyenértékű gerenda elem merevségi mátrixát, majd ezekből az elemekből építünk fel egy
hosszabb vezetékszakaszt, és erre alkalmazzuk a szél általi gerjesztést.
Irodalom:
[1] Verebély László: Villamos erőátvitel, 3. kötet, Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1958.
[2] Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai, Budapest, 2015.
[3] Alain Cardou: Mechanical models for overhead electrical conductors in bending,
Université Laval, Québec, 2013.
[4] Moharos I., Oldal I., Szekrényes A.: Végeselem-módszer, Typotex kiadó, Budapest, 2011.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 21.
Mechanisztikus turbulenciamodell energiaspektrumának vizsgálata
(Investigation of the energy spectrum of a mechanistic turbulence model)
Zsiros Ádám MSc
Konzulensek: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens, Áramlástan Tanszék
Lelkes János, doktorandusz, Áramlástan Tanszék
A turbulencia jelenségének megértése az egyik legjelentősebb matematikai és mérnöki feladat.
A szemléltetés egyik gyakori formája az analitikus modellezés, így olyan egyszerűsített
modellekre is szükség van, amelyek a turbulencia egy-egy fontos tulajdonságát ragadják meg.
Ilyen modell a turbulens örvénykaszkád mechanisztikus modellje, amely Richardson
kaszkádelméletének alapjain nyugszik. A legnagyobb méretű (hosszléptékű) örvények
instabilitásuk révén felbomlanak kisebb és kisebb örvényekre egészen addig, amíg az energia
disszipációja meg nem valósul a legkisebb örvények terén viszkozitás útján. A bemutatott
mechanisztikus bináris fa modellben [1] a tömegek képviselik az örvények mozgási energiáját,
míg a rugók által tárolt energia az energiaközlést, az örvények felbomlását. A bináris fa jelleg
következtében egy nagy tömeg egy rugó segítségével van rögzítve a modell egyik végében.
Ezen tömeg szerteágazóan kisebb és kisebb tömegekhez kapcsolódik, továbbá a modell másik
végében a legkisebb tömegek kerülnek rögzítésre rugók és csillapítások által. Utóbbi az energia
disszipációja miatt szükséges.
A kutatás célja az ismertetett modell mechanikai paramétereinek finomhangolása és illesztése
a jelenséghez kapcsolódó energia-disszipációt jellemző Kolmogorov-spektrum jellegéhez
(eloszlásához). A bemutatott modell esetén a tömegek nagysága a Kolmogorov-spektrum
abszcissza tengelyén megjelenített turbulencia-hosszléptéket analógiájának felel meg, míg a
csillapításokon disszipált energia a turbulencia energia-disszipációját.
Irodalom:
[1] Kalmár-Nagy, T., & Bak, B. D. (2019). An intriguing analogy of Kolmogorov’s scaling
law in a hierarchical mass–spring–damper model. Nonlinear Dynamics. DOI:
10.1007/s11071-018-04749-x
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
22. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Inhomogén rudak energiaspektrumának vizsgálata rugalmas és viszkózus
peremfeltételek esetén
(Energy spectrum of inhomogeneous rods with elastic and viscous
boundary conditions)
Zsiros Ádám MSc
Konzulensek: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens, Áramlástan Tanszék
Lelkes János, doktorandusz, Áramlástan Tanszék
A turbulencia jelenségének megértése az egyik legjelentősebb matematikai és mérnöki feladat.
A szemléltetés egyik gyakori formája az analitikus modellezés, így egyszerűsített modellek
segítségével a turbulencia egy-egy sajátossága leírásra kerülhet. Kalmár-Nagy és Bak (2019)
[1] kutatásai során a turbulencia során kialakuló örvény-felbomlás energiaspektrumát
modellezték fenomenologikusan egy oszcillátorlánc segítségével. A modellben szereplő
tömegek mozgási energiája a különböző hosszléptékű örvények mozgási energiájának
feleltethető meg. A tömegek közt kapcsolatot teremtő rugók segítségével valósul meg az
energiaáramlás, továbbá a lánc egyik vége és egy rögzített fal között elhelyezkedő csillapításon
pedig az energia disszipációja megy végbe. A cikkben vizsgált 20 tömegből álló rezgőlánc
kiterjeszthető egy rúdmodellé mint kontinuum határérték.
A dolgozatban bemutatott munka célja egy energia-eloszlásbéli analógia meghatározása egy
kontinuum, inhomogén rúdmodell longitudinális rezgése és a turbulens áramlás Kolmogorov-
spektruma között. Az említett rúdmodell egy olyan oszcillátorlánc kontinuum határértéke,
amely rugóval, illetve csillapítással van rögzítve a környezethez a szabad végein. Az ismertetett
rendszert leíró modell egy hullámegyenlet viszkózus és rugalmas peremfeltételekkel. A modell
sajátértékeinek és lengésképeinek meghatározásához a változók idő és helyváltozó szerinti
szétválasztását szükséges alkalmazni. Ennek eredményeképp adódik egy Sturm-Liouville
probléma a térbeli részre. A független változóra alkalmazott sorfejtés eredményezi a
megoldásfüggvényt, így a mozgási és helyzeti energiák eloszlása meghatározható a rúd mentén.
A rúd energiaeloszlása meghatározásra került különböző exponenciálisan változó rugalmasság-
függvényekre.
Irodalom:
[1] Kalmár-Nagy, T., & Bak, B. D. (2019). An intriguing analogy of Kolmogorov’s scaling
law in a hierarchical mass–spring–damper model. Nonlinear Dynamics. DOI:
10.1007/s11071-018-04749-x
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 23.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ALKALMAZOTT MECHANIKA III
Helyszín: MM épület I. em. 29. Olvasóterem
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Stépán Gábor, egyetemi tanár
Titkár: Vörös Illés, doktorandusz
Tag: Dr. Antali Máté, MTA Prémium posztdoktori kutató
9:00 Sirák Márton
Forgalomdinamikai modell globális vizsgálata és validációja mérés
alapján
Konzulens: Kiss Ádám, doktorandusz
9:20 Hertelendy Krisztián György
Aktuátor dinamika hatása az adaptív sebességtartó automatika stabilitására
Konzulens: Hajdu Dávid, tudományos segédmunkatárs
9:40 Fischer Zsolt
A járműkommunikáció hatósugárfüggő vizsgálata vegyes forgalomban
Konzulens: Kiss Ádám, doktorandusz
10:00 Martinovich Kristóf
Járművek gyorsulás korlátjainak vizsgálata forgalom dinamikai
szempontból
Konzulens: Kiss Ádám, doktorandusz
SZÜNET
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
24. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
10:30 Minkó Martin
Elektromos gördeszka mechanikai modellje és tervezése
Konzulens: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens
10:50 Horváth Hanna Zsófia
Vontatmányok nemlineáris rezgései
Konzulens: Dr. Takács Dénes, egyetemi docens
11:10 Horváth Ádám
Jármű fékezése PD szabályozó segítségével
Konzulensek: Dr. Takács Dénes, egyetemi docens
Szűcs Balázs Máté, funkciófejlesztő mérnök
11:30 Iklódi Zsolt
Lengésfojtó felütközés hatásának vizsgálata belső furateszterga
stabilitására
Konzulens: Dr. Dombóvári Zoltán, egyetemi docens
11:50 Salayev Nahid
Esztergálási folyamat felületi hibáinak rekonstrukciója
Konzulens: Dr. Dombóvári Zoltán, egyetemi docens
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 25.
Forgalomdinamikai modell globális vizsgálata és validációja mérés alapján
(Experiment-based global investigation and validation of traffic dynamics
model)
Sirák Márton BSc
Konzulens: Kiss Ádám, doktorandusz, Műszaki Mechanikai Tanszék
Forgalmas utakon gyakran szembesülünk az úgynevezett „fantomdugó” jelenségével, amikor a
forgalom akár állásig lassul látványos ok, például terelés vagy karambol nélkül [1]. Ilyenkor
egy sofőr valamilyen zavaró hatás következtében váratlanul fékez, amelyere a mögötte haladó
jármű sofőrje még nagyobb fékezéssel reagál a reakcióidőből és a fékerő felépülési idejéből
adódó időkésés miatt. Sűrű forgalom esetén ez a hatás egyre nagyobb léptékű lehet az egyre
hátrébb lévő autóknál, míg végül kialakul a forgalmi dugó.
Az egyre nagyobb mértékben terjedő autonóm járművek az ilyen váratlan események esetén az
embernél jóval gyorsabban tudnak beavatkozni. Emellett folyamatosan figyelik az előttük
haladó mozgását, így nem avatkoznak be a szükségesnél nagyobb mértékben. Ez az újabb autók
egymás közötti kommunikációjával is kiegészül, ami tovább növeli a beavatkozások
gyorsaságát és pontosságát. Elengedhetetlen viszont ezen járművek különböző bemenő
információkra való érzékenységének megfelelő beállítása. Számos vizsgálat szerint megfelelő
paraméterhangolással a fantomdugók már néhány százaléknyi forgalomban lévő autonóm
járművel megelőzhetők.
A dolgozatban az úgynevezett járműkövető modellt vizsgálom, ami n darab, egy gyűrűn
egymás után haladó autó mozgását írja le egy késleltetett nemlineáris és nem-sima
differenciálegyenlet rendszer segítségével. A szakirodalomban ma ez a fajta modellezés terjedt
el a forgalomdinamikai jelenségek kvalitatív modellezésekor, azonban a modellek és a valós,
mérések alapján kapott adatok között szignifikáns eltérés tapasztalható. Jelenleg a
szakirodalomban nem érhető el olyan validált modell, amely lehetővé tenné az önvezető
járművek megfelelően pontos paramétertervezését, és ezzel a fantomdugók megszüntetését. A
munka célja így az [2] cikk és a University of Michigan kutatócsoportja által rendelkezésre
bocsátott mérési adatok alapján felépített járműkövető modell lineáris és nemlineáris validálása.
Ez a legegyszerűbb, de már autonóm járműveket, különböző emberi és gépi paramétereket,
időkéséseket és nemlinearitásokat tartalmazó modell.
A validáció során a modell lineáris stabilitását összevetettem a mérési eredményekkel, majd a
paraméterek finomhangolása után a [3] algoritmuscsomag segítségével bifurkációs
diagramokat számoltam, és összehasonlítottam őket a kísérleti adatokkal. Összegezve, munkám
eredményeit felhasználva egy validált modell felállításával már lehetővé válhat az autonóm
járművek ilyenfajta modell alapján történő paramétertervezése, és ezáltal a forgalmi dugók
későbbi megszűnése.
Irodalom:
[1] G. Orosz, R. E. Wilson, B. Krauskopf, Global bifurcation investigation of an optimal
velocity traffic model with driver reaction time, Phys. Rev. E 70:026207, 2004
[2] S.S. Avedisov, G. Bansal, A.K. Kiss, G. Orosz, Experimental verification platform for
connected vehicle networks, Proceedings of the 21st IEEE ICITS, 2018
[3] K. Engelborghs et al, DDE-BIFTOOL v. 2.00: a Matlab package for bifurcation analysis
of delay differential equations, Technical Report TW-330, K.U.Leuven, 2001.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
26. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Aktuátor dinamika hatása az adaptív sebességtartó automatika
stabilitására
(Effects of actuator dynamics on the stability of adaptive cruise control)
Hertelendy Krisztián György BSc
Konzulens: Hajdu Dávid, tudományos segédmunkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék
Számos technológiai területen egyre nagyobb igény jelentkezik a gépek automatizálására, mely
a járműiparban, az automatizált járművek fejlesztésében is megfigyelhető. Jelen dolgozat
témája az adaptív sebességtartó automatika (adaptive cruise control – ACC) vizsgálata, amely
az automatizált járművek sebességének forgalomtól függő szabályozását végzi.
Mint a legtöbb szabályozást tartalmazó rendszerben, úgy az ACC-t alkalmazó járműben is
megjelenik a mintavételezés okozta időkésés és annak dinamikai hatása. Ez abból ered, hogy a
jelfeldolgozás és a jelterjedés véges idő alatt lezajló folyamatok, így a megvalósuló szabályozás
a forgalmi körülmények egy korábbi állapota alapján történik. Ez a jelenség megnehezíti a
rendszer előírt működésének megvalósítását. További nehézség ered abból is, hogy a járműben
fellelhető elektronikai és mechatronikai rendszerek más jellegű időkésést vezetnek be a
rendszerbe és ezek matematikai modellezése eltérő lehet.
A dolgozat célja a szakirodalomban használt modellek feldolgozása és a stabilitási tartományok
meghatározása a szabályozóparaméterek terében. Emellett cél vizsgálni az aktuátor
dinamikájának hatását a rendszer működésére, valamint a kritikus időkésésre, ami felett nem
működhet stabilan a rendszer. Tanulmányozunk még különböző kompenzációs lehetőségeket,
amik az aktuátor dinamikájának hatását hivatottak kiküszöbölni.
Irodalom:
[1] Tamás G. Molnár, Wubing B. Qin, Tamás Insperger, and Gábor Orosz: Application of
Predictor Feedback to Compensate Time Delays in Connected Cruise Control (2018)
[2] Dávid Hajdu, Jin I. Ge, Tamás Insperger, and Gábor Orosz: Robust design of connected
cruise control among human-driven vehicles (2019)
[3] Jin I. Ge, Gábor Orosz: Dynamics of connected vehicle systems with delayed acceleration
feedback (2014)
[4] Jin I. Ge, Sergei S. Avedisov, Chaozhe R. He, Wubing B. Qin, Mehdi Sadeghpour, Gábor
Orosz: Experimental validation of connected automated vehicle design among human-
driven vehicles (2018)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 27.
A járműkommunikáció hatósugárfüggő vizsgálata vegyes forgalomban
(Nonlinear analysis of communication range dependency amongst
connected vehicles in mixed traffic scenarios)
Fischer Zsolt BSc
Konzulens: Kiss Ádám, doktorandusz, Műszaki Mechanikai Tanszék
Milyen módon alakítják át a forgalmat az önvezető autók? Csökkenthető a fantomdugókban
eltöltött idő, biztonságosabbá tehető a közlekedés? Ilyen és hasonló kérdések rendszeresen
felmerülnek napjaink egyik legtöbbet kutatott területén, az autonóm járművek témakörében.
Ebben a dolgozatban a járművek közötti kommunikáció nyújtotta lehetőségeket és azok
hatásait vizsgálom ezekre a felvetésekre vonatkozóan.
A következő néhány évben, évtizedben a kooperatív és autonóm járművek meg fognak jelenni
a forgalomban, de viszonylag alacsony részarányban. A teljes átállásig tartó, vegyes forgalmi
helyzetnek nevezett hosszabb átmeneti időszak sok problémát felvet a
sebességszabályozásban. A kooperatív járművek képesek lesznek egy szabványosított rövid
távú frekvenciasávon kommunikálni egymással. Ezáltal egy ilyen jármű sebesség és követési
távolság információkat szerezhet nem csak a közvetlenül előtte haladó, de az őt több hellyel
megelőző járművektől is. A kapott információk beépíthetők a szabályozásba, így pozitív
hatással lehetnek a teljes rendszer dinamikájára [1]. Fontos figyelembe venni a kommunikáció
távolságfüggő hatásait is, hiszen csak a hatósugáron belül tartózkodó járművekre
szabályozhatunk.
Az általam létrehozott rendszer tetszőleges számú járműből álló vegyes forgalmi szituáció
komplex vizsgálatára alkalmas. Ehhez egy ismert járműkövető modellt vettem alapul [2],
melyet saját elgondolások mentén alakítottam tovább. A MATLAB-ban készült program
erősen támaszkodik a DDE-Biftool package-re [3] aminek segítségével vizsgálhatók a
kialakuló periodikus pályák, azaz a stop-and-go jelleggel haladó dugók sebesség-amplitúdó
változása. Továbbá feltérképezhetővé válnak a szabályozás bistabil zónái is, melyek főként
későbbi fejlesztések során, például adaptív szabályozás tervezésekor hasznosulhatnak. E
részeken a rendszer a perturbáció (fékezés, gyorsítás) mértékétől függően különböző
dinamikai viselkedést produkálhat. Mint minden kutatásnál, a validáció itt is fontos szerepet
tölt be, ezt numerikus szimuláció segítségével kivitelezem.
Irodalom:
[1] J. I. Ge, S. S. Avedisov, C. R. He, W. B. Qin, M. Sadeghpour, G. Orosz. Experimental
validation of connected automated vehicle design among human-driven vehicles.
Transportation Research Part C, 91:335-352, 2018
[2] G. Orosz, B. Krauskopf, R. E. Wilson, Bifurcations and multiple traffic jams in a car-
following model with reaction-time delay, Physica D: Nonlinear Phenomena, 211(3–
4):277-293
[3] K. Engelborghs, T. Luzyanina, G. Samaey, DDE-BIFTOOL v. 2.00: a Matlab package for
bifurcation analysis of delay differential equations, Technical Report TW-330, Department
of Computer Science, K.U.Leuven, Leuven, Belgium, 2001.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
28. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Járművek gyorsulás korlátjainak vizsgálata forgalom dinamikai
szempontból
(The global investigation of vehicles’ acceleration saturation from the view
of traffic dynamics)
Martinovich Kristóf BSc
Konzulens: Kiss Ádám, doktorandusz, Műszaki Mechanikai Tanszék
A digitalizáció, a városrendezés és a forgalomtechnika kapcsán előtérbe került az autonóm
járművek fejlesztése. Emiatt a nem túl távoli jövőben, vélhetően nagy számban elterjedtté
fognak válni az önvezető gépjárművek, amelyek a saját szenzorjaik által gyűjtött adatokra
támaszkodnak. Egy másik fejlesztési irány a járművek egymással való kommunikációja és
mozgásadataik megosztása. Mindez, többek között, a közlekedési balesetek megelőzésére és a
dugók kialakulásának elkerülésére irányul.
A forgalom modellezéséhez alkották meg a járműkövető modellt [1], amit a szakirodalom
folyamatosan finomít. A lineáris és nemlineáris jelenségek általánossában már jól
feltérképezettek, ezek kvalitatíve egyeznek a valósággal. Azonban modellekben többnyire nem
veszik figyelembe a járművek gyorsuláskorlátjait, amelyek jelentősen befolyásolhatják a
kialakult megoldások globális viselkedését. A gyorsulás szaturáció nem engedi nagyobb
mértékben gyorsítani és lassítani a járműveket, mint amire a motor teljesítményéből és az
útviszonyok állapotából adódóan képesek. Ahhoz, hogy biztonságosan működő jármű
rendszereket tudjunk tervezni a későbbiekben, fontos ezen hatások feltérképezése. Ezért jelen
tanulmány célja a járművek valós gyorsulásbéli képességeinek figyelembevétele a
forgalomdinamikai modellben, és ezen hatások alaposabb megértése és vizsgálata.
A járműkövető modell nemlineáris differenciálegyenlet rendszerében a gyorsulás korlátozása
nem-sima tulajdonságként jelenik meg. Ez hatással lehet a rendszer globális viselkedésére, akár
további bistabil tartományokat [2] is eredményezhet. Ez a gyakorlatban úgy jelenik meg, hogy
egy stabilnak tűnő közlekedési szituáció egy bizonyos értéknél nagyobb fékezés hatására egy
nagy amplitúdójú periodikus pályára áll rá, ami akár torlódást és úgynevezett fantom dugót is
okozhat.
Ezen jelenség feltárásához a rendszer lineáris és nemlineáris stabilitási vizsgálatát végeztem el
analitikusan [3]. A periodikus pályák meghatározása, bifurkációs diagramon való ábrázolása a
rendszer központi sokaság redukcióján és a Hopf bifurkáció számításon alapul. Az eredmények
kiértékelése során bifurkációs diagram azon részeit vizsgálom, ahol a periodikus pályák elérik
a gyorsuláskorlát értékét (grazing), ez által pedig lehetőség van lekövetni a gyorsulás szaturáció
hatását. Ezt a tudást fel lehet használni a jövőben a még pontosabb modellezéshez.
Irodalom:
[1] M. Bando, K. Hasebe, K. Nakanishi, A. Nakayama, Analysis of optimal velocity model
with explicit delay, Phys. Rev. E 58:(5)5429–5435, 1998
[2] G. Orosz, Connected cruise control: modelling, delay effects, and nonlinear behaviour,
Vehicle System Dynamics, 54(8):1147–1176, 2016
[3] J. Guckenheimer, P. Holmes, Nonlinear oscillations, dynamical systems, and bifurcations
of vector fields. Springer-Verlag, New York, 1983
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 29.
Elektromos gördeszka mechanikai modellje és tervezése
(Mechanical model and design of an electric skateboard)
Minkó Martin BSc
Konzulens: Dr. Kalmár-Nagy Tamás, egyetemi docens, Áramlástan Tanszék
A gördeszka az 1950-es években került be először a köztudatba, majd a következő évtizedekben
világszerte népszerű sporttá vált. Az elmúlt néhány évben az elektromobilitás a gördeszkásokat
is elérte, és megjelentek az elektromos gördeszkák.
Ma a piacon fellelhető elektromos gördeszkák akár 20-30 km/h sebességet is elérik, mely
tempónál különös figyelmet kell fordítani az irányíthatóságra és a biztonságra. A gördeszka
esetében intuitívan érezzük, hogy nagyon alacsony, és nagy sebességnél a mozgása instabil lesz.
Ennek megértése és leírása érdekében egy Stépán - Takács - Várszegi által leírt mechanikai
modellből [1] vesszük a gördeszka mozgásegyenleteit, majd dimenziótlan alakban elemezzük
őket a Kalmár-Nagy - Trahan cikkhez [2] hasonló módon, így megismerve a gördeszka
stabilitását, főleg alacsony és nagy sebességek esetén.
Elektromos gördeszkát legegyszerűbben egy hagyományos gördeszka átalakításával
készíthetünk. Dolgozatom kitér a gördeszka hagyományos építőelemeinek működésére,
valamint a hajtáslánc, az akkumulátor és a motor méretezésére és kiválasztására.
A szükséges mennyiségekre mérés útján teszünk szert.
Irodalom:
[1] G. Stepan, D. Takacs, B. Varszegi, Skateboard: A Human Controlled Non-Holonomic
System, 2015
[2] T. Kalmar-Nagy, R. Trahan, Equilibrium, Stability, and Dynamics of Rectangular Liquid-
Filled Vessels, 2011
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
30. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Vontatmányok nemlineáris rezgései
(Nonlinear vibrations of towed vehicles)
Horváth Hanna Zsófia MSc
Konzulens: Dr. Takács Dénes, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
Utánfutóval való közlekedés számos baleseti kockázatot rejt, amennyiben a vontatási sebesség
és/vagy a rakomány pozíciója rosszul van megválasztva [1]. Bizonyos körülmények között a
vontatmány kígyózó mozgásba kezdhet [2,3], amelyet a járművezetők gyakran nem
megfelelően próbálnak korrigálni. Így a kígyózó mozgás az utánfutó pattogásához is vezethet
és a jármű irányíthatatlanná válhat. A dolgozat célja a kétkerekű vontatmányok kígyózó/pattogó
mozgásának nemlineáris vizsgálata szemi-analitikus és numerikus módszerekkel, valamint
laboratóriumi kísérletekkel.
A dolgozatban a mechanikai modell ismertetése és a mozgásegyenletek összefoglalása után a
központi sokaság redukció módszerével szemi-analitikus úton elemezzük az utánfutó
nemlineáris rezgéseinek tulajdonságait. A megjelenő szubkritikus és szuperkritikus Hopf
bifurkációkhoz tartozó periodikus megoldásokat numerikus módszerrel, bifurkáció-követő
szoftver [4] segítéségével vizsgáljuk. Célunk felderíteni és azonosítani azon
paramétertartományokat, amelyek mellett a vontatmány felborulásával járó nagy amplitúdójú
mozgás is megjelenhet a stabil egyenes vonalú egyenletes mozgás mellett. Utóbbi jelenség a
szubkritikus Hopf bifurkáció megjelenéséhez köthető, amely mérnöki szempontból
veszélyesebb, hiszen a stabil egyenes vonalú mozgásból kitérítve az utánfutót hirtelen nagy
amplitúdójú rezgések jelenhetnek meg.
A numerikus bifurkáció analízissel elkészített kétparaméteres bifurkációs diagramok
segítségével a stabilitás szempontjából kritikus utánfutó paraméterek jól azonosíthatók. A
diagramokon elkülönítve megjeleníthetők a minőségileg különböző periodikus megoldások,
azaz azonosíthatók a kígyózó mozgást és a kerekek elválásával járó pattogást okozó
paraméterek.
A vontatmány mechanikai modellje alapján kisskálájú kísérleti berendezést terveztünk. A
berendezésen lehetőség nyílik az utánfutó paramétereinek (tömeg, tehetetlenség, utánfutás)
megváltoztatására, így az elméleti és numerikus módszerekkel kapott eredmények
ellenőrizhetők.
Irodalom:
[1] http://www.baleset-megelozes.eu/cikk.php?id=1444
[2] Troger, H. and Zeman, K.: A nonlinear-analysis of the generic types of loss of stability of
the steady-state motion of a tractor-semitrailer. Vehicle System Dynamics 13(4), 161–172.
1984.
[3] J. Darling, D. Tilley, B. Gao, An experimental investigation of car–trailer high-speed
stability, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of
Automobile Engineering 223 (4) (2009) 471–484.
http://dx.doi.org/10.1243/09544070jauto981
[4] Engelborghs, K., Luzyanina, T., Samaey, G. DDE-BIFTOOL v. 2.00: a Matlab package
for bifurcation analysis of delay differential equations, Technical Report TW-330,
Department of Computer Science, K.U.Leuven, Leuven, Belgium, 2001.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 31.
Jármű fékezése PD szabályozó segítségével
(Vehicle braking using PD control)
Horváth Ádám BSc
Konzulensek: Dr. Takács Dénes, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
Szűcs Balázs Máté, funkciófejlesztő mérnök, Knorr-Bremse Fékrendszerek Kft.
A közlekedésbiztonság kérdése egyidős a közúti balesetek megjelenésével. Még néhány tíz éve
az ABS és ESP rendszerek voltak a technika legújabb vívmányai a személy- és
haszongépjárművek piacán, addig ma az önmagukat vezetni képes, autonóm járművekre figyel
a világ. Mindeközben az alapvető jármudinamikai helyzetek megfelelő kezelésének igénye
továbbra is mérnökök ezreit motiválja arra világszerte, hogy a ma már a közérdeklődés számára
háttérbe szorult jármudniamikai szabályzó rendszereket fejlessze, ezzel évrol évre csökkentve
a balesetek számát, illetve növelve a balesetek túlélési valószínuségét.[1]
Egy balesetet megelőző pillanatokra jellemző a nagy intenzitású fékezés, a járművezetők
ösztönös reakciója a jármű kinetikus energiájának csökkentésére. Még a hétköznapokban
gyakran előforduló kis intenzitású fékezések mellett a kerék dinamikus viselkedése jól leírható
lineáris modellekkel, addig nagy fékerők kialakulásakor megjelenő nemlineáris tulajdonságok
miatt a kerék hajlamos blokkolni, és csúszva haladni tovább.
Az emberi agy és az általa vezérelt motoros funciók képességei nem teszik lehetővé, hogy
pontosan képesek legyünk szabályozni a jármű kerekein kialakuló féknyomatékot. Szerencsére
ma már számtalan elektronikus rendszer áll rendelkezésünkre a vezetés közben, melyek
segítenek kiegészíteni a természet adta hiányos képességeinket. Ahhoz, hogy ezek az
elektronikus rendszerek minél hatékonyabban és pontosabban működjenek, elengedhetetlen a
kerék, mint szabályozott rendszer, és a szabályozóval ellátott kerék pontos ismerete.
Dolgozatom a gumiabronccsal szerelt kerék dinamikájával, és a fékezőnyomaték
szabályozásának lehetőségeivel foglalkozik.
Dolgozatomban eloször egy dinamikai kerékmodellt mutatok be, mely leírja a kerék
longitudinális viselkedését.[2] A kerékre ható időben állandó forgatónyomaték hatásával
foglalkozok, különös tekintettel a rendszer stabilitására. Késobb kitérek a PD szabályzó
alkalmazásának lehetőségeire a féknyomaték-szabályzásban.
A digitális rendszerek mintavételező működésmódja illetve a véges információterjedési
sebesség időkésedelmet jelent. A késedelem a modellezési lehetőségeinek két megközelítését,
az időben állandó, és az időben változó időkésés alaklmazását mutatom be, majd kiszámítom a
szabályzóparaméterek terében elhelyezkedő stabilitási határokat.[3] Végül szimulációval
ellenőrzöm a számítások eredményeit.
Irodalom:
[1] Anders Lie , Claes Tingvall , Maria Kraft, Anders Kullgern: The Effectiveness of ESP
(Electronic Stability Program) in Reducing Real Life Accidents, Traffic Injury Prevention,
5:1, 37-41 (2004), DOI: 10.1080/15389580490269164
[2] Hans B. Pacejka: Tire and vehicle Dynamics. SAE International, Warrendale, PA (2005).
[3] T. Insperger, G. Stépán: Semi-Discretization for Time-delay Systems. Springer, New York
(2013).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
32. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Lengésfojtó felütközés hatásának vizsgálata belső furateszterga
stabilitására
(Analysis of the effect of tuned mass damper impacts on the stability of the
boring process)
Iklódi Zsolt MSc
Konzulens: Dr. Dombóvári Zoltán, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
Nagy pontosságot igénylő, nagyméretű, furatok sok esetben kizárólag belső furatesztergálás
segítségével állíthatók elő. Ezen megmunkálási mód azonban jelentősen korlátozott, hiszen a
folyamat stabilitása a szerszám geometriájával kapcsolatos korlátokba ütközik. Túlzottan
karcsú szerszám használata esetén az ún. stacionárius forgácsolás könnyen instabillá válik, ami
megmunkálási hibákhoz, sőt gyakran szerszámtöréshez vezet. Hosszú, vékony furatok
előállítása különösen problémás, mivel ekkor a forgácsoló élt tartó szerszámszár hossza
átmérőjének sokszorosa kell, hogy legyen.
Sok esetben tehát elengedhetetlen a furatesztergálási folyamat megtámogatása valamilyen
rezgéscsillapítási stratégiával. Erre az ipari gyakorlatban leggyakrabban használt megoldás
passzív lengésfojtók használata, azaz egy lengő tömeg elhelyezése a forgácsoló élt tartó
szerszámszárban. A lengésfojtó merevségének optimális hangolásával (pl.: Den Hartog [1],
Sims [2]) jelentős javulás érhető el a megmunkálási folyamat stabilitásában.
Mivel a furateszterga lengéscsillapítására használt lengésfojtó a szerszámszár belsejében
helyezkedik el, a lengő tömeg elmozdulása geometriailag korlátozott. Nagy energiájú, nagy
amplitúdójú rezgések megjelenése esetén előfordulhat, hogy a tömeg felütközik a szerszámszár
belső felületére.
Kutatómunkám során ezen ütközések hatását vizsgáltam meg az esztergálási folyamat
stabilitására. Ehhez a lengésfojtóval felszerelt furateszterga egy egyszerűsített mechanikai
modelljét használtam, amely segítségével időbeli szimulációkat végeztem, valamint
ütközéseket is tartalmazó periodikus pályákat kerestem.
Megvizsgáltam, hogyan változik a felütközések hatására a megmunkálás stabilitási térképe,
valamint azt, hogy az így létrejövő rezgések milyen felületi minőséget eredményeznek.
Irodalom:
[1] Sims, N. D. Vibration absorbers for chatter suppression: A new analytical tuning
methodology. Journal of Sound and Vibration, 2007. 301(3-5), 592–607.
doi:10.1016/j.jsv.2006.10.020
[2] Den Hartog, J.P.; "Mechanical Vibrations"; In: McGraw-Hill Book. Company, New York
and London, 1934
[3] Munoa, J., Beudaert, X., Dombovari, Z., Altintas, Y., Budak, E., Brecher, C., & Stepan, G.
(2016). Chatter suppression techniques in metal cutting. CIRP Annals, 65(2), 785–808.
doi:10.1016/j.cirp.2016.06.004
[4] Peterka, F. (1996). Bifurcations and transition phenomena in an impact oscillator. Chaos,
Solitons & Fractals, 7(10), 1635–1647. doi:10.1016/s0960-0779(96)00028-8
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 33.
Esztergálási folyamat felületi hibáinak rekonstrukciója
(Reconstruction of surface finish of turning process)
Salayev Nahid BSc
Konzulens: Dr. Dombóvári Zoltán, egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
Modern megmunkálási eljárások, természetes módon, lefontosabb célja a végső gyártmány
minőségének biztosítása. A felületi minőség az egyik legfontosabb jellemző mellyel
számértékileg követhető és minősíthető a munkadarab végső minősége. Sokszor előfordul,
hogy a minőségi ellenőr és/vagy a vásárló annak ellenére nem fogadja el a gyártmány felületét,
– a felületen megjelenő mintázatok miatt – hogy a felületi minőség mérésére alkalmas eszköz
megfelelő értéket mutat. Ez jelentős problémának számít mind a szerszámgép használók, mind
a szerszámgépgyártók körében, melyek legtöbbször egy munkadarab legyártásához szükséges
eljárás rendszert árulják.
A felület minősége és mintázata közvetlen módon függ a dinamikai jellemzőktől, munkadarab
megfogásának minőségétől, illetve a forgácsolási paraméterektől, mint forgácsolási sebesség,
előtolás, fogásmélység és élcsúcs lekerekítési sugara. Sok egyéb fizikai jellemző lehet fontos a
megfigyelő minőséggel kapcsolatos döntésének meghozatalakor. A mérhető felületi minőségi
jellemzők mellett nagy jelentőséggel bír a megvilágítás és a munkadarab és a megfigyelő
helyzete egymáshoz képest. Ebben a kérdésben van jelentősége ennek a kutatásnak, mely
megpróbálkozik ennek a bonyolult kérdésnek a tisztázásával még a megmunkálási folyamat
elvégzése előtt.
A legfontosabb célkitűzése a jelen kutatásnak az, hogy megalkosson egy olyan algoritmust,
mely képes az ún. ortogonális forgácsolási (esztergálási) folyamat során kialakuló felületi
mintázatok megmunkálás előtti meghatározására. Az algoritmus a stacionárius forgácsolási
folyamat során kialakuló rezgések követésére alkalmas, mely a felületi egyenletlenséget az
élgeometria metszékeinek követésével végzi el. Ezzel az eljárással az esztergálási folyamat
azon felülete is megjósolható és követhető, mely a szerszám élének felületből való kilépésével
jön létre. Az előállított bonyolult felületi kép később használható 3D ray-trace jellegű
algoritmusokban létrehozható környezetszimulációs modellezéshez, melyek segítségével a
valós felületi kép láthatóvá válik.
Irodalom:
[1] Brown, C.A., Hansen, H.N., Jiang, X.J., Blateyron, F., Berglund, J., Senin, N., Bartkowiak,
T., Dixon, B., Le Goïc, G., Quinsat, Y., Stemp, W.J., Thompson, M.K., Ungar, P.S.,
Zahouani, E. (2018). Multiscale analyses and characterizations of surface topographies.
CIRP Annals, 67(2), 839–862. doi.org/10.1016/j.cirp.2018.06.001
[2] Thomas, M., Beauchamp, Y, Youssef, A.Y., Masounave, J. (1996). Effect of tool
vibrations on surface roughness during lathe dry turning process. Computers ind. Engng,
31(3/4), 637–644. doi.org/10.1016/S0360-8352(96)00235-5
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
34. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA
Helyszín: Mt épület, Könyvtár
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Prof. Szabó Péter János, tanszékvezető
Titkár: Kovács Dorina, doktorjelölt
Tag: Dr. Németh Árpád, c. egyetemi docens
Dr. Reé András, c. egyetemi docens
9:00 Kopasz Márton
Szemcseszórás és plazmanitridálás, mint duplex felületkezelési
technológia
Konzulens: Kovács Dorina, doktorjelölt
9:20 Leveles Borbála
Alumínium mátrixú, kerámia gömbhéjjal töltött bimodális fémhabok
gyártása és vizsgálata
Konzulens: Kemény Alexandra, doktorandusz
9:40 Szabó Annamária
Titán alapú aktív ernyős plazmanitridálás
Konzulens: Kovács Dorina, doktorjelölt
10:00 Angyal Levente Olivér, Kincses Domonkos, Szemán Ákos
Különböző térkitöltéssel gyártott szintaktikus fémhabok
Konzulensek: Károly Dóra, tanársegéd
Szlancsik Attila, doktorandusz
10:20
Szünet
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 35.
10:40 Nagy Imre Márk
Befogó fejlesztése korróziós mérésekhez
Konzulens: Károly Dóra, tanársegéd
11:00 Szemán Ákos, Angyal Levente Olivér
Agyagkaviccsal töltött szintaktikus fémhabok hőkezelésének hatása a
mechanikai tulajdonságokra
Konzulensek: Szlancsik Attila, doktorandusz
Károly Dóra, tanársegéd
11:20 Miskolcziné Pálfi Nikolett
Többkomponensű ötvözetű vékonyrétegek elektrokémiai leválasztása és
mikroszerkezetének jellemzése
Konzulensek: Dr. Fazakas Éva, egyetemi docens
Dr. Berecz Tibor, adjunktus
11:40 Nagy Bence
Fémtani folyamatok on-line vizsgálata akusztikus emissziós méréssel
Konzulens: Prof. Mészáros István, egyetemi tanár
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
36. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Szemcseszórás és plazmanitridálás, mint duplex felületkezelési technológia
(Shot peening and plasma nitriding as duplex surface treatment)
Kopasz Márton BSc
Konzulens: Kovács Dorina, doktorjelölt, ATT
Az iparban számos felületkezelést alkalmaznak a legkülönbözőbb célokra, ahogy az igények
egyre magasabbak és specifikusabbak lettek, úgy az eljárások köre is differenciálódott.
Meglehetősen új terület azonban a hibrid-, duplex- vagy kombinált felületkezelések kutatása,
amely a már létező felületkezelések együttes alkalmazásainak vizsgálatával foglalkozik. Az
alapvető cél, hogy megtaláljuk, hogy mely párosítások erősítik, és melyek gyengítik egymás
hatását. Ez hatalmas feladat, hiszen a kezeléspárok anyagtulajdonságokra való hatása függ az
egyes eljárások paramétereitől, sorrendjétől, emellett nem csak kettő, hanem akár több
felületkezelés egymás után fűzhető.
A dolgozatomban acél mintákat vizsgálok, amelyeket az előkészítés után homokszórásnak és
plazmanitridálásnak vetettem alá, ezzel egy lehetséges kezeléskombinációt vizsgálva.
Homokszórásnál két szemcseméretet alkalmaztam, a plazmanitridálás folyamatparaméterei
konstans voltak. A kezelések után felületi érdesség mérés és mikrokeménység-mérés és
következett. A maradó feszültség vizsgálat röntgendiffrakcióval és digitál-holografikus
mérőkamerával történt.
A vizsgálatokkal célom kideríteni, hogy előnyös-e a homokszórás, mint a plazmanitridálás
előkezelése, illetve az, hogy a szemcseméretnek milyen hatása van.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 37.
Alumínium mátrixú, kerámia gömbhéjjal töltött bimodális fémhabok gyártása és vizsgálata
(Manufacturing and testing of aluminium matrix bimodal metal foams filled with ceramic
spheres)
Leveles Borbála MSc
Konzulens: Kemény Alexandra, doktorandusz, ATT
A fémhabok előállítási technológiája jelenleg kevéssé ismert, ipari alkalmazása is csak szűk
körben elterjedt. A természetben számos cellás (azaz legalább kétfázisú) anyaggal
találkozhatunk, amelyek egy homogén tömbi szerkezethez képest sűrűség csökkentését és
fajlagos energiaelnyelő képesség növelését valósítják meg. Ilyen megfontolásból célszerű
mesterséges módon is levegővel vagy egyéb töltőanyaggal ellátott cellás szerkezeteket
előállítani. A múlt század vége óta folynak kutatások ilyen (zárt vagy nyitott) cellás anyagok
létrehozására, amelyek alkalmazása elsősorban a repüléstechnikában, űrtechnikában,
tengerészetben, illetve a magas előállítási költségek miatt a luxusautóiparban szükséges.
A szintaktikus fémhabok olyan cellás szerkezetű anyagok, amelyeknek mátrixanyaga
valamilyen fém, második fázisa pedig a kontinuum anyagnál kisebb sűrűségű töltőanyag,
általában porózus vagy üreges (minden esetben levegőt tartalmazó) kerámia. Ezáltal a teljes
szerkezet sűrűsége és tömege csökken.
Jelen kutatásomban Al99,5 és AlSi12 alumínium mátrixú szintaktikus fémhabok vizsgálatával
foglalkozom, amelyekben második fázisként nagytisztaságú alumínium-oxid (Al2O3) kerámia
gömbhéjakat használok, közel szabályos elrendezésben. A kísérletek során bimodális fémhabot
gyártottam két különböző névleges átmérőjű (Ød1=7 mm és Ød2=2,4 mm) gömbhéjakkal.
Ezeket a gömbhéjakat 1:1; 2:1 és 4:1 térfogatarányban egyenletes eloszlással kevertem össze.
Az így létrehozott fémhab befoglaló térfogatának elméleti számítások alapján ~69-73%-át töltik
ki gömbhéjak, amelyek közé kis nyomással alumíniumot infiltráltam.
Mivel a fémhabok mechanikai tulajdonságai nagy mértékben függnek az alumínium és a
kerámia közötti kapcsolattól, ezért a gyártási paraméterek pontos beállítása nagy figyelmet
igényel. Különböző előmelegítési hőmérséklettel, olvadékhőmérséklettel és infiltráló
nyomásokkal kísérleteztem a megfelelő nedvesítés és kitöltés elérése érdekében. A gyártás után
kocka alakú próbatesteket vágtam le, majd a mintákat makroképek és mikroszkópos felvételek
alapján, illetve kvázi-statikus terhelés alatt vizsgáltam.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
38. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Titán alapú aktív ernyős plazmanitridálás
(Titanium based active screen plasmanitriding)
Szabó Annamária BSc
Konzulens: Kovács Dorina, doktorjelölt, ATT
A plazmanitridálás korunk egyik legdinamikusabban fejlődő felületkezelési eljárása, mind
önmagában, mind duplex felületkezelés részeként. Dolgozatomban nemesített 42CrMo4
próbatesteken vizsgálom, hogy titán aktív ernyős plazmanitridálás során a felületen létrejövő
réteg tartalmaz-e titán nitridet, és hasonlítom össze a PVD eljárással felvihető titán nitrid
réteggel. A plazmanitridálás során két eltérő geometriájú ernyővel, és több, különböző
gáznyomáson végeztem kísérleteket. A munkadarabok felületén és keresztmetszetén
energiadiszperzív röntgenspektroszkópiával határoztam meg a minőségi összetételt. Továbbá
tanulmányoztam a PVD eljárás és plazmanitridálás mint duplex felületkezelés hatásosságát,
keménység és létrejövő mikroszerkezet szempontjából.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 39.
Különböző térkitöltéssel gyártott szintaktikus fémhabok
(Syntactic foams with various volume filling)
Angyal Levente Olivér BSc, Kincses Domonkos BSc, Szemán Ákos BSc
[email protected], [email protected], [email protected]
Konzulens: Károly Dóra, tanársegéd, ATT
Szlancsik Attila, doktorandusz, ATT
A mai modern világunk innovatív mérnöki találmányainak célja nem feltétlenül egy új
probléma megoldása, hanem egy már létező megoldás energia- illetve költséghatékonyabb
kivitelezése, optimalizálása. A mérnöki gyakorlatban felhasznált anyagok szempontjából ez
történhet a teherviselő képesség növelése, valamint a tömeg csökkentése által is. A két
megoldást egyszerre alkalmazva állíthatunk elő úgynevezett szintaktikus fémhabokat. Ezek
egyfajta „mesterségesen rendezett” részecske erősítésű kompozitok, amelyek két
komponensből állnak. Az egyik, valamilyen fémes mátrix anyag, a másik pedig a töltőanyag,
például mátrixba ágyazott gömbhéjak, amelyek elrendezése optimális esetben egymáshoz
képest egyenletes és szabályos. A szintaktikus fémhabok kis sűrűséggel, és ebből adódóan
kiemelkedő fajlagos tulajdonságokkal bírnak. Kiváló energiaelnyelő képességük miatt
elsősorban nyomó igénybevételnek vannak kitéve.A szintaktikus fémhabok mechanikai
tulajdonságai nagyban függnek a töltőanyag térkitöltésétől. Éppen ezért a kutatásunk során
különböző térkitöltéssel rendelkező és egy fémhabon belül változó gömbhéj sűrűségeloszlású
fémhabokat gyártunk.
A szintaktikus fémhabok effektív rugalmassági moduluszát (amely a szintaktikus fémhabot
helyettesítő, képzeletbeli, homogén és izotróp test rugalmassági modulusza) meghatározhatjuk
modális analízis segítségével. A szerkezeti merevség meghatározása után új felhasználási
területen megjelenhetnek a fémhabok szerkezeti anyagként is. A mérés során hasáb próbatestet
vizsgálunk, amelyet egy hosszú gumikötélre lógatunk fel, annak érdekében, hogy a mért jelből
a gumikötél sajátfrekvenciája könnyedén leválasztható legyen. A gerjesztést egy modális
kalapáccsal adjuk, majd a válaszjelet mikrofonnal felvesszük. Ezután egy szoftverrel
kiértékelhetőek a kapott adatok, amelyből megkapható az első illetve a második
sajátfrekvencia. A sajátfrekvenciákból a Timoshenko-féle rúdelmélet segítségével
visszaszámolható a rugalmassági modulusz értékére.
A fémhabban található gömbhéjak és a mátrixanyag érintkezése befolyásolja a fémhabnál
elérhető csillapítást, amelyet a kontaktfelületek mikroelcsúszásai növelhetnek. Arra a kérdésre
keressük a választ, hogy ha egy próbatestben a gömbök sűrűsége pont ott nagyobb, ahol a
lengésképben nagyobb deformáció található, akkor lesz-e csillapításbeli különbség egy olyan
próbatesthez képest, amelyben a gömbhéjak a kisebb deformációnál helyezkednek el sűrűbben.
Ehhez szükségünk volt olyan próbatestek legyártására, amelyekben különböző a gömbhéjak
térkitöltése, valamint a hossz mentén változik a gömbhéjak sűrűségeloszlása. Kutatásunk során
Al mátrixanyagú kerámia gömbhéjakkal töltött szintaktikus nyomásos infiltrálással gyártott
fémhabokat vizsgáltunk.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
40. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Befogó fejlesztése korróziós mérésekhez
(Development of clamp for corrosion measurements)
Nagy Imre Márk MSc
Konzulens: Károly Dóra, tanársegéd, ATT
A korrózió a természetben negatív szabadentalpia változással járó, tehát önmagától végbemenő
folyamat. Ez a legtöbb anyagnál lassan megy végbe. A korróziósebesség meghatározására
lehetőség van gyorsított korróziós méréssel potenciosztát segítségével.
A korróziós vizsgálatok BioLOgic SAS SP-150 potenciosztáttal végeztem, hagyományos
háromelektródos korróziós cellában. Referencia elektródként kalomel, Hg/Hg2Cl2/KCl telített
oldatos elektródot, segédelektródként Pt hálót és munkaelektródként a mintadarabot
alkalmaztuk. Potenciodinamikus vizsgálatoknál az elektródpotenciált két választott érték
között, adott v sebességgel (10 mV/s) lineárisan futtatjuk, miközben az áramválaszt
regisztráljuk. A minta folyamatosan az oldatban van, de feszültség alá csak a mérés során kerül.
Fontos, hogy a mintának csak a vizsgálni kívánt felszíne érintkezzen az oldattal, illetve fontos
tudnunk ennek a felszínnek a pontos méretét, mivel a korróziósebesség számításhoz szükséges
áramsűrűséget ennek a felszínnek a segítségével tudjuk megadni. Kutatásom során a Tanszéken
található korróziós cellához fejlesztettem egy befogót, amellyel lehetséges a minták oldattól
való elszeparálása és a felület pontos meghatározása.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 41.
Agyagkaviccsal töltött szintaktikus fémhabok hőkezelésének hatása a
mechanikai tulajdonságokra
(Effect of heat treatment on the mechanical properties of metal matrix
syntactic foams filled with expanded clay)
Szemán Ákos BSc, Angyal Levente Olivér BSc
[email protected], [email protected]
Konzulens: Szlancsik Attila, doktorandusz, ATT
Károly Dóra, tanársegéd, ATT
A szintaktikus fémhabok (Metal Matrix Syntactic Foam, MMSF) a könnyű szerkezeti anyagok
szempontjából egyre fontosabbá válnak. Emellett energiaelnyelőként és szendvicsszerkezetek
alapanyagaként is felhasználják. A fémhabok mechanikai tulajdonságait nagymértékben
befolyásolják a töltőanyagok tulajdonságai, amelyeket a fém mátrix belső porozitásának
megteremtésére és biztosítására használnak. Mivel a töltőanyagok tulajdonságai ilyen jelentős
mértékben befolyásolják a fémhabok tulajdonságait, így az Anyagtudomány és Technológia
Tanszéken több kutatást is végeztek már a töltőanyagok hatásait vizsgálva. Ugyanolyan
töltőanyag esetén a mátrixanyag hőkezeltségi állapotának hatására vonatkozó kutatás viszont
még nem készült. Emiatt kutatásunk során agyagkaviccsal töltött Silafont®-36 (AlSi10MnMg)
mátrixanyagú fémhabokat vizsgálunk. A vizsgálatok kiterjednek a fémhabok mikroszerkezeti
tulajdonságaira, valamint az alapvető mechanikai tulajdonságaira is. A mikroszerkezetet optikai
és elektronmikroszkópos vizsgálattal, és EDS anyagösszetétel vizsgálattal, míg az alapvető
mechanikai tulajdonságokat szabványosított zömítő tesztekkel térképeztük fel.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
42. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Többkomponensű ötvözetű vékonyrétegek elektrokémiai leválasztása és
mikroszerkezetének jellemzése
(Electrochemical deposition and microstructural characterization of multi
components alloy thin films)
Miskolcziné Pálfi Nikolett MSc
Konzulens: Dr. Fazakas Éva, egyetemi docans, ATT
Dr. Berecz Tibor, adjunktus, ATT
2004 körül J. W. Jeh tajvani professzor és vele párhuzamosan más kutatók munkássága útján
az ötvözet-tervezés új paradigmája bontakozott ki a nagyentrópiás ötvözetanyagok (High
Entropy Alloy, HEA) megjelenésével. Ezek az ötvözetek legalább 5 összetevőből állnak,
egyenként 5-35 at% mennyiségben. Az anyagra – nevéből adódóan is – a nagy keveredési
entrópia a jellemző, ami a rendszerben kisebb szabadenergiát és nagyobb fázisstabilitást, ezáltal
viszonylag egyszerűbb kristályszerkezetet eredményez , mint például a térközepes köbös
(BCC), a lapközepes köbös (FCC) és a szoros illeszkedésű hexagonális (HCP) rácsszerkezetek.
A nagyentrópiás ötvözetek mindezek mellett és ennek köszönhetően is kivételes
tulajdonságokkal rendelkeznek: kiváló szilárdsági mutatók, jó deformálhatóság és törési
szilárdság szobahőmérsékleten, kiváló korrózióval szembeni ellenálló képesség, tartós
ellenállás a kúszási és fáradási igénybevételek esetén, valamint egyedi elektromos és mágneses
tulajdonságok jellemzik a tömbi anyagokat.
2005 óta vannak kutatási eredmények a HEA-ötvözetek vékonyrétegformában (High Entropy
Films, HEF) történő előállításáról, melyeket jelenleg széles körben vizsgálnak. Nagyon
ígéretesek kiemelkedő mechanikai tulajdonságaik és korrózióállóságuk miatt, ezért kemény és
kopásálló bevonatok formájában alkalmazhatók. A HEA-bevonatokat leginkább fizikai
bevonatelőállítási technológiákkal (magnetronos porlasztás, lézeres és plazma bevonatolás,
valamint különböző termikus szórási eljárások) állították elő, és ezidáig csak néhány
szakirodalom számolt be elektrokémiai úton történő leválasztásukról. Az elektrokémiai
leválasztás költséghatékony és az elektrokémiai folyamatban megváltozott leválasztási
paraméterek esetén jó visszacsatolást ad a HEA-bevonatok jellemzőiről, mint például az
összetétele, morfológiája és vastagsága. Ezzel szemben a fizikai technológiák korlátok közé
szorulnak a drága berendezések, nagy üzemi hőmérséklet és a bevonat összetételének és
morfológiájának korlátozott ellenőrizhetősége miatt.
Kutatásom során többkomponensű ötvözet alapú (AlCoCrFeNi, CoCrFeNiMn)
vékonyrétegeket állítottam elő elektrokémiai leválasztással. A bevonatokat réz és ötvözetlen
acél felületekre vittük fel DMF – CH3CN (4:1 térfogatarányú) szerves elektrolit rendszerben,
amely dehidratált fém-kloridokat és LiClO4 vegyületet tartalmazott. A kísérleteket ausztenites
korrózióálló acél ellenelektróddal 2,5 V potenciálon, különböző leválasztási idővel végeztem.
A dolgozatom célja a kapott bevonatok mechanikai (keménység, rétegvastagság), szerkezeti és
korróziós tulajdonságainak a vizsgálata. A kutatás egyedisége, hogy új összetételű
többkomponensű ötvözeteket állítottunk elő elektrokémiai eljárással, nem vizes oldatokból.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 43.
Fémtani folyamatok on-line vizsgálata akusztikus emissziós méréssel
(On-line investigation of metallurgical processes by acoustic emission
measurement)
Nagy Bence BSc
Konzulens: Prof. Mészáros István, egyetemi tanár, ATT
A dolgozatom egyes fémtani jelenségek, különös tekintettel a fázisátalakulások akusztikus
emissziós méréssel történő vizsgálatával foglalkozik.
A munkám során C10, C45 minőségű ötvözetlen acél és 2507 minőségű szuperduplex
korrózióálló acélminták fázisátalakulásainak akusztikus jeleit rögzítettem. A C10, C45-ös
acélminták esetén a ferrit-ausztenit átalakulás, a 2507 minőségű szuperduplex korrózióálló
acélminták esetén pedig a ferrit fázis eutektoidos bomlási folyamata során kibocsátott
akusztikus emissziós jeleket regisztráltam és vizsgáltam a kemencében történt folyamatos lassú
hevítés folyamata során.
A dolgozatomban kitérek a vizsgált fémtani folyamatokra, az akusztikus emissziós mérés
elméleti hátterére, a mérés megvalósításának a nehézségeire továbbá a mérés során felvetődött
problémák megoldásaira.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
44. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ÁRAMLÁSTAN
Helyszín: AE épület, 1. emelet, Mérlegterem
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Kristóf Gergely, egyetemi docens
Titkár: Bak Bendegúz, tanszéki mérnök
Tag: Dr. Csizmadia Péter, adjunktus
Klapcsik Kálmán, tanszéki mérnök
9:00 Papp Bálint
Épületek szélterhelésének becslése GPU alapú nagyörvény szimulációval
numerikus szélcsatornában
Konzulens: Dr. Kristóf Gergely, egyetemi docens
9:20 Daku Gábor
Mérés-alapú előtervezési irányelvek axiális ventilátor-lapátokról leúszó
örvények figyelembe vételére
Konzulens: Dr. Vad János, egyetemi tanár
9:40 Krähling Péter
Nemlineáris rendszerek multistabilitásának vezérlése kétfrekvenciás
gerjesztéssel
Konzulens: Dr. Hegedűs Ferenc, egyetemi docens
10:00 Zhang Haitian
Further development of the ROSI beamforming method for the
investigation of turbomachinery investigated at an angle
Konzulens: Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 45.
10:20 Balog Boldizsár Zsolt
Önálló vízellátórendszer szimulációs vizsgálata
Konzulens: Dr. Hős Csaba, egyetemi docens
10:40 Szünet
11:00 Lendvai Bálint
Szárnyprofil aeroakusztikai vizsgálata
Konzulens: Dr. Benedek Tamás, egyetemi adjunktus
11:20 Mirlan Karimov
Numerical Study of Dimple Effect on a Golf Ball
Konzulens: Dr. Davidson Josh, research fellow
11:40 Olgyay Ábel
Koaxiális propfan akusztikai zajvizsgálata a megfúvási szög
függvényében nyalábformálási módszerekkel
Konzulens: Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus
12:00 Bozsó Endre
Oszcilláló-víz-oszlop numerikus szimulációja
Konzulensek: Dr. Davidson Josh, research fellow
Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus
12:20 Sebők Henrik
A fordulatszám változtatásának hatása koaxiális propfan akusztikájára
Konzulens: Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
46. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Épületek szélterhelésének becslése GPU alapú nagyörvény szimulációval
numerikus szélcsatornában
(Estimation of the wind load on buildings using GPU-based large eddy
simulation in a numerical wind tunnel)
Papp Bálint (MA/MSc)
Konzulensek: Dr. Kristóf Gergely, egyetemi docens, ARA
Ez a tanulmány egy GPU alapú nagyörvény szimulációra épülő módszert mutat be az épületek
átlagos és dinamikus szélterhelésének meghatározására. Az alkalmazott CFD szoftver (ANSYS
Discovery Live) használatával statisztikailag bekonvergált LES eredményeket kaphatunk
nagyjából két óra leforgása alatt egy kilencmillió cellából álló háló esetén. A numerikus
szélcsatorna által előállított atmoszférikus határrétegbe helyezett kockamodell felületi
nyomáseloszlása hasonló körülmények között végzett szélcsatorna- ill. terepi mérések
eredményeihez lett validálva. Az időátlagolt nyomáseloszlás, valamint a fluktuációk
intenzitása is kielégítő egyezést mutatott, annak ellenére is, hogy a szoftver által alkalmazott
egyenközű háló nem képes az élek körül megjelenő nagy gradiensek pontos felbontására.
Megmutattuk, hogy a modell képes a valósággal megegyező turbulens spektrum előállítására a
Kolmogorov-spektrumon belül, melynek alsó és felső korlátait a számítási tér mérete ill. a
cellaméret határozza meg. A gradiensek még pontosabb felbontásához szükséges hálósűrítés,
valamint a frekvencialimitek kitolása egyaránt elérhető nagyobb VRAM kapacitással
rendelkező GPU alkalmazásával. Kimondhatjuk, hogy a numerikus szélcsatorna hatékony
eszköze lehet az épületek átlagos és dinamikus szélterhelésének meghatározásának, nagy
teljesítményű számítástechnikai rendszerek (HPC) igénybe vétele nélkül.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 47.
Mérés-alapú előtervezési irányelvek axiális ventilátor-lapátokról leúszó
örvények figyelembe vételére
(Experiment-Based Preliminary Design Guidelines for Consideration of
Profile Vortex Shedding from Low-Speed Axial Fan Blades)
Daku Gábor (MA/MSc)
Konzulens: Dr. Vad János, egyetemi tanár, ARA
Axiális átömlésű légtechnikai ventilátorok lapátjait az ún. profil örvényleválás akkor jellemzi,
ha a lapát húrhosszával számolt Reynolds-szám mérsékelt. Irányadó a Re < 150 000 tartomány.
Ez esetben a kezdetben lamináris szívott oldali határréteg leválik a belépőél környezetében,
majd bekövetkezik a határréteg lamináris-turbulens átmenete, és visszafekvése a lapátprofil
elülső részén. A lapátprofilról periodikusan örvények úsznak le. Az örvényleválás egyfelől
jelentős zajforrás a kis Reynolds-számú légtechnikai axiálventilátorok esetén. Másfelől a profil
örvényleválás egy periodikus, térben koherens nyomásingadozást is létrehoz a lapátprofil
felületének jelentős hányadán. Ez utóbbi egy olyan, a lapát húrjára közel merőleges ingadozó
erőt eredményez, amely magában hordja a lapátrezgés kockázatát. A profil örvényleváláshoz
kapcsolódó szakirodalmak olyan szárnyprofilokat tárgyalnak – például nagy relatív vastagságú
szimmetrikus NACA profilok –, melyek a légtechnikai axiálventilátorokra nem jellemzőek. A
jelen dolgozat egyik célkitűzése a profil örvényleválás mérés-alapú szakirodalmának
kiegészítése olyan lapátprofilokkal, melyek a légtechnikai ventilátor-alkalmazásokat
képviselik. Az általunk vizsgálatra kiválasztott, reprezentatív példának tekintett lapátprofilok:
8%-os relatív íveltségű lemezlapát; 10 % maximális relatív vastagságú aszimmetrikus RAF 6E
szárnyprofil.
Az említett lapátprofilok modelljein különféle Reynolds-számok és megfúvási szögek mellett
szélcsatorna méréseket végeztem. A profilok mögötti áramlási teret egykomponensű hődrót
segítségével térképeztem fel, állandó hőmérsékletű üzemmódban. A profil örvényleválás
detektálásának szakirodalomban ismertetett módszerét kiterjesztettem, a következők szerint.
Analitikus modellt dolgoztam ki a lapát-közeli nyomban mozgó örvények által keltett ingadozó
sebesség RMS eloszlására vonatkozóan. A leúszó örvényeket Rankine-féle kombinált
örvényként modelleztem. A modell-paraméterek hangolásával a modellezett sebesség RMS
eloszlásokat illesztettem a mért eloszlásokhoz, ezzel olyan örvény jellemzőket származtatva,
mint az örvénymagok sugara és szögsebessége. A profil örvényleválási jelenség létezésének,
illetve hiányának megítélésére számszerű kritériumot vezettem be, melyet a vizsgált esetekre
szisztematikusan alkalmaztam. A kidolgozott analitikus modellt felhasználtam a profil
örvényleválás jellemző frekvenciájának, valamint a leúszó két örvénysor távolságának
meghatározásához. E jellemzők révén kiterjesztettem a profil örvényleválásra vonatkozó
félempirikus szakirodalmi modellt.
E félempirikus modell alapján irányelveket származtattam, melyek felhasználhatók kis
Reynolds-számú légtechnikai axiálventilátorok járókerék-lapátozásának előtervezésében. A
bemutatott irányelvek célja kettős, a lapátozás jellemzőinek helyes megválasztása során. a) A
profil örvényleválás emberi hallás szempontjából kedvezőtlen akusztikai hatásának mérséklése,
ami kiemelten fontos az emberek közelében üzemelő kis Reynolds-számú légtechnikai
axiálventilátorok esetén. b) Annak elkerülése, hogy a lapátfelület jelentős részéről nagyméretű,
összefüggő örvények ússzanak le azonos frekvenciával, ami kedvezőtlen a lapát mechanikai
gerjesztése szempontjából. A dolgozatban szemléltető példákat mutatok be e tervezési
irányelvek gyakorlati alkalmazására.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
48. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Nemlineáris rendszerek multistabilitásának vezérlése kétfrekvenciás
gerjesztéssel
(Control of multistability in nonlinear systems with dual frequency driving)
Krähling Péter (MA/MSc)
Konzulens: Dr. Hegedűs Ferenc, egyetemi adjunktus, HDR
A dolgozatban a nemlineáris rendszerek multistabilitásából adódó problémák megoldására
keresek lehetőséget. A multistabilitás jelen van a tudomány minden területén, és gyakran
előfordul, hogy nem tudunk egyszerűsítésekkel élni, így elkerülhetetlen, hogy nemlineáris
rendszerek segítségével modellezzünk bizonyos valós folyamatokat. Nemlineáris rendszerekre
gyakran jellemző a multistabilitás is, ezért elengedhetetlen a vizsgálódás a témában. Ahhoz,
hogy bizonyos jelenségek jobban kezelhetők legyenek a gyakorlatban, találnunk kell módot
arra, hogy a multistabilitás problémáját kezeljük.
A dolgozatban egy vezérlési technikát mutatok be, a Keller–Miksis buborékmodellen keresztül,
amellyel eredményesen kezeltük a multistabilitást. A Keller–Miksis egyenletet szokás
használni az akusztikus kavitáció leírására, ezt a jelenséget pedig az iparban a szennyvíztisztítás
egyik műveleteként alkalmazzák. A multistabilitás miatt a buborékok különböző módon tudnak
kavitálni, egyes állapotok pedig esetleg jobb hatásfokot eredményeznek a folyamatban. A
dolgozatban bemutatott módszer segítségével a rendszert rá tudjuk vezérelni a számunkra
kedvezőbb állapotokra.
A vezérlési módszer nagy előnye, hogy nincs szükség visszacsatolásra, ami azt jelenti, hogy
nincs szükség költséges műszerekre, de szükség van a rendszer megoldási struktúráinak
ismeretére. A vezérlés során egy második ideiglenes gerjesztés segítségével a gerjesztő
amplitúdók és frekvenciák folyamatos változtatásával át tudjuk vezérelni a rendszert egy
általunk választott megoldásra.
A rendszer megoldási struktúráinak feltérképezése rendkívül számításigényes feladat. A
szokásos szimuláció túl sok időt venne igénybe, ezért a programkódot GPU-n kell futtatni. A
GPU-n való futtatás előnye, hogy többszörösen hatékonyabb, így lehetővé teszi, hogy
elfogadható időn belül eredményhez jussunk, sokkal nagyobb programozói tudást igényel
azonban, mint ha CPU-n dolgoznánk.
A vezérlési módszer elméleti alapjai a Non-feedback technique to directly control multistability
in nonlinear oscillators by dual-frequency driving1; Direct selection between attractors of
subharmonic resonances via a non-feedback technique to control multistability2 című cikkeben,
valamint a szakdolgozatomban3 található. A GPU programozás alapjaihoz a CUDA by
example4 című könyvet használtam forrásként.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 49.
Further development of the ROSI beamforming method for the
investigation of turbomachinery investigated at an angle
(ROSI nyalábformálási módszer továbbfejlesztése szögben lévő forgógépek
vizsgálatához)
Zhang Haitian (MA/MSc)
Konzulens: Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus, ARA
A ROSI („Rotating Source Identifier”) egy áramláson kívüli módszer, amely egyenletes
áramlásokba elhelyezett, forgó zajforrások nyomásmezőjének mérésére alkalmas. Forgó
forrásokhoz, mint például helikopterhez vagy örvénygépekhez van kialakítva. Az eredeti ROSI
módszer FFT-t alkalmaz a nyomásjelen, majd hosszú idő tartományon vett átlag alapján a
rekonstruálja a teljesítményspektrumokat. Azonban lehet, hogy ez nem veszi figyelembe a
zajforrás bizonyos tulajdonságait, például egy lapát kilépő éle és belépő éle közti különbséget.
Az új megközelítés a rövidebb időtartamú ablakok átlagát veszi oly módon, hogy a zajforrás
egy fordulatánál a különböző szakaszokra bontja a nyomásjeleket. Ezzel a technikával a
hangnyaláb formáló leképezések pontosabb képet nyújtanak a különbségekről a szöghelyzet
függvényében. Ennek az új módszernek a célja, hogy javítsa a módszer képességét az iránytól
függő zajforrások azonosításában. A javulást példa minták sorozatával hitelesítjük.
Megállapíthatjuk, hogy vannak-e elhanyagolt zajforrás jellemzők, az eredeti és a
továbbfejlesztett módszerek összehasonlításával.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
50. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Önálló vízellátórendszer szimulációs vizsgálata
(Simulation study of independent water supply system)
Balog Boldizsár Zsolt (MA/MSc)
Konzulens: Dr. Hős Csaba, egyetemi docens, HDR
A dolgozatban a frekvenciaváltós szivattyúszabályozó alrendszereit a szakirodalom kritikai
elemzésével és saját munkámmal vizsgáltam.
Terveztem szivattyúk frekvenciaváltójába egy egyenirányító és egy teljes híd áramkört. Az
egyenirányító áramkört elkészítettem, mérésekkel ellenőriztem a működését. A híd áramkört
egy kísérleti NYÁK-on állítottam össze. Ezen a NYÁK-on felismert hibákat javítottam, egy
teljes híd áramkört terveztem.
Lakossági ivóvízkutak és gépészetük működését szabályozástechnikai szempontból
tanulmányoztam. A szabályozott szakasz elemei lehetnek idővariánsok és nemlineárisok is. A
szivattyú fordulatszámának változtatása a szállítási paramétereket befolyásolja, a nyomás
szabályozására alkalmas. A rendszerben lezajló jelenségek és különböző szabályozási
algoritmusok kipróbálásához Matlabos szimulációs környezetet fejlesztettem. A környezet
segítségével PID szabályozók behangolását automatizáltam.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 51.
Szárnyprofil aeroakusztikai vizsgálata
(Aeroacoustic investigation of an airfoil)
Lendvai Bálint (MA/MSc)
Konzulens: Dr. Benedek Tamás, egyetemi adjunktus, ARA
Napjainkban sokat vizsgált téma az áramlástani forgógépek által keltett zaj. A zajos környezet
ergonómiai és élettani hatásai miatt szabványok korlátozzák a zajterhelést az iparban és a
háztartásokban is. Egy ventilátor által lesugárzott zaj számottevő része áramlási eredetű,
melynek jelentős hányada a lapátozáshoz köthető zajforrásokból származik, ezért ezek
lokalizálása kritikus fontosságú a zaj csökkentése vagy megszüntetése szempontjából.
Az áramlási eredetű zajkeltési mechanizmusok vizsgálatának egyik módja a hibrid numerikus
áramlástani és aeroakusztikai szimuláció. A korábbi munkám során hibrid aeroakusztikai
szimulációiból a Ffowcs-Williams-Hawkings [1] módszer segítségével számoltam a
ventilátorlapát-modellek által lesugárzott zajt. A vizsgálataim során a sajátzajforrások közül
egyedül a turbulens kilépő éli zajra és a profilörvényzajra fókuszáltam. További lehetőség az
áramlásieredetű zajok meghatározására a félempirikus módszerek alkalmazása, melyekkel
egyszerűen mérhető fizikai paraméterekből becsülhető a lesugárzott zaj jellege. A félempirikus
módszerek közül a NACA-0012 szárnyprofilra felállított Brooks-Pope-Marcolini modellt [2]
emelném ki, amely a keletkező zaj spektrumára ad becslést. Ezek a módszerek gyorsak és
költséghatékonyak, ellenben jelentős egyszerűsítéseket tartalmaznak, amelyek rontják a becslés
pontosságát. A harmadik lehetőség a keletkező zaj meghatározására az időigényes és költséges
mérés, amely történhet egy mikrofonnal, de akár több mikrofonból mikrofontömböt alkotva is.
A jelen vizsgálatok során akusztikai méréseket végeztem egyedülálló ventilátorlapát-
modelleken a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszékének
Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratóriumában található csendes szabadsugárban. A csendes
sugár jellegzetessége, hogy alacsony turbulenciaintenzitása miatt a belépő élen keletkező
turbulens megfúvási zaj jelentősen lecsökken, így a sajátzajforrások jobban megfigyelhetők.
Az akusztikai méréseken túl hődrótos méréseket, kapcsolt áramlástani és akusztikai
szimulációkat és félempirikus akusztikai számításokat is végeztem. Dolgozatomban a csendes
szabadsugaras mérések, valamint a numerikus szimulációk és a félempirikus Brooks-Pope-
Marcolini modell eredményeit hasonlítom össze a tonális zajokra koncentrálva.
Irodalom:
[1] Ffowcs Williams, J. E.; and Hall, L. H. (1970): Aerodynamic Sound Generation by
Turbulent Flow in the Vicinity of a Scattering Half Plane. J. Fluid Mech., vol. 40, pt. 4, pp. 657
-670
[2] Brooks, T.F.; Pope, D. S.; and Marcolini, M. A. (1989): Airfoil self-noise and prediction,
NASA Reference Publication No. 1218
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
52. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Numerical Study of Dimple Effect on a Golf Ball
(A golflabdán lévő mélyedések hatásának numerikus vizsgálata)
Mirlan Karimov (BA/BSc)
Konzulens: Dr. Davidson Josh, research fellow, ARA
Under conventional perception, a smooth ball is always expected to have a smaller friction force
than a dimpled ball, hence, a smooth ball is expected to fly further. Jearl [1] showed that the
phenomenon is exactly the opposite, a dimpled ball flies four times further than a smooth ball.
Jorgensen [2] noted that concaved surface of dimples generates small-scale turbulence and leads
to drag reduction. Choi et al [3] proposed that the drag reduction mechanism is related to the
development of a shear layer instability that leads to higher momentum near the wall, causing
local flow reattachment and a delay in complete flow separation. This reduces the low pressure
region trailing the golf ball and therefore lowers the air drag. We have numerically studied this
phenomenon. In this study under-resolved Direct Numerical Simulation (DNS) and Large Eddy
Simulation (LES), and Delayed-Detached Eddy Simulation (DDES) were used for the smooth
and dimpled balls, respectively. Drag, lift and pressure coefficients, and separations angles for
smooth and dimpled balls were obtained by the simulations. We have shown that dimples on a
ball surface significantly decreases the drag by delaying the complete flow de-attachment.
Additionally, a dimpled ball was shown to experience a smoother flight than a smooth ball by
the study of vortex shedding frequency.
References:
[1] Jearl, W., “More on boomerangs, including their connection with the dimpled golf ball”
Scientific American, pp. 180, 1979.
[2] Jorgensen, T. P., “The Physics of Golf, 2nd edition,” New York: Springer-Verlag, pp. 71-
72, 1999.
[3] D. Kim and H. Choi, ‘‘Large eddy simulation of turbulent flow over a sphere using an
immersed boundary method’’ Third AFSOR International Conference on Direct Numerical
Simulations and Large Eddy Simulations (University of Texas, Arlington, Texas, 2001).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 53.
Koaxiális propfan akusztikai zajvizsgálata a megfúvási szög függvényében
nyalábformálási módszerekkel
(Acoustical investigation of counter-rotating open rotor using phased array
beamforming technology)
Olgyay Ábel (BA/BSc)
Konzulens: Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus, ARA
A 70-es évek olajválsága arra késztette az amerikai kutatómérnököket, hogy radikális
változásokat hajtsanak végre az akkorra már jól bevett repülőgéphajtóművekben. A kutatás egy
kiemelkedő csoportja a koaxiális propfan vizsgálata volt [1].
A 80-as évekre sikerült is kísérleti modelleket létrehozni, melyek képesek voltak felmutatni az
elvárt teljesítményeket. Azonban a hajtómű akusztikai zaja nagynak bizonyult, és átlépte a
megengedhető értékeket. Jelen dolgozat az akusztikai zajok detektálását, értelmezését, és a
zajok megfúvási szög függését vizsgálja nyalábformálási módszerekkel. A kutatás során több
előfeldolgozási technikával ismerkedtem meg, melyekből egy, a szélessávú komponensek
vizsgálatára kifejlesztett metódust alkalmaztam [2].
A szélessávú komponensek vizsgálatánál problémát okozhat a kiértékelés pontossága. Az
általam alkalmazott jelfeldolgozás egy szűrési módszert takar, mely magas (>15kHz) és mély
(<500Hz) frekvenciákon nem végezhető el.
A nyalábformálási módszerek a frekvencia növekedésével egyre zajosabb zajtérképeket hoznak
létre. A zajtérképek zajossága csökkenthető az eredeti kiértékelendő sávszélesség növelésével.
Ezt öt különböző frekvenciasáv felosztással vizsgáltam meg, melyeknél mind találtam előnyös
és hátrányos jellemzőt.
A kutatás a 80-as évekre lecsengett, mert sikerült az üzemanyag beszerzésének árát
visszaállítani az eredeti értékre, így a koaxiális propfanok vizsgálata is háttérbe szorult.
Napjainkban mégis van relevanciája ezzel foglalkozni, hiszen az ismét növekvő üzemanyag ár
megköveteli ezt, valamint nagy hangsúlyt kap manapság a környezetvédelem is, melyben egy
jobb hatásfokú gép kifejlesztése egyértelmű előrelépést jelentene.
Irodalom:
[1] Mark D. Bowles: The "Apollo" of Aeronautics: NASA's Aircraft Energy Efficiency
Program 1973-1987. National Aeronautics and Space Administration, 2010.
[2] Tokaji, K. and Horváth, Cs., Extracting and understanding the less dominant broadband
noise sources of counter-rotating open rotors.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
54. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Oszcilláló-víz-oszlop numerikus szimulációja
(Numerical Simulation of Oscillating Water Columns)
Bozsó Endre (BA/BSc)
Konzulensek: Dr. Davidson Josh, research fellow, ARA,
Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus, ARA
Az utóbbi évtizedekben az energiamix összetétele átalakult, a megújuló energia iránt
rohamosan nő az érdeklődés, amely új, lehetőségekben gazdag iparágak létrejöttét
eredményezte. Az óceánokból kinyerhető energia is ide tartozik, mely többek között magába
foglalja az ár-apály energiát, a hő különbségből nyerhető energiát, és – a mi szempontunkból a
legfontosabbat – a hullámenergiát. Ez utóbbi remek lehetőséget biztosít a tengerparttal
rendelkező országoknak, hogy kiegészítsék az energiamixet. A hullámenergia hasznosítására
szolgáló készülékek közül az egyszerűségének és a megbízhatóságának köszönhetően az
úgynevezett oszcilláló-víz-oszlop készülék (Oscilating Water Column, továbbiakban OWC) az
egyik legtöbbet kutatott technológia.
A legfontosabb eszköze az OWC-k fejlesztésének és optimalizálásának a numerikus áramlástan
(Computational Fluid Dynamics, továbbiakban CFD). A CFD szimulációk segítségével
költséghatékonyan lehet különböző geometriákat vizsgálni és összehasonlítani, hiszen nem
szükséges drága laboratóriumi modellek építése. A legnagyobb hátránya a CFD szimulációknak
a pontosság és a szimuláció futási ideje (számítási igény) közti kapcsolat. A finomabb háló
exponenciálisan növeli a számítási igényt, viszont a pontosság növekedése messze nem ilyen
jelentős. Kijelenthető, hogy az egyik legfontosabb cél a szimulációs modell felállításánál, hogy
az adott problémának megfelelően, a pontosság és a számítási igény közötti egyensúlyt
megtaláljuk.
E dolgozat célja az OWC-k különböző hálózási megoldásainak összehasonlítása, kiemelve a
hátrányosságaikat és a további fejlődési lehetőségeket. A numerikus szimulációk kereskedelmi
CFD szoftverrel lettek elvégezve. A szimulációs projektünk célja az International Energy
Agency's Ocean Energy Systems által meghirdetett "Task 10 - Wave Energy Converter (WEC)
modelling verification and validation project” elnevezésű kutatásba való bekerülés. A projekt
vizsgálja annak a lehetőségét, hogy bevonja azon szimulációkat, melyek az International
Electrotechnical Commission (IEC) előírásainak fejlesztését támogatják. A kiírt OWC egy, a
Korea Research Institute of Ship & Ocean Engineering (KRISO) által definiált és elvégzett
modell kísérlet.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 55.
A fordulatszám változtatásának hatása koaxiális propfan akusztikájára
(The effect of different rotor speeds on the acoustics of counter-rotating
open rotors)
Sebők Henrik (BA/BSc)
Konzulens: Dr. Horváth Csaba, egyetemi adjunktus, ARA
Az egyre inkább előtérbe kerülő környezetvédelmi megfontolások, a fosszilis tüzelőanyagok
végessége, illetve a ma már rendelkezésre álló modern műszaki lehetőségek és technológiák
(szimuláció, fejlett méréstechnika) újra életre hívta az érdeklődést a műszaki kutatások
területén a nagyon jó hatásfokkal rendelkező ellenforgó rotorok elvén működő hajtóművek
iránt. Ehhez hozzájárul az is, hogy a hagyományos repülőgépeken való alkalmazáson túl
lehetőség nyílik másféle légi járműveken (pl. drónokon) való alkalmazásra az iparban és
számos más területen is.
A technológiával kapcsolatban jelenleg az egyik legnagyobb kihívást kedvezőtlen akusztikai
tulajdonságai jelentik. Dolgozatom célja e kihívás leküzdésében való közreműködés a témában
eddig végzett kutatásokra építve, ill. az ellenforgó rotorok akusztikai karakterisztikáját magába
foglaló tudáshalmaz bővítése. Vizsgálatom során használtam a forgógépek akusztikájában már
eredményesen alkalmazott módszereket (nyalábformálás, adatok előfeldolgozása) ugyanakkor
új megközelítéseket is alkalmaztam, például az eredmények vizualizációjában.
Jelen kutatás fókusza a fordulatszám változtatásának hatása a már ismert zajkeltési
mechanizmusokra, mind szélessávú, mind tonális zajforrások vizsgálatával. A dolgozatban
három különböző eset összehasonlítását fogom bemutatni. Az esetek között a fordulatszám a
változó paraméter, a többi beállítás (pl. lapátszög) felszállási állapotra jellemző. A vizsgálat
tárgyát képező mérési adatokat a General Electric F31/A31 Historical Baseline lapátsorral
ellátott hajtóművén a NASA Glenn Research Center szélcsatornájában 2010-ben végzett
mikrofontömbös mérés szolgáltatja.
Az eltérő fordulatszámú esetek összehasonlításával új dimenzióval bővítjük a vizsgálati teret,
lehetőség nyílik a zajkeltési mechanizmusok mélyebb megértésére, továbbá új megközelítést
tesz lehetővé. Bemutatásra kerülnek az eredmények kiértékelése során tapasztalt
megfigyelések, trendek. Külön vizsgáltam a tonális és a szélessávú zajforrásokat. A
dolgozatban prezentált eredmények alapot adnak további kutatáshoz a témán belül.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
56. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
BIOMECHATRONIKA
Helyszín: D épület 515.
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Bojtár Imre, egyetemi tanár
Titkár: Faragó Dénes, doktorandusz
Tag: Dr. Tóth Brigitta, adjunktus
Dr. Takács Mária, ortopéd szakorvos
Dr. Borbás Lajos, professor emeritus
9:00 Molnár Cecília
Vizuális kameravezérlés tervezése da Vinci sebészrobotra
Konzulensek: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár
Dr. Haidegger Tamás, egyetemi docens
Nagyné Elek Renáta, doktorandusz
Nagy Tamás Dániel, doktorandusz
9:20 Ráth Andre
Rezgésérzékelésen keresztül történő érzék átadás vizsgálata kézprotézisek
irányítására
Konzulens: Bojtos Attila, tanársegéd
9:40 Takács Dániel
Ín szakadásának végeselemes szimulációja
Konzulensek: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár
Faragó Dénes, doktorandusz
10:00 Turbucz Máté
Lumbális gerinc végeselem modell létrehozása és validálása
Konzulensek: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár
Dr. Éltes Péter, gerincsebész
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 57.
10:20 Pokorni Ágoston
Daganatos csigolya eltávolítását követő műtéti rekonstrukciók
végeselemes vizsgálata
Konzulensek: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár
Dr. Éltes Péter, gerincsebész
10:40 Csűry Mátyás Keresztély
Additív gyártási eljárások összehasonlító elemzése a gyógyászati és a
biomechanikai felhasználások szemszögéből
Konzulens: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
58. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Vizuális kameravezérlés tervezése da Vinci sebészrobotra
(Visual servoing system for da Vinci surgical robot)
Molnár Cecília BSc
Konzulensek: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár, MOGI
Dr. Haidegger Tamás, egyetemi docens, ÓE
Nagyné Elek Renáta, doktorandusz, ÓE
Nagy Tamás Dániel, doktorandusz, ÓE
A sebészrobotok napjainkban egyre több orvos munkáját segítik, használatuk számos előnnyel
jár. Az asszisztensek számának csökkenthető, ami nyugodt környezetet biztosít. További előny,
hogy a műtét és annak a kinematikai és vizuális adatai rögzíthetőek, a későbbiekben
elemezhetőek. Ezek összességében a műtét közben és a műtét után is segítik az orvos munkáját.
A sebészrobotok jelentős hatást gyakorolnak napjaink orvostudományára, és jelenleg is
folyamatos fejlesztés alatt állnak.
A da Vinci sebészrobotot kizárólag laparoszkópos, tehát minimálinvazív sebészetre használják,
amely során kiemelkedő fontosságú a vizuális adat, hiszen a robotkarok irányítása a kamerakép
alapján történik. Elengedhetetlen, hogy a műtétet végző karok a kamera látóterében legyenek.
Jelenleg a kamera tartó kart csak manuálisan lehet irányítani, ami kifejezetten időigényes. A
manuális irányiítás kiváltásának egyik feltételezett megoldása a vizuális irányítás.
Kutatásom célja, hogy a da Vinci sebészrobotra Robotic Operating System (ROS) és Da Vinci
Research Kit (DVRK) segítségével vizuálisan irányított rendszert tervezzek. A fejlesztés
eredményeképpen a robot automatikusan képes arra, hogy a műtétet végző karok folyamatosan
a kamera képében legyenek, így könnyítve a sebész munkáját.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 59.
Rezgésérzékelésen keresztül történő érzék átadás vizsgálata kézprotézisek
irányítására
(Viability of using vibrotactile sensory substitution for closed-loop
prosthetic control)
Ráth Andre BSc
Konzulens: Bojtos Attila, tanársegéd, MOGI
A 21. század beköszöntésével a protézisek nagy léptékben fejlődtek. Az egyik legnagyobb
előrelépést a 3D nyomtatás technológiának a elterjedése okozta. Az így olcsón elkészíthető
megoldások nagyban növelték az elérhetőségét a mechanikai protéziseknek a társadalom összes
rétegében. Továbbá, az elektronika fejlődése miatt megjelentek az "okos" protézisek, amelyek
képesek tovább könnyíteni a felhasználók életét. Ennek ellenére a protézisek irányítása még
mindig komoly gondot tud okozni, mivel a legtöbb piacon kapható termék érzékelése csak
közvetetten más érzékeken keresztül folyik (vizuálisan vagy a csonkra átadott nyomással).
Egy költséghatékony és egyszerű megoldást szolgálhat a rezgésérzékelésen keresztül
közvetített jelátadás - a protézis érzékelői által mért adatok feldolgozása és közvetítése egy
haptikus visszajelzést adó szerkezetre, ami valahol a felhasználó testén elhelyezve képes
rezgésérzékeléssel továbbítani ezeket az adatokat a felhasználónak. Ez a TDK célja ennek a
megközelítésnek a megvalósíthatóságának és lehetséges hasznának a vizsgálata.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
60. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Ín szakadásának végeselemes szimulációja
(Finite element simulation of the rupture of the tendon)
Takács Dániel MSc
Konzulens: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár, MOGI
Faragó Dénes, doktorandusz, MOGI
A mozgás az emberi életforma szerves része, amihez elengedhetetlen a mozgásszervrendszer
megfelelő, egészséges működése. Károsodás esetén az eredeti állapot visszaállításához azonban
szükséges a rendszer viselkedésének beható ismerete, amelyhez hozzátartozik a különböző
biológiai szerkezeti elemek mechanikai viselkedésének ismerete is.
A dolgozat célkitűzése az ín szakítóvizsgálat mérését modellező szimulációs módszer
kidolgozása, továbbá a mérés eredményeinek, és a szálas anyagra vonatkozó elméleti
eredmények validálása, különös tekintettel a tönkremeneteli szakaszra. Az inat alkotó egyes
szálak mechanikai tulajdonságai jelentős mértékben eltérnek, ezért statikus szakítás esetén az
anyag nem hirtelen megy tönkre, hanem több lépcsőben, ahogy az egyes szálcsoportok
elpattannak. A dolgozat fő célja ennek a viselkedésnek a modellezése, majd a korábbi
eredményekkel történő összevetése.
A modellalkotáshoz in-vitro mérések eredményeit és az összetett szálas anyagok viselkedését
leíró szálköteg modelleket veszem alapul. Ezt követően végeselemes szimuláció segítségével,
különböző módszerekkel közelítem a valóságos szakadási folyamatot. A szálak
anyagparaméterei egy eloszlásfüggvény segítségével adhatók meg, így közelítve a valóságot.
A megoldáshoz használt módszer lényege, hogy a szálak szakítószilárdságát tapadási
súrlódáshoz hasonló kontaktszilárdsággal közelítem, praktikusan két külön testként vizsgálom
a szálköteget. A szálas szerkezet miatt sztochasztikusnak tekinthető viselkedés megfelelő
modellezésével lehetséges a korábbi in-vitro eredmények validálása. A sok hasonlóságot
mutató ízületi szalagok vagy a műszaki gyakorlatban egyre inkább elterjedő szálerősített
kompozitok vizsgálata során is alkalmazható lehet ez a módszer.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 61.
Lumbális gerinc végeselem modell létrehozása és validálása
(Development and validation of a lumbar spine finite element model)
Turbucz Máté MSc
Konzulens: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár, MOGI
Dr. Éltes Péter, gerincsebész, Országos Gerincgyógyászati Központ
A gerinccel kapcsolatos megbetegedések az egész társadalmat érintő problémát jelentenek. Az
utóbbi évtizedekben megnőtt a gerinc panaszok gyakorisága, amelyben mind az üléssel töltött
idő, mind átlagéletkor növekedése szerepet játszik. A végeselem analízisre épülő szimulációs
megoldások, valamint a modern mérnöki digitális tervezés a medicinára egyre nagyobb hatást
gyakorol. A módszer biomechanikai alkalmazásának kezdete 1972-re nyúlik vissza. Az utóbbi
évtizedekben a gerinccel kapcsolatban számos olyan kutatás, tanulmány született, ahol a
vizsgálat alapját a végeselem analizísre épülő szimulációs eredmények adták. A klinikusok,
kutatók, mérnökök számára kiemelt jelentőséggel bír az egyes szervek, szervrendszerek, így a
gerincnek megfelelő komplex végeselem modellek által szolgáltatott eredmények. Kiemelten
fontos, hogy ezen szakemberek ismerjék a módszer limitációit, valamint átlássák a klinikai
kontextust melynek tükrében a modell eredményei értelmezhetőek.
Munkánk során célul tűztük ki egy munkafolyamat kidolgozását menynek segítségével egyéni
geometriának megfelelő lumbális gerinc végeselem modellt hozunk létre a klinikai
képfeldolgozástól a szimulációs eredmények posztprocesszálásáig.
A vizsgálatban használt modell geometriája egy 24 éves egészséges férfi komputertomográfiás
(CT) képanyagának feldolgozásán alapul. A CT felvételekből szegmentálással előállított
modellen elkülönítettük a különböző anyagi jellemzővel rendelkező egységeket. A csigolyát
felosztottuk a hátsó posterior elemekre, valamint az anterior csigolyatestre, amelyen belül a
corticalis, illetve a trabecularis csontállományt megkülönböztettük. A csigolyák véglemezeinél
külön csontos, illetve porcos véglemez került kialakításra. A kisízületek felszínét egy 0,25 mm-
es porcfelszín borítja, amelyek között egy minimum fél milliméteres rést alakítottunk ki. A
porckorong két alegységből állt, a nucleus pulposus-ból és az annulus fibrosus-ból. A modell
tartalmazta a szalagrendszert és az ízületi tokokat. Az anyagi jellemzők hozzárendelése
irodalmi adatok alapján történt. Irodalmi adatoknak megfelelő premfeltételek mellett a modellt
terhelésnek vetettük alá.
A szimulációk eredményeket a teljes modell (L1-L5) valamint az L4-L5 mozgászegmentumra
vonatkoztatva értékeltük, és összehasonlítottuk az irodalomban található hasonló modellek
eredményeivel. Az elfordulás-nyomaték görbe előállítása és elemzése azt mutattaa, hogy a
vizsgálat eredménye mind nagyságban, mind jellegében megegyezik a korábbi
tanulmányokban szereplő, hasonló görbékkel (Rohlmann, Spine, 2001; Dreischaft, JoB, 2014;
Finley, CMBBE, 2018)
A bemutatott végeselem modell validációját az eredmények egyezése szolgáltatja. A validált
végeselem modell felhasználható későbbi összehasonlító végeselem vizsgálatokhoz, valamint
a lumbális gerincet érintő műtétek tervezése során is. A létrehozott modell azonban kiemelet
jelentőséggel bírhat az oktatásban klinikusok és mérnökök számára egyaránt.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
62. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Daganatos csigolya eltávolítását követő műtéti rekonstrukciók végeselemes
vizsgálata
(Anterior column reconstruction techniques investigation after single level
en bloc spondylectomy using the finite element method)
Pokorni Ágoston MSc
Konzulens: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár, MOGI
Dr. Éltes Péter, gerincsebész, Országos Gerincgyógyászati Központ
A daganatos megbetegedések komplex egészségügyi, szociális és gazdasági problémát
jelentenek a társadalom számára, ezért a probléma hatásainak csökkentése össztársadalmi
érdek. A gerinc primer daganatos elváltozásainak gyakorisága alacsony, azonban a másodlagos
(áttétes) elváltozások esetén (pl. prosztata, petefészek rákos betegségei) a leggyakoribb
előfordulási helynek számít. A gerinc primer és másodlagos daganatos elváltatásainak kezelése
elsősorban onkológiai ellátást igényel, de a gerincsebészeti beavatkozás is része lehet a kezelési
stratégiának. A daganatos elváltozással rendelkező csigolyák sebészi kezelése történhet teljes
eltávolítás formájában, melynek célja, hogy daganatot és környezetét izoláljuk és eltávolítsuk
az egészséges gerincszakaszból. A csigolya eltávolítását követően rekonstruálni kell a
gerincoszlop stabilitását. Jelenleg több műtéti stratégia, megoldás áll rendelkezésre, azonban
minden rendszer más stratégia mentén lett kifejlesztve. A gerincsebész számára nincs
egyértelmű indikáció, hogy melyik rendszer biztosítja a legjobb primer stabilitást egy adott
életkornak megfelelő csontsűrűség esetén.
Kutatásunk célja egy olyan végeselem módszerre épülő vizsgálat létrehozása, amelynek az
eredményei alapján a különböző rekonstrukciós műtéti technikákat az életkornak megfelelő
csontsűrűség függvényében lehetne összehasonlítani.
A vizsgálatokhoz elsőként egy egészséges, fiatal férfiről készült kvantitatív
komputertomográfiás (QCT) felvételek alapján elkészítettük az L2-es és az L4-es csigolya
egyszerűsített, valamint az L3-as csigolya pótlására szolgáló távtartók 3D geometriáját. Ezt
követően a hátulsó stabilitást biztosító csavarok és rudak egyszerűsített CAD geometriáját
felhasználva virtuálisan létrehoztuk a műtéti összeállítást és az ennek megfelelő végeselem
modellt. A vizsgálatok során a különböző távtartók esetén az életkor előrehaladtával
megfigyelhető anyagminőségi változások alapján a csigolyák anyagi tulajdonságait több
lépésben változtattuk. Mivel a vizsgált biológiai anyagok anyagjellemzői valószínűségi
változók, ezért tanulmányunkban azokat az irodalomban megadott átlagokkal jellemeztük. Az
eredmények jobb összehasonlíthatósága érdekében a különböző rendszereknél csak az elülső
pótlásra szolgáló távtartó és a kapcsolódó felületek hálózása tér el, a modellek többi eleme
mindegyik esetben azonos volt.
Az eredmények alapján az egyes rekonstrukciós megoldások esetén a megtámasztás helyén
észlelt feszültségek közt szignifikánsak az eltérések, a változó csontminőség mellett is. Ezen
információk segítséget nyújthatnak a kezelést végző orvosnak a páciens kora alapján
feltételezhető csontminőség melletti legjobb pótlási megoldás kiválasztásában, aminek
eredménye a megfelelő terhelések következtében a jobb csontosodás, a szomszédos csigolyák
beroppanásának és az implantátumok lazulásának, törésének kisebb az esélye.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 63.
Additív gyártási eljárások összehasonlító elemzése a gyógyászati és a
biomechanikai felhasználások szemszögéből
(Comparative analysis of additive manufacturing processes from the
perspective of medical and biomechanical applications)
Csűry Mátyás Keresztély BSc
Konzulens: Dr. Kiss Rita, egyetemi tanár, MOGI
A szakmai gyakorlatom során volt alkalmam betekintést nyerni a Debreceni Egyetem ÁOK
Ortopédiai Tanszék Biomechanikai Laboratóriumának tevékenységébe. Dolgozatomat az ezen
gyakorlat során az additív gyártási folyamatokban, illetve az ezekhez kapcsolódó
tevékenységekben szerzett tapasztalataimra, tudásomra alapozom, melyet összevetek a
napjainkban a témához tartozó területeken zajló fejlesztésekkel.
Dolgozatomban először is szeretném bemutatni az additív gyártási eljárásokat – hétköznapi
kifejezéssel a 3D nyomtatást – támogató segédtevékenységeket. Ilyenek egyfelől a különböző
háromdimenziós szkennelési eljárások, melyek segítségével létrehozhatók analitikusan nem,
vagy csak nehezen leírható tárgyak számítógépes, 3D modelljei, melyek aztán számos további
művelet alapját képezik. Dolgozatomban ismertetem az általam e célra használt eszközöket,
azok pontossági és felhasználási korlátait, illetve a szkennelés utófeldolgozási folyamatait, ezek
hatékonyságát, nehézségeit. Emellett dolgozatomban helyet kap az orvosi, nagy felbontású
komputertomográffal (CT) készült felvételek feldolgozása, az ezekből történő háromdimenziós
számítógépes modellek készítése és a technológia képalkotási és hardware-es korlátai, saját
példán keresztül illusztrálva. A segédtevékenységeken belül végül pedig szó lesz a nyomtatási
folyamatokat megelőző szimulációs eljárásokról, így például arról, hogy miért szükséges a
titánporból történő nyomtatás előtti additív szimuláció, vagy, hogy hogyan lehet egy érhálózatot
modellező csőrendszer áramlását optimalizálni.
Az általam a gyakorlat során megismert additív gyártási eljárásokat három fő szempont szerint
rendezve hasonlítom össze: az orvosi modellezési felhasználások-, a különböző orvosi
eszközök gyártása és kiegészítése-, illetve az implantátumkészítés szempontjából. Bemutatom,
hogy a polimer- és a gipszalapú eljárások milyen modellezési feladatokra alkalmasak, illetve
egy saját feldolgozású példán keresztül azt is, hogy milyen munkafolyamatokon keresztül
juthatunk el egy műtét valós, térbeli szimulációjához szükséges tárgyak elkészítéséhez. Az
orvosi eszközök gyártására és kiegészítésére alkalmas polimer-, illetve titánporalapú
eljárásokat a szakmai irodalomból vett példákon keresztül hasonlítom össze főképp időigény,
költséghatékonyság és pontosság szempontjából, majd egy újabb, általam a gyakorlat során
megoldott feladaton keresztül szemléltetem az ilyen feladatokhoz tartozó tervezési, gyártási és
tesztelési folyamatokat. Végül, de nem utolsó sorban a különböző orvosi implantátumok
gyártására való alkalmasság felől megközelítve vetem össze a polimer-, a gipsz- és a
titánporalapú additív gyártási eljárásokat, figyelembe véve a különböző eljárások pontosságát,
gyorsaságát, költségeit és hibalehetőségeit.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
64. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ENERGETIKA
Helyszín: D épület 218.
Időpont: 2019. november 12. 09:00
Elnök: Dr. Imre Attila, egyetemi tanár
Titkár: Dr. Kovács Viktória, adjunktus
Tag: Dr. Szentannai Pál, egyetemi docens
Dr. Groniewsky Axel, egyetemi docens
9:00 Füzesi Dániel
Perdítőelemek égésre gyakorolt hatásának modellezése egy szegény
keverékkel üzemelő perdületes égő esetén
Konzulensek: Dr. Józsa Viktor, adjunktus
9:20 Varga Nóra
Napelemparkok árnyékolási veszteségeinek modell alapú elemzése
Konzulensek: Mayer Martin János, doktorandusz
9:40 Fehér Anna
Heterogén anyagok hővezetési tulajdonságainak kísérleti vizsgálata
Konzulensek: Dr. Kovács Róbert, adjunktus
10:00 Sudár Ákos
Hőmérséklet-eloszlás vizsgálata egy hadron nyomkövető kaloriméterben
Konzulensek: Dr. Kovács Róbert, adjunktus
Varga-Kőfaragó Mónika, fiatal kutató, MTA Wigner FK
10:20 Szünet
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 65.
10:40 Takács Péter
Háztartási hulladék termikus hasznosítása fluidizációs technológiával
Konzulensek: Szűcs Botond, doktorandusz
11:00 Rácz Erika
Szilárd tüzelőanyagok eloszlásának vizsgálata pszeudo 2D-s fluidágyban
Konzulensek: Szűcs Botond, doktorandusz
11:20 Toldi Ákos
Termodinamikailag konzisztens szimplektikus numerikus módszerek
fejlesztése közönséges differenciál-egyenletekkel leírható rendszerekre
Konzulensek: Szűcs Mátyás, doktorandusz
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
66. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Perdítőelemek égésre gyakorolt hatásának modellezése egy szegény
keverékkel üzemelő perdületes égő esetén
(Modeling of the effect of swirl vanes on the combustion characteristics of a
lean premixed burner)
Füzesi Dániel, Msc
Konzulens: Dr. Józsa Viktor, adjunktus, EGR
A fosszilis tüzelőanyagok hasznosítása több évezredes múlttal rendelkezik. A széleskörű ipari
alkalmazás 20. században jelentkezett az autók sorozatgyártásával, az elektromos hálózat
bővülésével, az interkontinentális vízi kereskedelem fokozódásával, valamint a légiközlekedés
megjelenésével. Az említett alkalmazások közül számosnak erőforrása a gázturbina, melyek
modern változatai szegény, előkevert tüzelést valósítanak meg. A alkalmazott égők
konstrukciós kialakításánal egyik lényegi eleme a perdítőelem, mely alacsony károsanyag
kibocsátást és széles üzemi tartományt kínál. Maga az égés numerikus modellezése a
termodinamika, áramlástan és reakciómechanizmusok együttes hatása miatt összetett probléma.
Mindemellett a jelenség a legkedvezőbb üzemállapotban kvázistacionárius, tehát tranziens
megközelítést igényel. A perdületes égés áramlási struktúrája egy belső és egy külső
recirkulációs zónából áll, ahol elsősorban a beslő recirkulációs zóna biztosítja a szabad gyök-
és hőtranszportot az elégetlen keverék felé.
A perdítőelem hatását a modellezési komplexitás miatt általában elhanyagolják a
szakirodalomban különböző analitikus, közelítő összefüggéseket alkalmazva. A jelenlegi
vizsgálat célja a valós geometria égésre gyakorolt hatásának értékelése, kifejezetten vizsgálva
a tanszéki OTKA-FK 124704 kódszámú pályázatban fejlesztett égőkonstrukciót és annak
perdítőelemét. Mivel a berendezés üzemképes, így az eredmények ellenőrzésére van validációs
lehetőség.
Dolgozatomban valós, axiális elrendezésű perdítőelemek lapátszögállásának áramlásra, és így
a kialakult lángképre gyakorolt hatását vizsgálom földgáz tüzelés esetén numerikus áramlástani
modellezés segítségével Ansys Fluent szoftverkörnyezetben. Középpontba az előzetes
számítások és tapasztalat alapján az erősen perdületes égés került, ugyanis így könnyen
biztosítható a tüzelés szempontjából kívánatos V alakú láng.
A perdítőelem bonyolultabb kialakítása miatt a geometriát strukturálatlan tetrahálóval
bontottam fel. Az égés és a perdületes áramlás tranziens jellege, valamint a kialakuló nyírás
hatása miatt a k-ω SST turbunecia modellt alkalmaztam. Tranziens számítás esetén az ún. Scale
Adaptive Simulation modellt használtam. Elsődlegesen égés nélkül vizsgáltam a keverőcsőben
kialakult viszonyokat, majd a megfelelő struktúrák lángképre gyakorolt hatását elemeztem. A
tüzelőanyag égés során végzett reakcióit egy termokémiai valószínűségi sűrűségfüggvénnyel
vettem figyelembe. A kapott eredményeimet 0D-s tüzeléstechnikai számítással és mérésekkel
ellenőriztem.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 67.
Napelemparkok árnyékolási veszteségeinek modell alapú elemzése
(Napelemparkok árnyékolási veszteségeinek modell alapú elemzése)
Varga Nóra, MSc
Konzulens: Mayer Martin János, doktorandusz, EGR
A megújuló energiaforrások az energiatermelésben és hétköznapi életünkben elfogadottak és
nagyfokú támogatottságnak örvendnek. A legelterjedtebb megújuló alapú technológia a Nap
energiáját hasznosító fotovoltaikus napelem. Az egész világon a napelemes rendszerek
teljesítménye a harmincszorosára növekedett az elmúlt 10 évben, mára meghaladja a félmillió
GW-ot. Jelentősen előtérbe kerülnek az intelligens hálózatok (smart grid) esetén, mint elosztott,
vagy decentralizált energiatermelő egységek. A fotovoltaikus napelemek technológiája fejlett,
ám a hatásfokuk viszonylag alacsony, a napsugárzás időjárásfüggő, volatilis tulajdonsága miatt
a termelés ingadazó. A napelem leadott teljesítményét befolyásolja a hőmérséklet, a tájolás, a
besugárzás mértéke, az árnyékolás és a napelemek kapcsolása. Ezen paraméterek többnyire jól
mérhetők.
Számos szakirodalom foglalkozott már a napelemek beárnyékolódásával, ám ezek leginkább a
felhőzet okozta árnyékhatás témakörére fókuszálnak. Jelentős árnyékolódás tapasztalható a
napelemparkok leggyakoribb elrendezése során, vagyis a napelemek egymással párhuzamos
sorokba történő elhelyezésével. Jelen dolgozat központi eleme az, hogy ezen sorok milyen
mértékben takarják ki egymást, és ezzel milyen hatást gyakorolnak a termelésre.
A számítási módok, modellezések egy napelemsor termelési hatékonyságára világítanak rá.
MATLAB környezetben készült el a nappálya, a sugárzási- és árnyékolódási-, továbbá a
cellahőmérséklet, a napelem és az inverter modell. A modell mért meteorológiai adatokat
használ. Pontosan kiszámításra kerül az árnyékolás hatása a napelemek többsoros elrendezése
esetén. A modell egy év bármely napjának, bármely időszakára számítja a napelemre eső
globálsugárzás, továbbá a villamosenergia-termelés nagyságát.
Növekvő besugárzás hatására a sztringben folyó áram is növekszik. Az árnyékolásra a
napelemcellák gyors teljesítményeséssel reagálnak, amely csökkenthető a sztringek megfelelő
fizikai elrendezésével. A kábelezés költségeit is figyelembe véve megtalálható a legkedvezőbb
elrendezés. A modellel számolt részletes eredmények alapján pontosabban meghatározható a
napelemek optimális dőlésszöge és sortávolsága is.
Az eredmények hozzájárulnak a napelemparkok gazdaságosságának javításához. Optimálisan
meghatározhatók a paraméterek (dőlésszög, tájolás, sortávolság), melyekkel kedvezőbb
termelési adatok érhetők el, a profit emelkedhet, a technológia pedig még széleskörűbben
elterjedhet.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
68. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Heterogén anyagok hővezetési tulajdonságainak kísérleti vizsgálata
(Experimental investigation of thermal conductivity properties of
heterogeneous materials)
Fehér Anna, MSc
Konzulens: Dr. Kovács Róbert, adjunktus, (EGR
A környezetünkben fellelhető anyagok bizonyos értelemben heterogén anyagok. A mérnöki
gyakorlatban azonban sokszor közelítjük őket homogén szerkezetként, ami például a tömör
fémek esetén jó modellnek tekinthető. A korszerű anyagok, mint például a kompozitok, vagy a
fémhabok már egy technológiailag erősen kontrollált anyagszerkezettel rendelkeznek, így
azokra már nem alkalmazható a homogén szerkezeti megközelítés. A technológiai kontroll által
az anyag mechanikai struktúrája és ennek jellemzői, azon felül a hőtani, hővezetési
tulajdonságait is képesek megváltoztatni, az előírt irányba módosíthatók.
Heterogén anyag azonban nem csak mesterségesen állítható elő, hanem a természetben
megtalálható, a környezeti hatások által létrejött kőzetek is ebbe a csoportba tartoznak. A
kőzetekben nem csupán az anyagösszetétel változatos, hanem az abban megtalálható
anyaghibák eloszlása is, melyek módja és mennyisége is változó, vagyis nem homogén. A
heterogén anyagok modellezése nagy kihívás mind mechanikai, mind hőtani szempontból. A
Fourier-féle hővezetési egyenlet kiváló példája az olyan elméleteknek, melyeket a mérnöki
gyakorlatban alkalmazunk, azonban a fizikai jelenségek szempontjából igen korlátozott
érvényességi körrel bír, ilyen a heterogenitás kérdése is. A mérnöki technológia fejlődésével
egyre több olyan anyag áll rendelkezésre, mely az adott alkalmazás szempontjából a
felhasználásban jelentkező folyamatok időskálájával megegyező karakterisztikus idővel
rendelkezik. Az eddigi kísérleti eredmények alapján ismert [1, 2], hogy ekkor a Fourier-törvény
modellezési képessége nem feltétlenül elegendő, azaz egy adott időtartományon helytelen
eredményt szolgáltathat. A téma fontosságát és aktualitását az is mutatja, hogy ilyen
alkalmazásokra példa a tranziens üzemű mikroelektronikai eszközök, vékonyréteg
technológiával készült bevonatok, kompozit szerkezetek, porkohászati termékek
megmunkálása, valamint a kőzetekben való hőterjedés, mely geotermikus kutak és alagutak
létesítésekor, földalatti létesítmények hosszú távú szilárdsági tulajdonságainak elemzésekor
kritikus fontosságú.
A dolgozatomban a különböző kőzetminták esetén fogom a tranziens hővezetési
tulajdonságokat megvizsgálni. A kísérleti vizsgálatok során a „flash” hőimpulzus
mérőberendezést használom fel. A kőzetminták, melyeket vizsgálni fogok, nem csak fellelési
helyükben, anyagösszetételükben, hanem vastagságukban is különböznek. A korábbi
tapasztalatok azt mutatják, hogy a vastagság változásával a hőfokvezetési tényező is változik
[3]. A dolgozat tudományos érdekeltsége a kőzetek termikus modellezése, a Fourier-törvénytől
eltérő jelenségek megtalálása és az anyagjellemzők méretfüggésének vizsgálata.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 69.
Hőmérséklet-eloszlás vizsgálata egy hadron nyomkövető kaloriméterben
(Investigating the temperature distribution of a hadron-tracking
calorimeter)
Sudár Ákos, BSc
Konzulensek: Dr. Kovács Róbert, adjunktus EGR, Varga-Kőfaragó Mónika,
fiatal kutató, (MTA Wigner F)
A hadron terápia egy újszerű kezelés a rák ellen. A legnagyobb előnye, hogy kevesebb
mellékhatással jár, mint a röntgen besugárzásos kezelések. A hadron terápia nagy áttörés előtt
áll, mivel proton komputertomográf (pCT) alkalmazásával a szövetek ionelnyelő képességének
még pontosabban meghatározható.
A pCT kifejlesztése egy gyors detektort igényel a páciens mögött a hadronok energiájának a
mérésére. Erre a célra legjobb egy hadron nyomkövető detektor, ami szendvicsszerűen épül fel
szilícium nyomkövető detektorokból és abszorber rétegekből. A relativisztikus részecske
pályájának és energiájának egyszerre történő mérése nagy felbontású hadron képalkotást tesz
lehetővé. Ez a félvezető detektorokon alapuló technológia stabil hőmérséklet-eloszlást és
egyenletes hűtést igényel.
Az én munkám a kaloriméteren belüli hőmérséklet-eloszlás meghatározása és a két
hűtésrendszer koncepciójának összehasonlítása volt. Munkám során mind analitikus, mind
numerikus számításokat végeztem a kaloriméter hőmérséklet-eloszlásának meghatározására. A
végső döntésben sok mérnöki szempontot is figyelembe vettem, mint például megbízhatóság,
flexibilitás és a hűtés hatékonysága.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
70. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Háztartási hulladék termikus hasznosítása fluidizációs technológiával
(Municipal waste combustion with fluidized bed technology)
Takács Péter, BSc
Konzulens: Szücs Botond, doktorandusz, EGR
Az emberiség folyton gyorsuló fejlődésével és gyarapodásával együtt az általunk termelt
hulladék mennyisége is folyamatosan növekszik. A kezeletlenül lerakott hulladék nem csak
hogy káros hatással lehet a környezetünkre, de értékes területeket foglal el a mezőgazdaságtól
és a természettől, továbbá a lerakott hulladék magában is elvesztett értéket képvisel. Emiatt
egyre fontosabb, hogy az általunk termelt, számunkra értéktelen hulladékot megfelelően
kezeljük, és egy olyan hulladékgazdálkodást valósítsunk meg, mellyel a környezeti hatásokat
minimalizálni tudjuk.
Az egyértelmű, hogy a lerakott hulladék mennyiségét csökkentenünk kell. Az Európai
Parlament és Tanács által megalkotott hulladékpiramis egy hierarchia rendszert állít fel az egyes
hulladék kezelési eljárások között. Ez alapján a hulladék keletkezésének a megelőzése az első
számú prioritás. Az újra használat és az újrafeldolgozás után maradt hulladék részeket egyéb
módokon, például energetikailag hasznosíthatjuk. Ez gyakorlatilag a hulladék elégetésével,
termikus úton kinyerhető energia hasznosítását jelenti. A módszer előnye, hogy jelentős
mértékben csökkenti a hulladék térfogatát, és megfelelő körülmények között kevés
kibocsátással, biztonságosan alkalmazható.
Ezen dolgozatban a hulladékgazdálkodás alapvető fogalmait, uniós irányelveit és
magyarországi helyzetét ismertetem. A hulladék kezelés lehetséges megoldásai közül az
energetikai hasznosításra helyezem a hangsúlyt. A hagyományos rostély tüzelés mellett a
relatív újnak és költségesnek számító fluidágyas technológia megvalósítási lehetőségeit
vizsgálom.
Önálló labor mérések során SRF (Solid Recoverd Fuel), hulladékból előállított, szabvány
(MSZ/EN 15359:2012) által meghatározott másodlagos tüzelőanyag fluidizációs tulajdonságait
vizsgáltam hideg fluidágyas berendezésen. Különböző ágyanyag- tüzelőanyag arányok mellett
elvégzet mérések segítségével meghatároztam a keverék fluidizációs állapotba kerüléséhez
szükséges minimális fluidizációs gázsebességet. Mindezt azért végeztük el, hogy az
eredmények alapján meghatározhassuk azokat az üzemi tartományokat, ahol a buborékos
fluidizáció esetén az ágy és a tüzelőanyag teljes fluidizáltsága biztosított. Ahogy az
meréseinkből is kiderült a fluidágy viselkedését nagyban befolyásolja az ágy SRF tüzelőanyag
terhelése. Ennek a függésnek a pontos ismerete jelentős lehet gyakorlati és üzemviteli
szempontból. Ugyanitt megemlíteném, hogy az SRF tüzelőanyag minimális fluidizációs
sebeségre való hatásáról eddig még nem született tudományos publikáció.
Végül elvégeztem egy gazdasági elemzést, annuitásos számítási módszerrel egy tisztán
hulladék tüzelésű fluidágyas egység gazdasági élettartamára. Az így kapott fajlagos költségek
összehasonlíthatók más, létező erőművek költségeivel, ezáltal jobb rálátást nyerhetünk egy
ilyen erőmű megvalósítási lehetőségeire, esetleges támogatás mértékére, mellyel egy ilyen
erőmű létesítéséhez szükséges tőkét szerezhetünk.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 71.
Szilárd tüzelőanyagok eloszlásának vizsgálata pszeudo 2D-s fluidágyban
(Experimental investigation of solid fuel's dispersion in pseudo 2D fluidized
bed)
Rácz Erika, BSc
Konzulens: Szücs Botond, doktorandusz, EGR
Napjainkban egyre nagyobb az igény az energetikai szektor megújítására mind gazdasági,
fenntarthatósági és környezetvédelmi szempontokból is, új technológiák fejlesztésére van
szükség, amelyek megfelelnek az elvárásoknak. Még az új megújuló technológiák elterjedése
sem tudja megszüntetni az igényt az új tüzelési technológiák fejlesztése felé. A XX. század
második felében megjelenő fluidizációs berendezések használata is terjed, ez viszont újabb
kérdéseket vet fel a technológia fejlesztésével kapcsolatban. A fluidizációs kazánok arra lettek
kifejlesztve, hogy különböző méretű, alakú és összetételű tüzelőanyagok is hasznosíthatóak
legyenek egy berendezésben, az egyenletesebb égés biztosításával pedig kevesebb
szennyezőanyag távozzon a rendszerből a környezetbe miközben nagy teljesítmény nyerhető ki
magas hatékonysággal. A fluidizáció során az ágyanyagba juttatott tüzelőanyagot alulról
gázárammal fújják meg, ekkor a keverék folyadékszerű állapotba kerül. Ennek megfelelő
elégetéséhez viszont közel tökéletes keveredésre van szükség, ami különböző tüzelőanyagok
esetén másként alakul ki. A fluidizációs kazánok gömb geometriájú tüzelőanyagok használatára
lettek főként tervezve. A gyakorlatban, pl. az erőművekben hasznosított tüzelőanyagok alakja
ettől eltérő, jellemző a szálas anyag, apríték vagy kisméretű és tömegű darabos formájú
tüzelőanyagok tüzelése. A jelenleg használatban lévő kazánokon tapasztalható, hogy ezekre az
eltérésekre rosszul reagálnak, szükség van a lezajló folyamatok feltérképezésére és a
konstrukciók javítására. A kazánokban általánosan törekednek ugyanazon összetételű anyag
elégetésére, de ez egy adott anyag kiválasztása mellett is változó minőségeket jelenthet. A
berendezések felépítésének változtatása vagy cseréje nagy költségekkel járhat, emiatt más
megoldást kell találnunk. Célunk olyan üzemi tartományok behatárolása, ahol megfelelő a
fluidágyban történő tüzelőanyag elkeveredés és ezzel párhuzamosan a technológia kedvező
tüzeléstechnikai és emissziós tulajdonságai érvényesülnek. A megfelelő keveredés miatt megnő
a tüzelőanyag tartózkodási ideje az fluidágyban, az égési folyamat stabilabb, a károsanyag
kibocsátás jelentősen csökken. Erre a problémára fókuszálva végeztünk vizsgálatokat,
amelyeket egy pszeudo 2D-s berendezésen végeztük el. A fluidizációs kazánokban jellemző a
biomassza tüzelőanyagok hasznosítása is, ezek tulajdonságai nagyban eltérnek egymástól, ezért
a vizsgálandó anyagok kiválasztása során mezőgazdasági hulladékokra esett a választás.
Különböző méretű és összetételű tüzelőanyagokat több arányban kevertük az ágyanyaghoz, ami
jellemzően kvarchomok. A keveréket alulról levegőárammal lebegtetjük, a gázsebességek
növelésével állítottunk be megfigyelési pontokat. Eközben nem csak az eloszlás
rendellenességeit figyelhettük meg, hanem az anyagok fluidizációs karakterisztikájáról is
információt kaphattunk számítások segítségével. Ezekben a pontokban fényképes
dokumentációt készítettünk, amelyet később kiértékeltünk és következtetéseket vontunk le az
eredményekből. A vizsgált minta esetünkben egy bizonyos gázsebesség tartományon az ágy
felső részében koncentrálódott, ez súlyos berendezési meghibásodásokhoz vezetne egy
fluidizációs kazán esetén. A kísérletek kiértékelése során sikerült leszűkíteni egy gázsebesség
tartományt, ahol a tüzelőanyag a keveredés során nagy százalékban az ágyon belül található. A
vizsgálat mellett gazdasági számítást végeztem a biomassza hasznosítás ilyen formában történő
létjogosultságáról más technológiákkal összehasonlítva.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
72. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Termodinamikailag konzisztens szimplektikus numerikus módszerek
fejlesztése közönséges differenciál-egyenletekkel leírható rendszerekre
(Developing thermodynamically consistent symplectic numerical methods
for systems described by ordinary differential equations)
Toldi Ákos, BSc
Konzulensek: Szücs Mátyás, doktorandusz, EGR
Mérnöki problémák során gyakran előfordul, hogy a lejátszódó folyamat során egyes fizikai
tulajdonságok nehezen, vagy egyáltalán nem mérhetők. Ilyenkor numerikus szimulációk
segítségével adhatunk jóslatot a keresett mennyiség(ek)re. Ezen TDK dolgozat megszületését
is egy ilyen probléma motiválta: hogyan tudnánk mérni egy Pneumobil (sűrített levegő hajtotta
versenyjármű) munkahengerében lezajló folyamatok során a hőmérsékletet.
A feladat megoldásához először felállítottam a munkahenger leegyszerűsített matematikai
modelljét, melyet egy két kamrából és az őket elválasztó dugattyúból álló termodinamikai
rendszernek tekintettem. A megoldandó egyenleteket a nemegyensúlyi termodinamika
homogén megfogalmazásával írtam fel, azaz a mennyiségek időfüggését figyelembe vesszük,
azonban a térfüggésüktől eltekintünk. Az így felállított egyenletrendszerben a termikus és
mechanikai folyamatok mint időfüggő dinamikai folyamatok vannak figyelembe véve.
Munkám során a MATLAB numerikus programkörnyezetet használtam. A felállított
egyenletrendszert először a szoftver beépített algoritmusaival oldottam meg. Arra a meglepő
eredményre jutottam, hogy ezek a megoldók a rendszer összenergiáját numerikusan csökkentik,
már a reverzibilis határesetben is (amikor a különböző disszipatív hatásokat elhanyagoljuk).
Így felvetődik a kérdés, hogyan is hihetnénk disszipatív rendszerek numerikus szimulációinak
az eredményében, hogyha már a reverzibilis rendszerek szimulációi is kérdéseket vetnek fel.
A szakirodalomban fellelhetők ún. szimplektikus numerikus módszerek, melyeket Hamilton-
féle mechanikai rendszerek numerikus megoldásához fejlesztették ki. Ezen módszerek közös
tulajdonsága, hogy egy diszkretizált összenergiát egzaktul megtartanak. Az előzőekben
ismertetett, disszipatív hatásoktól megfosztott termodinamikai rendszer szintén
megfogalmazható egy általánosított hamiltoni-rendszerként, melynek megoldását így már
szimplektikus módszerekkel is kereshetjük.
Dolgozatomban a felállított modell megoldásán keresztül összehasonlítom a MATLAB
beépített megoldóit és néhány klasszikus, de nem szimplektikus (Euler-, Crank–Nicolson-,
Runge–Kutta-módszerek) módszert szimplektikus numerikus módszerekkel (szimplektikus
Euler- és Störmer–Verlet-módszer). A dolgozat végén összegzem ezen megbízható numerikus
módszerek irreverzibilis általánosítás felé mutató utat.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 73.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ÉPÜLETGÉPÉSZET ÉS GÉPÉSZETI ELJÁRÁSTECHNIKA
Helyszín: D épület 126.
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Láng Péter egyetemi tanár
Titkár: Deme Bélafi Zsófia Dr.
Tag: Dr. Csoknyai Tamás egyetemi docens
Virág Zoltán ügyvezető (Duoplan Kft.)
9:00 Panyi Máté
Központi hővisszanyerős szellőztető rendszer energetikai vizsgálata
Konzulens: Dr. Kassai Miklós egyetemi docens
9:20 Juhász Tamás
Cserépkályhával és gázkonvektorral fűtött lakóház energetikai optimalizációja
Konzulens: Dr. Kassai Miklós egyetemi docens
9:40 Verdon Zita
Különböző félfolyamatos desztillációs módszerek vizsgálata
Konzulens: Dr.Láng Péter egyetemi tanár
10:00 Kamarás Kristóf Zoltán, Szeghy Boglárka
Folyamatos extraktív desztilláló rendszer optimalizálása
Konzulens: Dr. Hégely László egyetemi adjunktus
10:20 Laklia Bence
Referenciaépület fűtési energiafogyasztásának értékelése eltérő éghajlatú
helyszíneken
Konzulensek: Dr. Bokor Balázs egyetemi adjunktus,
Dr. Horváth Miklós egyetemi adjunktus
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
74. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
10:40 Szünet
11:00 Uzun Alper
Comparison of Heat Recovery Systems and Transpired Solar Collectors in Building
Ventilation (Hövisszanyerö berendezések és szolárfal rendszer összehasonlitása
epületek szellöztetésében)
Konzulens: Dr. Bokor Balázs egyetemi adjunktus
11:20 Kovács Helga
Bemenő paraméterek részletezettségének hatása az épületenergetikai szimulációk
eredményére
Konzulens: Dr. Horváth Miklós egyetemi adjunktus
11:40 Kornreich Karolina
Párologtató hűtőtorony vizsgálata
Konzulens: Dr. Örvös Mária címzetes egyetemi tanár
12:00 Weiner Zoltán Bendegúz
Üvegházas akvapónia rendszer energetikája
Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi docens
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 75.
Központi hővisszanyerős szellőztető rendszer energetikai vizsgálata
(Energetic investigation of heat recovery ventilation system)
Panyi Máté BSc
Konzulens: Dr. Kassai Miklós egyetemi docens, ÉpGET
Kutatómunkámban összehasonlító energetikai vizsgálatot végeztem a természetes és
mesterséges szellőztetés esetén, csak hőátvitelre (HRV), valamint hő- és nedvességátvitelre
(ERV) is alkalmas hővisszanyerős szellőztető rendszerek alkalmazásával fűtési időszakban. A
kutatómunka a Zehnder Magyarországi Képviseletének megbízásából készült. A
vizsgálataimhoz épületenergetikai dinamikus szimulációs modelleket fejlesztettem ki. Az
eredményeim megvalósításához a kutatómunka korábbi szakaszában Dr. Kassai Miklós
egyetemi docens és Laith Al-Hyari PhD hallgató kísérletei által eredményül kapott hatásfok
értékeket is felhasználtam.
A dolgozatban bemutatom a háromdimenziós épületmodell elkészítésére szolgáló SketchUp és
a szimulációt megvalósító TRANSYS programokat. A bemutatás célja a programok
használatának ismertetése és a reprodukálhatóság lehetővé tétele. A dolgozatban továbbá
kitérek a programokban tapasztalt nehézségekre és a szimuláció alternatív megvalósításának
módjára.
A szimuláció során 9 modellt készítettem, amely lehetővé tette a szellőztetési formák
különböző éghajlaton történő kiértékelését. Az egyes modellek eredményeit a TRNSYS
program segítségével grafikusan is ábrázoltam.
A szimulációból kinyert eredmények értékelését követően az ERV hővisszanyerős szellőztető
rendszer bizonyult a legkedvezőbbnek, míg a természetes szellőztetés járt a legnagyobb
veszteséggel.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
76. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Cserépkályhával és gázkonvektorral fűtött lakóház energetikai
optimalizációja
(Energy performance optimalization of tile stove and gas convector in
family house)
Juhász Tamás MSc
Konzulens: Dr. Kassai Miklós egyetemi docens, ÉpGET
A cserépkályha és a gázkonvektor, mint tüzelőberendezések energetikai hatékonyság
szempontjából messze állnak a mai modern fűtéstechnikai rendszerektől, de ha megfelelő
módon karbantartjuk őket, akkor teljesen jól használhatóak fűtési célokra. Működtetésük
költségesebb, mint egy mai modern hőszivattyús vagy kondenzációs kazános rendszernek, és
veszélyesebb is, elég csak a szén-monoxid kibocsátásra gondolni. Éppen ezért fontos időszakos
karbantartásuk, különösen a gázkonvektornak. A két fűtési rendszer emberi komfortérzetre
gyakorolt hatása a fűtött térben teljesen más. A gázkonvektor inkább konvektív hőleadó, ezért
nagyobb arányban melegíti a levegőt, mint a cserépkályha, amely inkább hősugárzással adja le
a hő nagy részét. Gázkonvektorral való fűtésre a belső hőmérséklet jóval gyorsabban reagál,
mint cserépkályhás fűtés esetén. Tehát ha a helyiségeket hosszabb ideig nem fűtjük téli
időszakban, például elutaznak a lakók napokra, akkor visszaérkezésük után a konvektort
célszerű használni, hogy gyorsabban felfűtésre kerüljön a helyiség. A cserépkályha ezzel
szemben sokkal tartósabban képes fenntartani a megfelelő belső hőmérsékletet, néha még túl is
lépve azt, a szabályozás nehézsége miatt. Ugyanakkor nagyon komfortos beülni a meleg kályha
mellé hideg téli estéken, hiszen ahogy a kutatómunkámban végzett mérések során kapott
eredményekből kiderült, óriási hőtároló tömeggel rendelkezik. A kiértékelt adatokból látszik,
hogy elég komoly veszteséget jelent, ha csak a gázkonvektort használjuk, mert a cserépkályha
a kéményen keresztül lehűl. A másik eset, hogy a cserépkályha használata esetén az égéshez
szükséges levegő felmelegítéséhez többlet teljesítmény szükséges. Mind a két problémára
megoldást lehet találni, ha modernizáljuk a berendezést. Beruházási szempontból egyik
berendezés sem olcsó. Újépítésű házba gázkonvektort beépíteni már nem is lehet, de ha cserére
kerül a sor, akkor két konvektor nagyjából olyan árban van, mint egy kondenzációs kazán. Bár
a cserépkályhával történő fatüzelés kedvezőbb gazdasági szempontból, a két rendszer optimális
együttes használata a költségvizsgálat szerint nem az egyoldalú fatüzelést jelenti, hanem
befűtésre kevésbé alkalmas időben a gázkonvektor fedezi a hőigényeket..
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 77.
Különböző félfolyamatos desztillációs módszerek vizsgálata
(Study of Different Semi-batch Distillation Policies)
Verdon Zita MSc
Konzulens: Dr. Láng Péter egyetemi tanár, ÉpGET
Munkám során a diklórmetán(1)-aceton(2) elegy elválasztását vizsgáltam különböző
desztillációs módszerekkel, adott tisztasági követelmények eléréséhez. Először a
szétválasztandó elegy gőz-folyadék egyensúlyi viszonyait vizsgáltam meg: tangens azeotrópot
képez nagy aceton tartalmaknál. Ezután a ChemCAD folyamatszimulátor segítségével
folyamatos (CD), szakaszos (BD), valamint háromféle félfolyamatos desztillálási eljárást
(SBD1, SBD2, SBD3) modelleztem. A félfolyamatos eljárás során az elegy egy részét nem az
üstbe töltjük, mint a szakaszos desztillációnál, hanem folyamatosan tápláljuk be. Így a
berendezés működtetése rugalmas marad, de a szétválasztás energiaigénye alacsonyabb lehet,
mint a szakaszos desztillációé.
A vizsgált félfolyamatos módszerek a következők voltak:
• SBD1: fix betáplálás a visszaforralóba
• SBD2: fix betáplálás a kolonna egy adott tányérjára
• SBD3: időben változó betáplálási hely
A legkönnyebben megvalósítható eljárás a betáplálás az üstbe (SBD1). Ebben az esetben a
rektifikáló oszlop nem tartalmaz alsó (sztrippelő) oszloprészt. Amennyiben a betáplálást az
oszlop valamely tányérjára vezetjük be (SBD2), akkor lehetőség van a betáplálási hely (a
rektifikáló és sztrippelő tányérok száma arányának) optimális megválasztására. A betáplálási
hely időbeni változtatása (fokozatos emelése) még rugalmasabb működtetést tesz lehetővé
(SBD3). Ugyanakkor ez a módszer a legbonyolultabb, mind a kialakítás (több betáplálási hely),
mind az üzemeltetés szempontjából.
A különböző desztillációs módszereket összehasonlítottam a fajlagos energiafogyasztást
figyelembe véve. A félfolyamatos módszereknél az üstfolyadék szintjét állandóan a maximális
értéken tartottam. Minden esetben a lehető legalacsonyabb refluxarány elérésére törekedtem.
Az SBD2 és SBD3 félfolyamatos módszerek energiaigénye a szakaszosénál lényegesen
alacsonyabbnak, de a folyamatosénál magasabbnak adódott. Az SBD3 és SBD2 közötti
különbség viszonylag csekély volt, az SBD3 javára. Az SBD1 módszer a szakaszosnál
kedvezőtlenebb eredményeket adott.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
78. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Folyamatos extraktív desztilláló rendszer optimalizálása
(Optimalization of a Continuous Extractive Distillation Process)
Kamarás Kristóf Zoltán MSc
Szeghy Boglárka MSc
Konzulens: Dr. Hégely László egyetemi adjunktus, ÉpGET
A vegyipar több ágazatánál (leggyakrabban a festék-, a nyomda és a gyógyszeriparnál)
megfigyelhető, hogy a gyártási technológia sok szerves oldószert igényel. A fokozott
oldószerhasználat következtében a gyártás melléktermékeként nagy mennyiségű technológiai
hulladékvíz és hulladékoldószer-elegy keletkezik, amely magas szerves anyag tartalma miatt
nem engedhető a csatornahálózatba, ennek kezeléséről gondoskodni kell.
Amennyiben ez az elegy hagyományos desztillációs eljárással egyáltalán nem választható szét,
vagy a szétválasztás gazdasági okokból nem megtérülő a kis relatív illékonyság miatt, extraktív
desztillációval érdemes próbálkozni. Két komponensű elegy szétválasztásához itt egy
kétkolonnás rendszerre lesz szükség. Az első (extraktív) kolonnába egy harmadik komponenst
(szolvenst) kell adagolni, mely újabb azeotropot nem képez.
Dolgozatunkban adott móláramú ekvimoláris aceton-metanol elegy szétválasztását vizsgáltuk.
A komponensek egymással minimális forráspontú azeotropot képeznek. A You és munkatársai
(2015) cikkében bemutatott rendszer költségigényét elemeztük és a lehetséges csökkentési
megoldásokat tanulmányoztuk ChemCAD professzionális folyamatszimulátor segítségével.
Munkánk során elsőként reprodukáltuk a You és társai által felállított modellt az általuk
alkalmazott tisztasági előírásokkal, termodinamikai és működési paraméterekkel, majd a
cikkben közölt értékeket összevetettük a mi szimulációnkkal. Ezt követően
érzékenységvizsgálatok és a ChemCAD beépített optimalizálási funkciója segítségével
megkerestük az optimális működtetés jellemzőit. Az optimalizálás célfüggvénye a fajlagos
üzemeltetési költség volt. A lehetséges megoldásokat az extraktív szakasz hatékonyságát leíró
dimenziótlan mérőszámokkal is összehasonlítottuk.
Mivel a költségminimum nem csak az üzemeltetéstől, hanem a beruházás során felmerülő
kiadásoktól is függ, ezért szükségessé vált a desztillációs rendszer teljes költséganalízise. Ez
alapján határoztuk meg a desztilláció teljes éves költségét. A ChemCAD és az Excel programok
összekapcsolásával lehetővé vált a probléma magasabb szintű elemzése, és elvégezhettük az
anyagi ráfordításokra történő minimalizálást is.
Munkánk végén javaslatot tettünk az extraktív desztillációs berendezés műszerezésére és
szabályzására is.
Irodalom:
Xinqiang You, Ivonne Rodriguez-Donis és Vincent Gerbeaud: Improved Design and Efficiency
of the Extractive Destillation Process for Acetone-Methanol with Water. Ind. Eng. Chem. Res.
2015, 54, 491-501. oldal.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 79.
Referenciaépület fűtési energiafogyasztásának értékelése eltérő éghajlatú
helyszíneken
(Energy Consumption Evaluation of a Reference Building Situated in
Various Climatic Zones)
Laklia Bence BSc
Konzulensek: Dr. Bokor Balázs egyetemi adjunktus, ÉpGET
Dr. Horváth Miklós egyetemi adjunktus, ÉpGET
Munkám során olyan európai minőségi követelményeket vizsgálok, melyek befolyásolják az
épületek energiafelhasználást. Mivel Európa egységesen törekszik a fenntarthatóság irányába
azáltal, hogy próbálja csökkenteni az elpazarolt energia mennyiségét, ezért fontos, hogy az
épületek energiafelhasználását is korlátozzuk. Köztudottan az épületek energiafelhasználása az
egyik legnagyobb részét teszi ki Európa összes energiafelhasználásból. Az épületek
energiafelhasználásának és evvel együtt tehát a fűtési energiafelhasználásnak a csökkentése
azért is kifejezetten fontos, mert az életünk legnagyobb részét épületekben töltjük, vagy otthon
vagy a munkahelyünkön, esetleg az iskolában. Ennek egyik leginkább kézenfekvő megoldása
lehet a háztartások energiahatékonnyá tétele, aminek első és talán legfontosabb lépése az, ha a
ház hőveszteségeit minimálisra csökkentjük. Ezt jó hőszigetelőképességű anyagok
felhasználásával érhetjük el, ezeknek az anyagoknak nagyon alacsony a hőátbocsátási
tényezőjük (U). Ha minél kisebb hőátbocsátási tényezőjű szerkezetek építését írjuk elő -
világszerte, vagy akár Európa szerte – akkor sikeresen tudnánk csökkenteni a háztartások
környezetre gyakorolt terhelését.
Jól megfigyelhető, hogy Európa északi részén elhelyezkedő országok esetében az előírt
hőátbocsátási tényező értéke kisebb, mint az Európa közepén vagy déli részén elhelyezkedő
országok esetében. Ennek a jelenségnek társadalmi okai is vannak, de nagy részben
magyarázható az országok közötti eltérő klímával. Európai társadalmakban a háztartások belső
hőmérsékletei között nem igen van eltérés, a hőveszteség pedig egyenesen arányos a külső
hőmérséklet - ami a kontinensen elég jelentősen változik - és a belső hőmérséklet
különbségével. Ezt a földrajzilag meghatározott különbséget a szerkezetek hőátbocsátási
tényezőjének a csökkentésével lehet kompenzálni. Ha minden országban ugyanazt az északi
országokban előírt hőátbocsátási tényező lenne előírás, akkor Európa energiafogyasztása ezen
a téren jelentősen csökkenne. Ezáltal természetesen egy olyan helyzet állna elő, ahol a délen
fekvő országokban sokkal szigorúbbak lennének a követelmények az elméletileg szükségesnél,
emiatt esetlegesen alig kellene – ha egyáltalán kellene - fűteni ezekben az országokban a téli
hónapokban.
Vizsgálatom célja, hogy megállapítsam egy referencia ház fűtési energiafelhasználását havi
bontásban, a lehető legtöbb európai országban és ebből levonjam a következtetést, miszerint az
alacsony vagy a magas fűtési energiafelhasználási értékeket milyen tényezők befolyásolják a
leginkább. Ezek a befolyásoló tényezők lehetnek a szigorú vagy enyhe előírások és az éghajlati
hatások is, mint például a fűtési hőfok-híd vagy az átlagos napsugárzás intenzitása.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
80. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Hövisszanyerö berendezések és szolárfal rendszer összehasonlitása epületek
szellöztetésében
(Comparison of Heat Recovery Systems and Transpired Solar Collectors in
Building Ventilation)
Uzun Alper MSc
Konzulens: Dr. Bokor Balázs egyetemi adjunktus, ÉpGET
The Transpired Solar Collector (TSC) has been used successfully worldwide over the past three
decades and has shown to achieve an economic payback of 2 to 10 years. Thıs ıs a result of a
combination of high thermal efficiency and the low cost of the solar collector. In order to meet
energy-saving trends, legislation for fresh air supply in buildings, heat recovery systems have
been used to transfer the heat of the exhaust air ınto the fresh airstream. In this research,
optimisatıon procedure is carried out for both the transıred solar collector and the heat recovery
unit, when a reference building with the same needs is situated in locations with different
climate (Hamburg, Budapest, Malaga, Helsinki, Bilbao, and Erzurum).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 81.
Bemenő paraméterek részletezettségének hatása az épületenergetikai
szimulációk eredményére
(The influence of the input parameters' accuracy on the results of building
energy simulationss)
Kovács Helga MSc
Konzulens: Dr. Horváth Miklós egyetemi adjunktus, ÉpGET
A klímaváltozás visszaszorítása, hatásainak enyhítése érdekében egyre nagyobb hangsúlyt
kapnak az energiahatékonysági törekvések. Tekintve, hogy az Európai Unió teljes
energiafogyasztásáért 40%-ban, a CO2 kibocsátásáért pedig 36%-ban az épületek a felelősek,
erre a területre érdemes kiemelkedő figyelmet fordítani az energiahatékonysági megfontolások
során. Az új épületek mellett a meglévők energetikai korszerűsítésével is fontos foglalkozni,
ugyanis a meglévő épületállomány jelentős része elavult.
Egy épület energiafogyasztását számos paraméter befolyásolja, így ahhoz, hogy konkrét
épülethez kiválasszuk a megfelelő energiahatékonysági stratégiát, mellyel csökkenthető az
energiafogyasztás, mélyreható vizsgálat, adatelemzés és szimuláció szükséges.
Dolgozatomban egy budapesti önkormányzati épület energiafogyasztását vizsgálom dinamikus
szimuláció (DesignBuilder) segítségével. Szimulációk során fontos, hogy a felépített modell
kellő mértékben közelítse a valóságot, azonban a lehető legkevésbé legyen elbonyolított, így a
vizsgálat során célom körüljárni, hogy a különböző részletességű bemenő paraméter
megadások milyen mértékben módosítják a szimuláció eredményét, illetve a futási időt.
Vizsgálom a geometria, épületgépészeti rendszer, felhasználói profil hatását, valamint a
szimulációs eredményeket összehasonlítom a rendelkezésre álló valós fogyasztási adatokkal.
Célkitűzésem, hogy megtaláljam az optimális adatmegadást DesignBuilder szimuláció esetén,
mely megfelelő mértékben közelíti a valós eredményeket, valamint a szimulációs és valós
eredmények közötti eltérések lehetséges okainak feltárása, melyek további épületekre
vonatkozó energiafogyasztási szimulációk esetén is segítséget nyújthatnak.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
82. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Párologtató hűtőtorony vizsgálata
(Examination of evaporative cooling towers)
Kornreich Karolina BSc
Konzulens: Dr. Örvös Mária címzetes egyetemi tanár, ÉpGET
A párologtató hűtőtorony a keverő hőcserélők csoportjába tartozó, nagyméretű hőtechnikai
berendezés, ami lehetővé teszi a víz és a levegő nagy felületen történő érintkezését, annak
érdekében, hogy nagy mennyiségű technológiai meleg vizet, felmelegedett hűtővizet vagy
kondenzvizet lehűtsön. Az érintkezés során a víz párolog, mely annak hőmérséklet csökkenését
eredményezi. Az ipar számos területén (energetika, feldolgozóipar, gyógyszeripar, olajipar)
alkalmazzák a párologtatáson alapuló hűtőtornyokat. A dolgozat első részében irodalmi
áttekintés alapján bemutatom a hűtőtornyok működését, szerkezeti felépítését, különböző
típusait és alkalmazási lehetőségeit.
Levegő-víz közvetlen érintkezése során egyidejű hő-és anyagátadás valósul meg.
Dolgozatomban ismertetem a hűtőtornyok hő- és anyagátadásának matematikai modelljét. E
modell alapján számítható a hűtőtoronyban a víz és a levegő hőmérsékletének, valamint a
levegő nedvességtartalmának alakulása. A modell alkalmazhatóságához szükségesek az
anyagátadási tényezők, melyeket irodalmi adatok alapján ismertetek. A dolgozatban kitérek a
tornyok egyszerűsített méretezési/ellenőrzési módszereire. Megvizsgálom a hűtőtorony
működési paramétereinek a hűtőtorony betételem magasságára valamint a technológiai
viszonyokra gyakorolt hatását.
A vizsgálatok alapján következtetéseket vonok le a működési paraméterekre vonatkozóan,
valamint javaslatot teszek egy általános hűtőtorony rendszer kedvezőbb üzemeltetésére.
Irodalom:
1. VDI Heat Atlas (second edition) Springer -Verlag Berlin Heidelberg 2010.
2. Development of Evaporative Cooling Packing; Published by the Comission of the
EuropeanCommunite Brussels · 1982
3. 2012 ASHRAE Handbook - HVAC Systems and Equipment
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 83.
Üvegházas akvapónia rendszer energetikája
(Energetics of greenhouse-aquaponics system)
Weiner Zoltán Bendegúz BSc
Konzulens: Dr. Szánthó Zoltán egyetemi dovens, ÉpGET
Az aquaponia egy víztakarékos ökoszisztéma halak tenyésztésére és növények termesztésére.
Az akvapónia rendszere a hidropóniás növénytermesztés módszereit és az akvakulturás
haltenyésztést ötvözi magában, ahol a halak ürüléke szolgál közvetetten – baktériumok által
nitritté majd nitráttá átalakítva – tápanyagként a növények számára. A keringetett víz a
körfolyamat során a halaktól felvett és már átalakított nitritekkel látja el a növényeket, ahol a
növények megtisztítják a vizet, majd visszatérve a halakhoz biztosítja azok számára a friss
vízcserét. Víz nem kerül a rendszerből elvezetésre, így a hagyományos öntözéses
növénytermesztésnél sokkal kevesebb víz is elegendő működéséhez, mivel csak a növények
által ténylegesen felvett, elpárolgott, vagy elcsöpögött vizet kell pótolni a rendszerben.
Az ökoszisztéma fenntartása érdekében fontos a megfelelő benapozás, a levegő oxigén- és
páratartalma, a levegő és a víz hőmérséklete, hogy mind a halak, mind a növények
fejlődhessenek. A kutatás célja tisztázni, hogyan lehet a hazai éghajlati viszonyok között a
passzív üvegházban egész év során biztosítani és fenntartani az optimális, de legalább a
szükséges energetikai jellemzőket.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
84. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
GÉPGYÁRTÁSTECHNOLÓGIA
Helyszín: 1111, Budapest, Egry József u. 1., T épület 47.
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Takács Márton, egyetemi docens
Titkár: Tóth András, tudományos munkatárs
Tag: Dr. Biró István, egyetemi adjunktus
9:00 Nagy Attila Tamás
Univerzális megfogó vizsgálata optikai elven működő erőmérő
használatával
Konzulens: Dr. Paniti Imre, tudományos munkatárs
9:20 Bálint Balázs András
Interaktív szerelés tervező rendszer fejlesztése robot cellákhoz
Konzulens: Dr. Erdős Ferenc Gábor, egyetemi docens
9:40 Szelezsán Bettina
Elektromos hajtású Formula Student versenyautó kábelkorbácsának
tervezése és gyártása
Konzulens: Dr. Szalay Tibor, egyetemi docens
10:00 Szigeti Tamás, Herke György
Felső végtag antropometriai paramétereinek meghatározása és
mozgatásának modellezése két robotkaros gyógytornáztatás esetében
Konzulens: Tóth András, tudományos munkatárs
10:20 Doros Marcell
Izometriás erőmérés és hőtérképezés, mint döntéstámogatási lehetőségek a
stroke utáni rehabilitáció során végzett robotos terápiában
Konzulens: Pilissy Tamás, tudományos segédmunkatárs
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 85.
Univerzális megfogó vizsgálata optikai elven működő erőmérő
használatával
(Examination of an universal gripper using an optical force sensor)
Nagy Attila Tamás BSc
Konzulens: Dr. Paniti Imre, tudományos munkatárs, Számítástechnikai és
Automatizálási Kutatóintézet
Különböző alakzatok felemelésére alkalmas mechanikus megfogó modellezése.
Optikai elven működő erőmérő cellák felhasználásával megfogási erő ellenőrzésére alkalmas
tesztelési környezet tervezése, létrehozása és kísérletek végrehajtása. Eredmények
összehasonlítása hagyományos kétujjas megfogók megfogási adataival.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
86. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Interaktív szerelés tervező rendszer fejlesztése robot cellákhoz
(Development of an interactive assembly planning system for robotic cells)
Bálint Balázs András MSc
Konzulens: Dr. Erdős Ferenc Gábor, egyetemi docens, Gyártástudomány és -technológia
Tanszék
Az iparban jelenleg elterjedt offline robotprogramozási és -szimulációs rendszerek a robot
tervezett pályája alapján hozzák létre a robotprogramot. Ezen rendszerek az ipari alkalmazást
szem előtt tartva kerültek megalkotásra, a robotprogram létrehozását teszik magas szintű
problémamegoldássá és igen felhasználóbaráttá.
A kutatás-fejlesztés területén való alkalmazásuk azonban több szempontból is akadályokba
ütközik általánosan. Bár a legtöbb, robotprogramozáskor felmerülő problémának a
megoldásához biztosítanak eszközöket, a felhasználó számára zárt rendszereket jelentenek és
drágák. A zártság problémája áthidalható például egy, a rendszer „fölé” helyezett, magasabb
szintű alkalmazással, melyen keresztül kezelve a funkciókat azok végül is bővíthetők – az ár
gyakran kényes pont, a kutatás-fejlesztés területén általában nincs is szükség a funkciók
többségére.
Ennek fényében merülhet fel egy minimális telepítést, beállítást igénylő, eszközök széles
palettájával elérhető, „könnyűsúlyú” rendszer létrehozása, mely az egyszerűbb szerelés vagy
válogatás jellegű feladatok magas szintű tervezését teszi lehetővé funkció alapon a pálya-alapon
történővel szemben – ezzel illeszkedve napjaink Ipar 4.0 trendjébe.
Jelen dolgozat keretein belül egy ilyen offline programozó és szimuláló rendszer alapjai
kerültek lefektetésre a megvalósítás lehetőségeinek vizsgálata mellett. A fejlesztett rendszer
web-alapú, működtetésére a felhasználó részéről mindössze egy hálózati kapcsolatra és egy
böngészőre van szükség. Emellett interaktív, grafikus definiálását teszi lehetővé a szerelési
tervnek minimális információbevitel mellett – ami a virtuális környezet alapján
meghatározható, azt a programgeneráláshoz nem szükséges megadni expliciten. A rendszer
nyílt forráskódú, széles körben támogatott eszközöket használ, moduláris felépítése miatt
könnyen továbbfejleszthető.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 87.
Elektromos hajtású Formula Student versenyautó kábelkorbácsának
tervezése és gyártása
(Design and manufacturing process of an electric Formula Student vehicle's
wire harness)
Szelezsán Bettina BSc
Konzulens: Dr. Szalay Tibor, egyetemi docens, Gyártástudomány és -technológia
Tanszék
A Formula Student versenysorozat remek kihívás azon egyetemisták számára, akik szeretnének
belelátni, hogyan is működik egy versenycsapat. Manapság a motorsport is egyre inkább
kísérletezik az elektromos járművekkel, a Műegyetem egyik versenycsapata , a BME Formula
Racing Team jelenleg elektromos és elektromos-önvezető kategóriában épít autókat. A csapat
tagjaként , és a kábelkorbácsért felelős személyként lehetőségem nyílt több versenyautóba is
megtervezni és legyártani a kábelköteget. Ebben a sorozatban a diákok egyedi alaktrészeket
terveznek és gyártanak, tehát a már említett részegység tervezési , gyártási és ellenőrzési
folyamatait szeretném bemutatni, az elkészített gyártási dokumentációkat felhasználva.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
88. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Felső végtag antropometriai paramétereinek meghatározása és
mozgatásának modellezése két robotkaros gyógytornáztatás esetében
(Identification of anthropometric parameters and movement modeling of
upper limb in dual arm robot assisted exercising)
Szigeti Tamás MSc, Herke György MSc
[email protected], [email protected]
Konzulens: Tóth András, tudományos munkatárs, Gyártástudomány és -technológia
Tanszék
A Gyártástudomány és -technológia Tanszéken több éve futó REHAROB projekt keretében
stroke-os betegek rehabilitációjának kutatása zajlik robotos gyógytornáztató berendezéssel. A
projekt során gyógytornászokkal együttműködve a betegek aktív és passzív gyakorlatai is
rögzítésre kerültek. Dolgozatunkkal a korábban felvett mérési adatokból szándékozzuk
meghatározni az emberi felső végtag (váll-felkar-könyök-alkar-csukló-kézfej) hossz- és
pozícióparamétereit, valamint vizuálisan megjeleníteni a felvett mozgásokat.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 89.
Izometriás erőmérés és hőtérképezés, mint döntéstámogatási lehetőségek a
stroke utáni rehabilitáció során végzett robotos terápiában
(Isometric force measurement and heat mapping as options for decision
support in robotic therapy during stroke rehabilitation)
Doros Marcell BSc
Konzulens: Pilissy Tamás, tudományos segédmunkatárs, Gyártástudomány és -
technológia Tanszék
A stroke utáni robottal segített rehabilitációban jelenleg a terapeuta választja ki és szabja
személyre a beteg feladatát. Fontos előrelépést jelentene, ha a rehabilitációs robotok
automatikusan elvégzett mérések segítségével képesek lennének a terapeutát döntésében
támogatni. Kutatásunkban azt vizsgáljuk, hogy szimultán végzett izometriás erőmérés és
hőtérképezés előnyös-e a terápiás döntéshozatalban, az irányításban.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
90. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
GÉPTERVEZÉS
Helyszín: R épület I. emelet 109
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Váradi Károly egyetemi tanár, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Titkár: Dr. Zwierczyk Péter adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Tag: Dr. Nguyen Huy Hoang tud. mts, Gép- és Terméktervezés Tanszék
9:00 Bukor Csongor, Bagdi Roland Tamás
Mérőpad tervezése hajtáselemek fárasztásos vizsgálatához
Konzulensek: Dr. Nguyen Huy Hoang tud. Mts.,
Dr. Kerényi György docens
9:20 Bodor Barnabás
Tervezői szemlélet 3D nyomtatásra nyomásátlagoló szelep áttervezésén
keresztül
Konzulensek: Dr. Körtélyesi Gábor adjunktus,
Erdősné Sélley Csilla mesteroktató
9:40 Meisel Ádám
Biomechanikai vizsgálatokra alkalmas kéttengelyű kísérleti berendezés
tervezése
Konzulens: Dr. Nagy Róbert (TMT)
10:00 Tóth Márton
Talajművelő szerszám vizsgálata diszkrét elemes szimulációval és
szántóföldi mérésekkel
Konzulens: Dr. Tamás Kornél adjunktus, Hudoba Zoltán tsz. mérnök
10:20 SZÜNET
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 91.
10:40 Gábor Tamás
Kerámiaipari robot gépészeti tervezése
Konzulens: Dr. Farkas Zsolt adjunktus
11:00 Gábor Tamás
Szemcsehalmazok vizsgálatához univerzális vizsgálóberendezés tervezése
Konzulensek: Dr. Tamás Kornél adjunktus
Dr. Farkas Zsolt adjunktus
11:20 Szalai Marcell, Németh Olivér
Nyíródobozos talajvizsgálat diszkrét elemes modellezése
Konzulens: Dr. Kotrocz Krisztián adjunktus
11:40 Vajda Márk Zsolt, Béres-Deák Emília
Tribométer fejlesztése talajművelő szerszámok összehasonlító
vizsgálatához
Konzulens: Dr. Rádics János Péter adjunktus
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
92. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Mérőpad tervezése hajtáselemek fárasztásos vizsgálatához
(Constructional design of measuring bench to perform fatigue tests of drive
components)
Bukor Csongor BSc
Bagdi Roland Tamás
Konzulens: Dr. Nguyen Huy Hoang tudományos munkatárs, Gép- és Terméktervezés
Tanszék
Dr. Kerényi György Tanszékvez. hely. egy. docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Napjaink tömegtermelésében egyre kevésbé engedhetjük meg egy gyártósor leállítását,
meghibásodását. Nem ritka, hogy gépek hónapokig, vagy akár évekig üzemelnek mindössze
kisebb megszakításokkal. Ez nagy hangsúlyt helyez a helyes kifáradásra való méretezésre. A
szoftveresen támogatott tervezés eszközei ezt az igényt ma már hatékonyan kielégítik. Ezzel
párhuzamosan szükségszerűen egyre nagyobb hangsúly helyeződik ezen számítások méréssel
történő ellenőrzésére. A gyártmány méretének növekedésével a mérés kivitelezése egyre
körülményesebb, mivel sokkal több konstrukciós megfontolást igényel egy megfelelő mérőgép
megépítése.
Az iparban használt nagyméretű hajtáselemek fárasztásos vizsgálata jól alátámasztja az imént
fölvázolt problémát. Biztosítani kell a szükséges mérési terhelést, a megfelelő
műszerezettséget, a működő szabályozást továbbá kellően izolálni kell a berendezést
környezetétől.
Célunk egy mérőpad konstrukciós tervének elkészítése, amelynek feladata hajtáselemek
fárasztásos vizsgálatának elvégzése. A feladat során egy részről megtervezzük a konkrét
mérőpadot, másrészről annak működési környezetét, beleértve a biztonságtechnikai
megoldásokat.
Hosszútávú terveink közé tartozik a berendezés megépítése, ipari megkeresésre és hallgatói
kezdeményezésre mérések elvégzése, valamint oktatási célú felhasználása.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 93.
Tervezői szemlélet 3D nyomtatásra nyomásátlagoló szelep áttervezésén
keresztül
(Design methodology for additive manufacturing by redesigning a mean
pressure valve)
Bodor Barnabás MSc
Konzulens: Körtélyesi Gábor adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Erdősné Sélley Csilla mesteroktató, Gép- és Terméktervezés Tanszék
A 3D nyomtatás napjaink egyik leginkább fejlődő gyártástechnológiája, mely a nyomtatók
fejlődésével várhatóan egyre inkább elérhetővé, olcsóbbá, illetve megbízhatóbbá válik. Ezért
fontos a tervezőmérnökök számára is megismerni a 3D nyomtatás által nyújtott előnyöket és
alkalmazhatóságának korlátait. Emellett a tervezői gondolkodásmódot is át kell alakítani az új
technológia igényeinek megfelelően. Különösen igaz ez a fém 3D nyomtatásra, hiszen ezek a
gépek nem annyira elterjedtek még, mint a polimer társaik, kezelésük és gazdaságos
üzemeltetésük több szakértelmet igényel.
A konkrét célkitűzés egy vasúti járműveken használatos pneumatikus átlagolószelep egy
részének áttervezése. Az átlagolószelep a felfüggesztés két oldalán elhelyezkedő légrugókban
lévő nyomásokat átlagolja, ezáltal a fékrendszer képes a kocsi terheléséhez hangolni a
fékezőerő nagyságát. A 3D nyomtatásra áttervezendő alkatrész a szelepház, amely jelenleg
alumínium tömbből CNC megmunkálással készül. A cél az eddig forgácsoló technológiára
kidolgozott szelep geometriájának átalakítása: egy kompaktabb és kevesebb alkatrészből álló
konstrukció megtervezése, amely kihasználja az additív DMLS technológiával való gyártás
előnyeit. Az áttervezés során fontos szempont volt a befoglaló méretek, a tömeg és a
falvastagságok csökkentése, amennyire csak a műszaki követelmények azt lehetővé tették.
Ehhez azonosítottam a termék működés szempontjából létfontosságú elemeit. A tervezés során
az eredeti konstrukcióból az alkatrészek összevonásán, a felesleges anyag eltávolításán, a
nyomtathatóság biztosításán volt a hangsúly. Az alkatrészek egyesítése egyben lehetővé tette a
szerkezeti méretek csökkentését is.
Az áttervezett konstrukcióban a szelepház tömege kevesebb mint negyede az eredetihez képest.
Ez különösen figyelemre méltó úgy, hogy 6db alkatrész a szelepház része lett. Az új
konstrukciónak tehát nem csak a tömege csökkent jelentősen, de az összeszerelése is
egyszerűsödött. Következésképpen a termék additív gyártásával a szerelési költség és idő is
csökkenthető. A cég számára ez előnyt jelent hiszen a megrendelt termék előbb kerülhet a
megrendelőhöz. Bár egyetlen átlagolószelep egy vasúti kocsi tömegének nagyon kis részét
képezi, ugyanakkor egy szerelvényen rengeteg hasonló pneumatikus működtető és szabályozó
egység található. Ha megfontolnánk ezek additív gyártását, úgy már a tömegcsökkenés a vasúti
kocsi szintjén is érezhető lenne.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
94. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Biomechanikai vizsgálatokra alkalmas kéttengelyű kísérleti berendezés
tervezése
(Constructing a biaxial testing device for biomechanical tests)
Meisel Ádám MSc
Konzulens: Nagy Róbert adjunktus, Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék
A Budapesti Műszaki Egyetemen több orvoslással, orvostechnikával foglalkozó kutatás folyik.
A Tartószerkezetek Mechanikája Tanszéken többek között az emberi érhálózat mechanikai
vonatkozásával foglalkoznak az oktatók és az érdeklődő hallgatók. Az érrendszer mechanikai
vizsgálata különösen fontos aneurizmák esetén. Aneurizmának nevezzük egy rövidebb
érszakasz kitágulását, amely az érszakasz normális méreténél 50%-kal nagyobb. Ezek a
tágulatok folyamatosan nőnek, amelynek következtében az érfal lokálisan meggyengül,
megrepedésük súlyos következményekkel járhat, gyakori esetben halált is okozhat.
A különböző érrendszerrel kapcsolatos vizsgálatokhoz, valamint hemodinamikai
szimulációkhoz szükséges mechanikai tulajdonságok meghatározására többek között biaxiális
szakítógépeket használnak. Az egyetemen működő Orvostechnika Szakosztály, amelynek én
tagja vagyok, részt vett a szakítógépes mérések elvégzésében. Azonban a vizsgálatok jelentős
része a berendezés hibái miatt sikertelenül zárult. Ennek következtében merült fel az igény
olyan mérőberendezés megépítésére, amely már sokkal alkalmasabb a vizsgálatok elvégzésére.
Munkám során a szakítógépes méréseket végző hallgatókkal és konzulensemmel
együttműködve kidolgoztam több különböző koncepciót, amelyek közül a konzulensemmel
együtt választottuk ki a megfelelőt. Fontos szempont volt a tervezési feladat során az
továbbfejlesztendő eszköz főbb alkatrészeinek megőrzése, különösen az elektronikai
berendezések és a vezérlés megtartása.
A cél egy működő, a funkcióiban az eredetihez hasonló gép megtervezése és megépítése volt.
A gép alkatrészeinek legyártatását és a kereskedelemben kapható alkotóelemek beszerzését én
végeztem.
Irodalom:
Kumar,V., Abbas, A., Aster J.C.: A patológia alapjai. Medicina Könyvkiadó, Budapest, 10.
kiadás, 2019, 394- 398
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 95.
Talajművelő szerszám vizsgálata diszkrét elemes szimulációval és
szántóföldi mérésekkel
(Analyze of agricultural tool with discrete element method and field
experiments)
Tóth Márton MSc
Konzulens: Dr. Tamás Kornél adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Hudoba Zoltán tanszéki mérnök, Gép és-Terméktervezés Tanszék
A dolgozat témája a mezőgazdasági talajok modellezése az ún. diszkrételemes szimulációval,
illetve a talajban történő elmozdulások vizsgálata. A kutatás során a modellből kapott
eredmények összevetésre kerülnek terepen végzett mérési eredményekkel. Ezen mérések között
szerepel egyrészt a penetrométeres vizsgálat, illetve a kultivátorszerszámmal végzett vonóerős
vizsgálat. A kutatás egyik célja a megfelelő talajmodell megalkotása volt az egyes paraméterek
hatásának vizsgálatával a Yade DEM szimulációs környezetében figyelembe véve az eltérő
nedvességtartalom hatását. A vizsgált két fő anyagi és kapcsolati jellemző a szemcsék közötti
súrlódás, illetve a köztük lévő kohézió volt. A kapott eredmények alapján a súrlódási tényező
befolyásolta leginkább a talaj szerszámmal szemben kifejtett ellenállását. Ezen kívül, az eltérő
nedvességtartalom hatásának modellezéséhez is a súrlódási tényező mutatkozott az egyik
alkalmas paraméternek. A modellezés során eltérő tulajdonságú talajrétegekkel is történtek
vizsgálatok, melynek során az alsóbb réteg jelentősebb hatást gyakorolt a szerszám vontatási
ellenállására. A talajmodellben ezután a talajban végighaladó szerszám hatására a részecskék
elmozdulása, rendeződése volt a vizsgálat tárgya. Ennek megfigyelésére egy szenzor-tartó
készülék is tervezésre került, melyből 3D nyomtatás segítségével prototípus is készült. A
szimulációk eredményei alapján továbbá elemző program segítségével a talaj lazítására
vonatkozó értékelések is történtek kapa, és talajtípus szerint.
A kutatás különlegessége, hogy a hagyományos talajvályús mérések helyett a valós
mezőgazdasági körülményekhez közelebb álló talajon végzett mérések szolgáltak az alapját,
illetve ezen körülményeket figyelembe véve kellett a méréseket kiértékelni és a szimulációs
modellt megalkotni. További újítás a kutatási témában, hogy a diszkrét elemes modellben
szokásos gömbi elemek helyett ún. clump-ok kerültek alkalmazásra, amellyel a szemcsehalmaz
energiaelnyelő képességének a szimulációban történő megadása miatt volt szükség. Az eltérő
talajrétegek alkalmazása pedig további lehetőségeket ad a talajmodell kalibrálásához.
Irodalom:
[1] Tekeste, M.Z., Raper, R.L. Schwab, E. Soil Drying Effects on Soil Strength and Depth of
Hardpan Layers as Determined from Cone Index Data. Agricultural Engineering
International: the CIGR Ejournal, X, 1-17. (2008)
[2] Zeng, Z., Chen, Y., Zhang, X. Modelling the interaction of a deep tillage tool with
heterogeneous soil. Computers and electronics in agriculture 143, 130-138 (2017)
[3] Asaf, Z., Rubinstein, D., Shmulevich, I., Determination of discrete element model
parameters required for soil tillage. Soil & Tillage Research 92 227-242 (2007)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
96. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Kerámiaipari robot gépészeti tervezése
(Mechanical design of ceramic robot)
Gábor Tamás BSc
Konzulens: Dr. Farkas Zsolt adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
A technológiai folyamatok automatizálásában a robotok egyre több helyen egyre jelentősebb
szerepeket kapnak. Segítségükkel a termékek sokkal pontosabban, megbízhatóbban,
hatékonyabban és termelékenyebben gyárthatók. Az univerzális, több területen használható
robotok mellett megtalálhatóak a speciális technológiai igényeket kielégítő egyedi robotok is.
A TDK dolgozat témája egy kerámiaiparban használatos gyártástechnológiai folyamat egy
lépésének automatizálására alkalmas robot gépészeti tervezése.
A technológiai folyamatelem a mázolás, mely során a kerámiaipari terméket mázréteggel látják
el. A termékek számtalan különböző geometriai kialakítása miatt célszerű a mázréteget
felhordó szórófejet a robot karjaival hat szabadságfokmentén mozgatni, hogy a nehezen
hozzáférhető helyek megközelítése is biztosítva legyen.
A hat szabadságfokú robot önmagában nem lenne elég termelékeny, ezért a termékek cseréjére
egy kétágú fordítókar és a karok végén egy-egy termékfordító berendezést került kialakításra.
Ez további három szabadságfokot jelent. Ezen ellátószerv segítségével a rendszer szinte
folyamatosan képes termelni. Amíg a fordítókar egyik végén a mázolás folyik, addig a másik
végén ki lehet cserélni a terméket, majd fordítva. A megtervezett robotkonstrukció tehát
összesen kilenc szabadságfokot tartalmaz.
A dolgozatban bemutatásra kerül a feladat megoldásához szükséges irodalomkutatás, a
konstrukció létrejöttének lépései, a robot egységeinek gépészeti tervezése, a berendezés
kivitelezése felé tett lépések, valamint a kidolgozáshoz kapcsolódó alapszintű robotirányítási
megoldások.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 97.
Szemcsehalmazok vizsgálatához univerzális vizsgálóberendezés tervezése
(Developing universal test instruments for different grain aggregates)
Gábor Tamás BSc
Konzulens: Dr. Tamás Kornél adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék,
Dr. Farkas Zsolt adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
A jelenségek és az anyagok vizsgálatára alkalmas szimulációk egyre jobb és megbízhatóbb
eredményeket adnak. A pontos szimulációs modell létrehozásához viszont nélkülözhetetlen a
valós elemeken végzett mérések által szolgáltatott vizsgálati eredmények kiértékelése és
modellbe történő beépítése.
A TDK dolgozat témája egy a szemcsehalmazok vizsgálatára alkalmas univerzális berendezés
tervezése.
A Gép- és Terméktervezés Tanszék munkatársai és hallgatói által készített anyagmozgás
modellek igazolására csakis tényleges mérések és vizsgálatok szolgáltathatnak pontos
viszonyítási alapot. Így igény adódott egy olyan univerzális vizsgálóberendezés létrehozására,
melyek képes a kívánt anyagmozgások megvalósítására.
A vizsgálóberendezés anyagmozgáshoz tartozó funkciói a szemcsehalmazok fluidizálása és
rázása. A vizsgálóberendezés kompakt, univerzális kialakítása lehetővé teszi e funkciók külön
és együttes üzemmódjának biztosítását is.
A kívánt anyagmozgások létrehozása mellet, további fontos szempont volt, hogy a
szemcsehalmazok mozgását videóanalízissel is lehessen elemezni. Ennek érdekében a
szerkezet részegységeit úgy kellett kialakítani, hogy a tárolóedény átlátszó plexi oldalfallal és
a lehető legkisebb kitakarással készüljön el.
A dolgozatban bemutatásra kerül a feladat megoldásához szükséges irodalomkutatás, a
végleges vizsgálóberendezés kidolgozásának lépései, a gép felépítése, működése és a
továbbfejlesztési ötletek, valamint a kivitelezés felé tett lépések.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
98. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Nyíródobozos talajvizsgálat diszkrét elemes modellezése
(Discrete element modelling of direct shear test)
Szalai Marcell BSc
Németh Olivér
Konzulens: Dr. Kotrocz Krisztián adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Ahogy a mindennapi életben, úgy a mérnöki gyakorlatban is sokszor a talajon keresztül
kapcsolódnak a környezetükhöz a minket körülvevő, általunk tervezett gépek, szárazföldi
járművek, de maga az ember is. Ezért fontos tehát a kapcsolat során létrejövő folyamatok,
erőhatások vizsgálata. Gondolhatunk a közlekedésre vagy a mezőgazdaságra, ahol ez nagy
szerepet játszik, hiszen itt a gépek ténylegesen a szemcsés talajon, nem pedig a már ember által
készített útburkolaton közlekednek, dolgoznak. A talajok mechanikai jellemzői közül
kiemelkedő szerepe van a súrlódásos anyagjellemzőknek. Ennek oka, hogy a mezőgazdasági
munkagépek a talaj-gumiabroncs közötti súrlódást kihasználva képesek vonóerő kifejtésére,
miközben jelentős függőleges irányú nyomásnak és vízszintes irányú nyírásnak teszik ki a felső
talajréteget. A gépek tervezéséhez tehát szükség van a folyamat jellemzésére, a talaj
minősítésére. Erre ad lehetőséget a nyíródobozos mérés, amellyel laboratóriumi körülmények
között mérhető a talajminta kohéziója és belső súrlódási szöge, mint súrlódásos
anyagjellemzők.
Munkánk során diszkrét elemes módszerrel (DEM) modellezett nyíródobozos szimulációkat
készítettünk az EDEM nevű szoftverrel. A módszer lényege, hogy olyan szerkezeteket,
anyagokat lehessen vizsgálni, melyek diszkrét, különálló elemekből épülnek fel. Így ezzel a
numerikus módszerrel nagy elemszámú és kis részecskék mozgatása során fellépő hatásokat
lehet elemezni. A fent említett jellemzők ráillenek a talaj szemcsés szerkezetére, révén jól
modellezhető ezzel a módszerrel. Szimulációink során a négy gömbből alkotott alakelemet
választottuk, mely jól közelíti a szemcsék eltérő alakját, és viselkedését. A közöttük lévő
kapcsolatokat a Hertz-Mindlin with bonding kapcsolati modell alapján írtuk le. Az alakelemek
között a súrlódásos kapcsolat mellett tehát úgynevezett Bond kötések is jelen voltak, melyek
külön szilárdsági jellemzőkkel rendelkeznek. Ezeknek a Bond kapcsolatoknak a segítségével
modellezhető a talajszemcsék között kialakuló kohézió, amely miatt a talajok bizonyos
mértékig húzásra is terhelhetők. Számításaink során, különböző konfigurációk esetén
vizsgáltuk ezen kötések felszakadásának a számát, és a felszakításukhoz szükséges normál,
illetve nyíróerőt. A szimulációk során kétféle – egy kohéziómentes homoktalajnak és egy
kohézív vályogtalajnak megfelelő – talajmodellt vizsgáltunk. Mindkét modell felépítése azonos
elemekből áll, különbség a kapcsolati paraméterek értékeiben volt. Ezen paraméterek
érzékenység vizsgálatát végeztük el annak érdekében, hogy megtaláljuk, hogy melyik milyen
hatással van a modell nyírás alatti viselkedésére, illetve a nyíróerő-elmozdulás függvényre,
mint szimulációs eredményre. A modellek egy-egy korábbi valós mérés eredményét szeretné
megközelíteni, ezért a paraméterek megfelelő beállításával elérhető lesz a valóságot jól közelítő
modell.
Kutatásunk célja volt a mérnöki gyakorlatban is számos alkalommal előforduló talajjal történő
érintkezés pontosabb megismerése, valamint egy szimulációs modell továbbfejlesztése, mely a
későbbiekben ennél bonyolultabb modelleknél is alkalmazható lesz, mivel hűen tükrözi a talaj
nyíróigénybevétel esetén bekövetkező viselkedését.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 99.
Tribométer fejlesztése talajművelő szerszámok összehasonlító vizsgálatához
(Development of a tribometer for comparative testing of tillage tools)
Vajda Márk Zsolt MSc
Béres-Deák Emília MSc
Konzulens: Dr. Rádics János Péter adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
A mezőgazdaság egy alapvető emberi igényt, a megfelelő mennyiségű és minőségű táplálék
igényét hivatott fedezni, a számunkra hasznos növények termesztése által. Alapját a megfelelő
kondíciójú, nedvesség és tápanyagtartalmú, megfelelően porhanyított, lazított -tömörített talaj
adja. A megfelelő talaj textúra előállítására a művelettől függően különböző talajművelő
szerszámokat használunk.
A talajművelő szerszámok fejlesztésének egyik alapvető sajátossága, hogy erős abrazív
kopásnak vannak kitéve. A szerszámok fejlesztése során az élettartam növelése igen hangsúlyos
szempont, a gyártási költségek lehető legalacsonyabban tartása pedig gazdasági érdek. A
fejlesztési folyamatban jelentős költségeket lehetne csökkenteni, ha egyszerű vizsgálati
módszerekkel optimalizálható lenne a szerszám élettartam. Ez alapvetően azt jelenti, hogy a
szerszám kopás becslése alapvető szempont. Célunk az, hogy minél pontosabb becslést adjunk
a szerszám kopására a különböző talajtípusok esetében.
Az élettartambecsléshez mind labor, mind pedig szántóföldi vizsgálatok elvégzésére szükség
van. Ennek a kutatásnak első lépése a különböző szerszámok azonos körülmények között
történő vizsgálata laboratóriumi körülmények között. Ehhez egy vizsgálóberendezést
építettünk, és összehasonlító vizsgálatokat végeztünk. Dolgozatunkban, az eddig elvégzett
kutatómunkát és a vizsgálati eredményeinket szeretnénk bemutatni.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
100. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉS
Helyszín: R épület I. emelet 113
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Horák Péter egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Titkár: Erdősné Sélley Csilla mesteroktató, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Tag: Varga András mesteroktató , Gép- és Terméktervezés Tanszék
9:00 Csatlós Andrea
Kettő az Egyben Instant Kávés Bögre
Konzulens: Darabos Anita DLA adjunktus
9:20 Nagy Tamás
Reflexiós beltéri lámpa
Konzulens: Balogh Zsolt Péter DLA adjunktus
9:40 Széles levente
Tervezési irányelvek kidolgozása 3D nyomtatáshoz, egy meglévő
élelmiszeripari gyártórendszer fejlesztéséhez
Konzulens: Dr. Rádics János Péter adjunktus
10:00 Tóth Bogdán
Csípőprotézis vizsgáló berendezés koncepcionális tervezése és fejlesztése
Konzulens: Dr. Sződy Róbert (Országos Traumatológiai Intézet),
Dr. Borbás Lajos (EDUTUS), Dr. Váradi Károly (GT3)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 101.
10:20 Szalai Enikő
Topológiai optimálás tervezési folyamatba integrálásának fejlesztése egy
konzol példáján keresztül
Konzulens: Gróza Márton tsz-i mérnök, Jónás Szabolcs Knorr-Bremse
Vasúti Járműrendszerek
10:40 Vajda Márk Zsolt, Széles Levente
Kis teljesítményű lineáris hajtásrendszer fejlesztése és megvalósítása
Konzulens: Dr. Rádics János Péter adjunktus
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
102. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Kettő az Egyben Instant Kávés Bögre
(2in1 Instant Coffé Mug)
Csatlós Andrea
Konzulens: Darabos Anita DLA adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
A kávésbögrénk egy egyszerű feltevésen alapul: nem kell két helyet fenntartani a polcon az
eszpresszó csészéjének, és a cappuchino bögréjének.
Minden kávéházban szolgálnak fel rövid kávét, és tejeskávét is. Ez a két legnépszerűbb kávé,
amelyet a vendégek fogyasztanak, és mi ezt a kettőt szeretnénk összehozni.
Az ötlet alapján, egy olyan pohár, csésze, vagy bögre (nevezzük, ahogy szeretnénk) kerül
megtervezésre, amelyben ugyan úgy szolgálható fel rövid, és tejeskávé, de űrtartalmuknál
fogva ugyan úgy szervírozható benne rövidital, és úgy nevezett long drink, azaz frissítő, üdítő.
De lehet szó éppenséggel kupicáról, és konyakozásról is.
Tehát egy olyan poharat tervezünk, amelyben ’talpára’ állítva nagyobb űrtartalmú italokat,
’fejére’ fordítva pedig rövid italoknak a helyét találjuk.
Ezzel két legyet ütünk egy csapásra, és gépészmérnöki karhoz méltóan a gyártásba is
belekukkantunk, ugyanis a költséges öntőforma egy kis átalakítással 2 fajta pohár gyártására is
alkalmas lehet…
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 103.
Reflexiós beltéri lámpa
(Reflective indoor lamp)
Nagy Tamás BSc
Konzulens: Balogh Zsolt Péter DLA adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Kutatási munkám személyes motivációm ihlette, melynek tárgya a saját mennyezeti lámpám
újragondolása volt. Ennek során egy olyan lámpa megtervezése, majd létrehozása volt a cél,
melynek meghatározó része tükröződő felület, ezáltal abból a fény nem direkt, hanem reflexiós
úton jut a megvilágítani kívánt felületre. Analitikus megközelítés helyett inkább anyag és
formakísérletekre helyeztem a hangsúlyt, egy-egy koncepcióra kerestem olyan anyagot és
módszert, amivel előállítható a kívánt hatás, majd az eredményeket összevetettem az eredeti
elképzeléssel és aszerint folytattam az ötletelést. Ennek a ciklusnak a végigvezetésével jutottam
el egy működő prototípusig. A tervezési folyamat ritkán lineáris, sok mellékágat, buktatót
tartogat, főleg egy olyan projekt esetén, ahol egy új forma-anyag kapcsolat létrehozása a cél. A
dolgozatomban a folyamat során elért eredményekre, észrevételekre, esetleges kudarcokra,
zsákutcákra térek ki.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
104. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Tervezési irányelvek kidolgozása 3D nyomtatáshoz, egy meglévő
élelmiszeripari gyártórendszer fejlesztéséhez
(Development of 3D printing design guidelines for the amelioration of an
existing food production system)
Széles Levente MSc
Konzulens: Dr. Rádics János Péter adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Feladatom egy tervezési szempontrendszer kidolgozása, amely segítségével 3D nyomtatással
elkészítendő alkatrészek funkcionalitása nagyobb mértékben biztosítható annak érdekében,
hogy a nyomtatást követően a szokásosnál kevesebb selejtdarab keletkezzen. A kidolgozandó
szempontjegyzék célja, hogy egy meglévő sütőipari üzemben bevezetni kívánt
minőségbiztosítási rendszer elemei minél biztosabban ellássák funkciójukat és az alkatrészek
gyorsan és pontosan a követelményeknek megfelelően készülhessenek.
A projekt keretében egy működő üzem átalakítása a cél, ahol a gyorsprototípus gyártási
eljárások segítségével történik a szükséges kiegészítő elemek legyártása. Ilyenek például a
különböző szenzorok rögzítésére, tartásásra szolgáló szenzortartók, szerelhető kábelvezetők,
dobozolások, burkolatok és userinterface burkolatok.
Dolgozatomban az említett feladatok elvégzésére alkalmas eszközökhöz végezetem
kísérleteket meghatározva a későbbiekben alkalmazható irányelveket, ezzel csökkentve az
eszközök megtervezésére, gyártására (nyomtatására) fordítandó időt, valamint a hibás
nyomtatások számát. Vizsgáltam a darabok merevségét, például egy kezelőfelületen lévő
tokozás kívánt merevségét milyen módszerekkel lehet elérni.
Szenzorok és egyéb eszközök rögzítésnél alkalmazható adott kötés megfelelő működésénél
vizsgálandó volt a darabok pontossága, a szükséges hézagok, csatlakozások szükséges
méretkülönbségek mértéke.
Az említett pontokra átgondolt, rendszerezett modellkísérleteket végeztem el, célom a tervezési
irányelv meghatározáshoz szükséges részletek vizsgálata volt. A felállított szempontrendszer
nyomán készült alkatrészek biztosan ellátják a funkciójukat és tervezéstől a kész termékig tartó
idő jelentősen lecsökken.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 105.
Csípőprotézis vizsgáló berendezés koncepcionális tervezése és fejlesztése
(Conceptual design and development of hip implant testing machine)
Tóth Bogdán MSc
Konzulens: Dr. Váradi Károly Professor emeritus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Dr. Sződy Róbert Főorvos, Országos Traumatológiai Intézet
Dr. Borbás Lajos Professor Emeritus, EDUTUS (külső)
Az emberi test akármely használati eszközhöz, berendezéshez hasonlóan bizonyos idejű
használatot követően elhasználódik, elkopik. Mindez hatványozottan igaz életünk során
folyamatosan jelentős igénybevételt elszenvedő mozgásszerveinkre, és azokat összekapcsoló
ízületeinkre. Az elhasználódás következtében, az egyes mozgásformák különböző mértékben
korlátozódhatnak, teljesen lehetetlenné is válhatnak. Az ízületi kopás, degradáció leginkább
érintett területe a combcsont és medencecsont kapcsolatát biztosító csípő ízület.
Jelen dolgozat, egy szimulációs berendezés tervezési-fejlesztési folyamatának első fázisát, a
koncepcionális tervezést hivatott ismertetni. A tervezett gép, különböző csípőprotézisek valós
körülmények közötti vizsgálatát képes elvégezni. E gép elsődleges feladata, az emberi testbe
műtéti úton beépítésre kerülő egyedi vápakosarak vizsgálata, a használat során jellemző
terhelések és mozgások reprodukálása révén. Az így szolgáltatott információk segítenek az
előzetes véges elemes vizsgálatok eredményeinek igazolásában, valamint az implantátumok
esetleges módosítása esetén megfelelő iránymutatást biztosítanak a továbbfejlesztés
folyamatában.
A koncepcionális tervezési fázis magába foglalja a követelmények felállításától a
funkcióképzésen, koncepciógeneráláson át, egészen a koncepciók értékeléséig terjedő
tartományt, melynek eredménye egy részletes tervezésre alkalmas koncepcionális modell.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
106. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Topológiai optimálás tervezési folyamatba integrálásának fejlesztése egy
konzol példáján keresztül
(Integration of topology optimization into developement process through a
case study of a bracket)
Szalai Enikő MSc
Konzulens: Gróza Márton tanszéki mérnök, Gép- és Terméktervezés Tanszék
Jónás Szabolcs szimulációs mérnök, Knorr-Bremse Vasúti Járműrendszerek
A dolgozat egy konzol optimalizálása példáján keresztül vizsgálja a topológiai optimálás
módszerének lehetőségeit. Szemben a hagyományos optimálási metódussal a szoftverrel
segített topológiai optimálás jelentősen kevesebb iterációs lépést követően ad megfelelő választ
egy adott problémára. A módszer tervezési folyamatba történő integrálásával időt és erőforrást
takaríthatunk meg.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 107.
Kis teljesítményű lineáris hajtásrendszer fejlesztése és megvalósítása
(The development and implementation of a slow linear drive system)
Vajda Márk Zsolt MSc
Konzulens: Dr. Rádics János adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
A feladatunk egy olyan irodai eszköz megtervezése volt, amely célja a lassú lineáris mozgás
megvalósítása. Az eszköz fejlesztésének legnagyobb kihívásait az alacsony mozgási sebesség
mellett, az irodai környezethez szükséges, lehetőleg rezgésmentes működés jelentette. Az elvárt
kritériumoknak fontos részét képezte, hogy a mozgatás funkciót a lehető legkisebb, a
felhasználót nem zavaró zajterhelés mellett lássa el.
A feladat elvégzését irodalomkutatással, és az ezt követő ötleteléssel kezdtük. Az
információfeltárás nyomán számos kísérleti hajtásrendszer konstrukciót terveztünk meg, a
koncepciók a tisztán lineártechnikai megoldásoktól haladtak az egyedi, költséghatékonyabb
megoldások irányába. A megalkotott koncepciókat több szempontot figyelembe véve
értékeltük, a legjobb megoldásokat kiválasztva, illetve kombinálva két kísérleti prototípus
megvalósítását irányoztuk elő.
A megválasztott hajtásrendszerekhez egy befoglaló keretet terveztünk, majd a két kísérleti
prototípust legyártottunk. A megvalósított eszközökön megfelelőségi vizsgálatokat és
gyengepontfeltárást végeztünk, valamint felhasználói szemmel is vizsgáltuk a
hajtásrendszereket működés közben. A vizsgált- és mért paraméterek alapján levont
következtetések eredményeként terveztük meg a végleges konstrukciót, amelyet le is
gyártottunk.
Dolgozatunkban a tervezés és gyártás tapasztalatait, valamint az elért eredményeket mutatjuk
be.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
108. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
HEGESZTÉSTECHNOLÓGIA
Helyszín: G épület, 120. terem
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. habil Májlinger Kornél, egyetemi doens
Titkár: Varbai Balázs, tanársegéd
Tag: Dr. Hajós Sándor, gépészmérnök
Dr. Katula Levente Tamás, adjunktus
Dr. Tóth Károly, gépészmérnök, hegesztő szakmérnök
9:00 Bolyhos Patrik
A hozaganyag és a védőgáz hatásai LDX 2101 duplex acél
ívhegesztésekor
Konzulens: Varbai Balázs, tanársegéd, ATT
9:20 Bíró Tamás
Házi ponthegesztő berendezés tervezése és gyártása
Konzulens: Renkó József Bálint, doktorandusz
9:40 Hirt Péter
Kristályosodási repedés: hogyan kerülhető el?
Konzulens: Varbai Balázs, tanársegéd
Dr. Katula Levente Tamás, adjunktus
10:00 Szabó Bence
W-elektróda oxidtartalmának hatása elektródakopásra, terhelhetőségre
Konzulens: Dr. Katula Levente Tamás, adjunktus
Varbai Balázs, tanársegéd
10:20 Földes Levente Bence
Öntöttvas műemlékeink megmentése, avagy öntöttvasak hegeszthetősége
Konzulens: Dr. Katula Levente Tamás, adjunktus
Varbai Balázs, tanársegéd
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 109.
A hozaganyag és a védőgáz hatásai LDX 2101 duplex acél ívhegesztésekor
(The effects of filler metals and shielding gases in LDX 2101 duplex stainless steel welds)
Bolyhos Patrik BSc
Konzulens: Varbai Balázs, tanársegéd, ATT
A duplex korrózióálló acélok névlegesen egyenlő arányban tartalmaznak ferrites és ausztenites
fázisokat. Ennek következtében nagy szilárdsággal és kiváló korrózióállósággal bírnak. Az új
típusú sovány duplex acélok kisebb nikkeltartalmúak, mely nikkeltartalom csökkenést az
acélgyártók mangán- és nitrogénötvözéssel kompenzálnak.
Az általam végzett kutatás során LDX 2101 sovány duplex alapanyagon volfrámelektródás,
semleges védőgázos ívhegesztéssel készítettem varratokat SS2209, SS2307 tömör pálcával, két
különböző védőgázkeverék (argon és argon + 2 % nitrogén) használata mellett. A célom a
nitrogén védőgáz és az eltérő kémiai összetételű hozaganyag hatásainak a vizsgálata volt a
hegesztett varrat ausztenittartalmára, és az MSZ EN ISO 17781 szabvány által javasolt
korróziós vizsgálattal szembeni korrózióállóságára.
Eredményként azt találtam, hogy az argon védőgázhoz kevert nitrogén növeli a varratfém
ausztenittartalmát, valamint az SS2209 hozaganyaggal hegesztett varrat jobb korrózióállóságot
mutatott a vas-kloridban végzett vizsgálatok során.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
110. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Házi ponthegesztő berendezés tervezése és gyártása
(Design and manufacture of home-made spot welding machine)
Bíró Tamás BSc
Konzulens: Renkó József Bálint, doktorandusz, ATT
Napjainkban igen széleskörű alkalmazásnak örvend a ponthegesztés technológiája.
Ponthegesztett kötésekkel sokszor találkozhatunk hétköznapi életünk során: a kenyérpirítóban,
a számítógép vagy a telefon akkumulátorában, de akár a különböző előre gyártott építkezési
beton elemekben is. Háztartási eszközök gyakori meghibásodása miatt hasznos segítség lehet a
műhelyben egy kis teljesítményű ponthegesztő, amellyel a javításon túl egyéb feladatokat is
elvégezhetünk.
A kutatási cél nem egyéb, mint egy hobbi célra jól használható, egyszerű, kis előállítási költségű
ponthegesztőgép tervezése, gyártása, majd tesztelése. Mindezt a legyártott berendezéssel
hegesztett pontvarratok minősítése útján. A konstrukció környezetvédelmi lehetősségeket is
fölvet, ugyanis a legfontosabb alkotóeleme a transzformátor, ami egy meghibásodott
mikrohullámú sütőből kerül felhasználásra, alternatív lehetőséget nyújtva ezzel az elektronikai
hulladékok újrahasznosítására.
A jövőben a gyakorlati használat tapasztalataira alapozva lehetőség nyílik a konstrukció
továbbfejlesztésére, tökéletesítésére egy, a piacon is versenyképes termék létrehozása céljából,
ugyanis jelenleg a piac ezen szegmense még kiaknázatlan.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 111.
Kristályosodási repedés: hogyan kerülhető el?
(Solidification cracking: how to avoid it?)
Hirt Péter MSc
Konzulensek: Varbai Balázs, tanársegéd, ATT
Dr. Katula Levente Tamás, adjunktus, ATT
Az alumíniumnak és ötvözeteinek ívhegesztésekor jelentős gondot jelenthet az alapanyag
kristályosodási repedésre való érzékenysége. A kristályosodási repedés a melegrepedések egy
olyan fajtája, amely jellemzően nagy hőmérsékleten a varratfémben jelenik meg. A dolgozat
alapját a Hegesztés című tantárgy laboratóriumi foglalkozásán meghegesztett és elrepedt
alumínium próbatest adja. A kísérleti munka célja az alumínium hegeszthetőségi problémáinak
mélyebb megismerése és a repedés kialakulásának lehetséges okainak feltárása volt. A kísérleti
munka alapját a kísérleti terv képezte: alapanyag vizsgálata hegeszthetőségi szempontból,
hozaganyagok alkalmazásának vizsgálata, a hegesztési hőbevitel hatásának vizsgálata,
valamint a hegesztést megelőző felületelőkészítés hatásának vizsgálata. A vizsgált hegesztési
eljárás volfrámelektródás, semleges védőgázos ívhegesztés volt.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
112. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
W-elektróda oxidtartalmának hatása elektródakopásra, terhelhetőségre
(Impact of oxide content of tungsten electrodes to wear and current carrying capacity)
Szabó Bence BSc
Konzulensek: Dr. Katula Levente Tamás, adjunktus, ATT
Varbai Balázs, tanársegéd, ATT
A TIG hegesztési eljárás volfrámelektródáját az ívgyújtás megkönnyítése és az ívstabilitás
javítása érdekében különböző fém-oxidokkal hozzák forgalomba a gyártók. A dolgozat három
elektródatípus összehasonlító vizsgálata. A vizsgálatokhoz a hegesztést autómatával kell
elvégezni, ezért a hegesztés gyakorlati végrehajtása nem kíván különösebb előképzettséget. Az
elektródák sztereomikroszkópi és a varratok metallográfiai vizsgálatát és kiértékelését a
dolgozatíró végzi el.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 113.
Öntöttvas műemlékeink megmentése, avagy öntöttvasak hegeszthetősége
(Saving cast iron monuments or weldability of cast irons)
Földes Levente Bence BSc
Konzulensek: Dr. Katula Levente Tamás, adjunktus, ATT
Varbai Balázs, tanársegéd, ATT
TDK munkámnak az öntöttvasak hegeszthetőségének vizsgálatát választottam, mert mind régi
tartószerkezetekben, mind műemléki díszítőelemekben sok helyen találkozhatunk öntöttvas
elemekkel, melyek megerősítése, javítása kihívást jelent a hegesztőnek.
Az öntöttvasak hegesztéssel történő javítása nehézkes és körülményes az alapanyag magas
széntartalma miatt. A hegesztés során a varratban, valamint a hegesztés hőhatásövezetében
repedések, rideg törések alakulhatnak ki az itt lezajló martenzites átalakulás során.
A repedések elkerülésére általánosan alkalmazott eljárás: i.) munkadarab előmelegítése; ii.)
rövid – 30-40 mm hosszú – varratok hegesztése és hegesztés utáni hidegalakítása; iii.) nikkel
tartalmú elektróda alkalmazása.
Az elektródagyártók előmelegítés nélküli, azaz félmeleg, és hideg hegesztéshez is ajánlanak
megfelelő ötvözőkkel ellátott elektródákat, de az ilyen hegesztéseknél nagyobb a repedés
bekövetkezésének veszélye.
Kutatásom során különböző ötvözőtartalmú elektródákkal végeztem vizsgálatokat annak
meghatározására, milyen hegesztési beállítások és varrathosszak mellett kerülhető el a repedés
kialakulása.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
114. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
MECHATRONIKA
Helyszín: D épület 401.
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Széll Károly, adjunktus
Titkár: Domonkos Márk, doktorandusz
Tag: Dr. Takarics Béla tudományos munkatárs
Varga Balázs, igazgató, MechatroMotive Kft.
9:00 Földi Sándor, Kránitz Krisztián
Ipari rovarcsapdák automatizált monitorozása neurális hálózat alapú gépi
látás módszerekkel
Konzulensek: Dr. Galambos Péter, egyetemi docens
Dr. Budai Csaba, adjunktus
9:20 Vitanov George
Több szabadságfokú forgató platform modellezése
Konzulens: Dr. Budai Csaba, adjunktus
9:40 Varga Balázs Krisztián
3D nyomtató fejlesztési lehetőségeinek elemzése
Konzulens: Dr. Czmerk András, adjunktus
10:00 Kovács Szilárd
Darts tű modell készítése mozgási adatok alapján
Konzulensek: Dr. Botzheim János, egyetemi docens
Dr. Budai Csaba, adjunktus
Urbin Ágnes, tanársegéd
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 115.
10:20 Haba Tamás
Mintavételes nemlineáris rendszerek stabilitásvizsgálata
Konzulens: Dr. Budai Csaba, egyetemi adjunktus
11:40 Tóth-Katona Tamás
Egy szabadságfokú rendszer képfelismerésen alapuló
felhőszabályozásának vizsgálata
Konzulensek: Dr. Budai Csaba, adjunktus
Dr. Stumpf Péter Pál, adjunktus
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
116. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Ipari rovarcsapdák automatizált monitorozása neurális hálózat alapú gépi
látás módszerekkel
(Automated monitoring of industrial insect traps with neural network
based machine vision)
Földi Sándor BSc, Kránitz Krisztián BSc
[email protected], [email protected]
Konzulensek: Dr. Galambos Péter, docens, OE
Dr. Budai Csaba, adjunktus, MOGI
Az élelmiszeriparban a kártevőirtást szigorú szabványok szerint végzik. Ehhez tartozik a
rovarok jelenlétének monitorozása, amely időigényes és kellemetlen munka, ugyanis
napjainkban a rovarcsapdák tartalmát munkavállalók kell hogy rendszeres időközönként
felmérjék. E feladat gépi látás módszerek segítségével automatizálható lenne.
A neurális háló architektúrák fejlődésének és a deep learning módszer megjelenésének hatására
a képfelismerési feladatok jól-automatizálhatóvá váltak. Korábban nagy és feladatspecifikus
adathalmazra volt szükség hálók tanításához, amelynek beszerzése költséges.
Az ImageNet egy több, mint húszezer osztállyal, osztályonként több száz képpel rendelkező
adathalmaz. Napjaink legismertebb hálóit mind az ImageNet-en tanították, versenyeztették. E
mély neurális hálók konvolúciós rétegei a feldolgozandó képen tulajdonságokat keresnek. A
bemenethez közelebbi rétegek alacsony szintű tulajdonságokat, mint például éleket keresnek, a
későbbiek pedig ezek összefűzését valósítják meg. Ennek ismeretében a korai rétegeket új
hálókban is felhasználhatjuk, ezzel a saját hálónk erőforrás igényét jelentősen csökkentve.
Ezen, és egyéb módszerek felhasználásával neurális hálók tanítása könnyebben kivitelezhető,
mintha a semmiből szeretnénk felépíteni egy működő modellt.
Kutatásunk célja egy android alkalmazás implementálása, amely képes rovarok felismerésére
egy kameraképen, s amellyel a fent említett valós ipari probléma automatizálása
megvalósítható.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 117.
Több szabadságfokú forgató platform modellezése
(Modelling of a 2 DoF rotational platform)
Vitanov George BSc
Konzulens: Dr. Budai Csaba, adjunktus, MOGI
Ahogy napjainkban egyre gyakoribbá válik az egyes képfeldolgozási algoritmusok használata,
úgy a megbízható kameraforgató mechanizmusokra is egyre nagyobb szükség van. Egy gimbal
kiválóan ellátja egy kicsi kézi kamera egyenesben tartását, illetve csillagászati távcsövek pontos
pozicionálásához is léteznek megfelelő megoldások. Amennyiben egy nagyobb objektívvel
ellátott kamerával szeretnénk egy dinamikus cél követését megvalósítani úgy az előbb említett
megoldásoknál összetettebb berendezésre lehet szükség. Például egy focilabda vagy bármely
más gyorsan repülő objektum követésére amikor az, a kameránkhoz közeli röppályán mozog.
TDK dolgozatomat egy gyakorlatban is fellépett probléma ihlette, ahol a kamera objektívjának
kicserélése, és ezáltal a dinamika megváltozása, az addig helyesen működő szabályozási
algoritmusok kudarcát okozta. A dolgozatom célja egy általános kameraforgató rendszer
dinamikájának modellezése és szabályozási stratégiájának megvalósítása számítógépes
szimulációs környezetben. A számítógépes modell támogatást nyújthat kameraforgató
rendszerek tervezéséhez, illetve, igények szerinti személyre szabásuk is egyszerűbb feladattá
válik.
A dolgozatomban bemutatásra kerülnek a kamera és a forgató mechanizmus alkotta rendszer
dinamikai viselkedését leíró differenciálegyenletek. A rendszer viselkedését különböző
körülmények esetén numerikus szimulációval fogom vizsgálni. A szimulációs modell a forgató
mechanizmusban használt állandómágneses motorok viselkedését leíró egyenletek mellett a
motorok szabályzását is tartalmazza a súrlódási hatások figyelembe vételével, ezáltal adva
minél pontosabb képet a valóságban lejátszódó folyamatokról.
Összefoglalva dolgozatom egy több szabadságfokú mozgó célpontot követő, kamera forgató
mechanizmus működésének matematikai modellezéséből áll.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
118. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
3D nyomtató fejlesztési lehetőségeinek elemzése
(Alalyzes of a 3D printer improvement opportunities)
Varga Balázs Krisztián BSc
Konzulens: Dr. Czmerk András, adjunktus, MOGI
A TDK-dolgozatom tárgya egy SMC által készített 3D nyomtató fejlesztési lehetőségeinek
elemzése és szoftveres fejlesztéseinek vizsgálata, hogy egy tesztre épített berendezésből
termékbemutatóra alkalmas eszköz készülhessen.
A 3D nyomtatót diplomamunka keretében készítették az ausztriai SMC-nél. Azonban a
nyomtatóról és a MARLIN firmwaren elvégzett változtatásokról nem áll rendelkezésre
részletes dokumentáció, így a fő célom a nyomtató szoftveres változtatásainak felderítése és
rövid ismertető készítése a módosítások funkciójáról.
Mivel a 3D nyomtató vezérlésére újabb verziójú MARLIN firmware is rendelkezésre áll, a talált
változtatások implementálásával célszerű frissítenem a nyomtató vezérlését. - ez egyfajta
Reverse Engineering feladat.
A frissítés során megvizsgálom, hogy milyen további funkciókkal bővíthető a vezérlés, ami
megkönnyíti a nyomtató használatát és/vagy növeli a nyomtatás vezérlését és megbízhatóságát.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 119.
Darts tű modell készítése mozgási adatok alapján
(Implementation of a dart model based on motion data)
Kovács Szilárd MSc
Konzulensek: Dr. Botzheim János, docens, MOGI
Dr. Budai Csaba, adjunktus, MOGI
Urbin Ágnes, tanársegéd, MOGI
Napjainkban a számítástechnikai ezközök teljesítménye lehetővé teszi bonyolult folyamatok
elvégzését. A jelen feladatait egyre nagyobb mértékben veszik át a számítógépek, így segítve
az ember munkáját. A TDK témámnak egy modellezési feladatot választottam, amely egy
modell identifikációs feladattal zárult. A modellezési és a modell identifikációs feladatok
sorosan összefüggnek, nem lineáris rendszerek identifikálásához sokszor modellt készítenek. A
nem linearitás mértékének növekedésével egyre jobb modellek szükségesek az
identifikáláshoz, másrészt a számítási teljesítmény növekedésével a szükséges modellezés
mértéke folyamatosan csökken. A bemutatott feladatban igyekszem az emberi és számítógép
által végzett munkát összhangba hozni.
A TDK dolgozatom bemutatása során áramlástani, képfeldolgozási és gépi tanulási területeket
érintek. Összehasonlítok egyszerűbb és összetettebb modelleket, megfelelőségüket, előnyeiket
és hátrányaikat.
Kezdetben bemutatom a darts modellezése szempontjából fontos áramlástani összefüggéseket,
darts geometriájának jellemzését ismert áramlástani testek alapján.
Később szót ejtek a kamerával végzett mérésről képfeldolgozásról és mindennapi eszközök
helytállóságáról mérési feladatokban.
Ezt követően darts modelljének pontosítása érdekében gépi tanulás módszereit hívom
segítségül identifikációs feladat megoldásához.
Végül összegzem tapasztalataimat, a felmerülő problémákat, és ötleteket adok a
megoldásukhoz.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
120. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Mintavételes nemlineáris rendszerek stabilitásvizsgálata
(Stability analysis of sampled-data non-linear systems)
Haba Tamás BSc
Konzulens: Dr. Budai Csaba, adjunktus, MOGI
A pozíciószabályozás a mechatronika egyik alapvető feladata, ugyanis a műszaki gyakorlatban
(robotika, automatizálás, telemanipuláció) gyakran egy előírt pozíció elérése vagy egy
meghatározott pálya követése a cél. A szabályozók napjainkban szinte kizárólag számítógép
segítségével kerülnek megvalósításra, melyek jellegükből eredően mintavételes rendszerek.
Tervezésük során kulcsfontosságú szerepet kap a stabilitás kérdése, amely témával a
szakirodalom a szabályozástechnika kezdete óta foglalkozik. A stabilitási kritériumok
felállításához használt modellek bizonyos fizikai jelenségekre csak becslést adnak, vagy
teljesen elhanyagolják azokat. Például a száraz súrlódás hatását stabilizáló jellege miatt a
stabilitásvizsgálat során legtöbbször elhanyagolják. Ezen dolgozat célja a mintavételezés és a
súrlódás hatásainak vizsgálata.
A mechatronika egyik széles körben elterjedt beavatkozó szerve az egyenáramú villamos
motor, így célszerűnek bizonyult egy ilyen eszköz segítségével vizsgálni az effajta
mintavételes, nemlineáris rendszereket. A stabilitásvizsgálat analitikus módszerekkel történő
elvégzéséhez egy matematikai modell állítható fel a kísérleti eszközre. A modell paraméterei
különböző paraméteridentifikációs módszerekkel optimalizálhatók, ezen felül külön vizsgálatra
került a rendszer súrlódási karakterisztikája is. Sikerült kellően pontosan illeszteni a modellt a
motoron végzett mérési adatokhoz, így ebből kiindulva a stabilitásvizsgálatot a matematikai
modellen is el lehetett végezni a stabilitási kritérium felállításával.
A számítási eredmények validálásához egy speciálisan erre a célra tervezett mérőrendszer
készült el. A mérőrendszer képes hard real-time jelfeldolgozásra és szabályozásra,
mindemellett a különböző szabályozási paraméterek (arányos tag, mintavételi idő stb.)
dinamikusan változtathatók működés közben Simulink Desktop Real-Time környezetből. A cél
egy olyan stabilitási térkép felállítása volt, ahol a mintavételezési idő és az arányos tag
függvényében kereshető a stabil paramétertartomány. A hatékonyság növelésének érdekében a
feltérképezés teljesen automatizálva történt, így több száz kísérlet futott le. A stabilitási határ
keresése során az intervallumfelezési algoritmus többdimenziós kiterjesztése segítségével
kevesebb mérés elvégzésével lehetett kellően pontos eredményt elérni.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 121.
Egy szabadságfokú rendszer képfelismerésen alapuló felhőszabályozásának
vizsgálata
(Analysis of an image processing based 1 DoF cloud control system)
Forrai Benedek BSc, Sipos Bence BSc
[email protected], [email protected]
Konzulens: Dr. Korondi Péter, egyetemi tanár, MOGI
Az ipari képfeldolgozás új eredményei egyre pontosabb modellekkel segítik az automatizáció
terjedését; manapság pedig már az sem utópia, hogy egy kamerarendszer ne csak számlálási-
vagy minőségellenőrzési, hanem mozgásszabályozási feladatokban is alkalmazva legyen. A
szabályozás gyors feldolgozást igényel, erre két lehetőség van: az egyik a végpontban történő
feldolgozás, a másik pedig egy központi szerveren vagy egy részleg szerverén való kiértékelés.
A nagy szenzortechnikai cégek prémium termékei azok a kamerák, amelyek
feldolgozóegységgel is bírnak, így megkönnyítve az integrálást, azonban ezek az eszközök
gyakran két-háromszorosába is kerülhetnek ugyanazon gyártó “egyszerű”
kameramegoldásának. A dolgozat célja megvizsgálni, hogy a drágább megoldásra alternatívát
nyújtva, egy dinamikai rendszer milyen feltételek mellett szabályozható távolról lokális
hálózaton lévő vagy felhő alapú feldolgozással.
A vizsgált, egy szabadsági fokú rendszerünk kamera kép alapján szabályoz pozíciót, a
képfeldolgozás a rendszertől távol történik, és csak a beavatkozó jelet kapja vissza a mérési
összeállítás. A szabályozásban nagy problémát jelent az időkésleltetés, és az, hogy a
késleltetésnek sokszor nagy a szórása. Erre vonatkozóan is történtek mérések több eltérő
kommunikációs protokoll és hardver konfiguráció mellett.
A méréseink következtetéseként a feladat bonyolultságának függvényében meghatároztuk,
hogy mely esetekben van létjogosultsága a távoli szabályozásnak mind preformancia, mind
költséghatékonyság szempontjából.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
122. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Állandó mágneses motorok szabályozásának matematikai modellezése
(Mathematical modeling of permanent magnet drive controls)
Tóth-Katona Tamás BSc
Konzulensek: Dr. Budai Csaba, adjunktus, MOGI
Dr. Stumpf Péter Pál, adjunktus AUT
Az állandó mágneses motorok szabályozási módszerei hasonlóak lehetnek egymáshoz, ennek
oka a hasonló fizikai felépítésükből vagy hasonló fizikai jelenségeikből adódik. Ez
megfigyelhető a DC és PMSM motorok szabályozásainak példáján keresztül.
Munkám során a DC motor folytonos idejű kaszkád szabályozását vizsgálom először. Kitérek
az indukált feszültség fontosságára, vizsgálva, hogy milyen rendszerparaméterek esetén
szükséges modellezése és hogyan változtatja meg a sebesség szabályozó tervezését, továbbá
milyen paraméterválasztás mellett elhanyagolható az indukált feszültség hatása.
A DC motor vizsgálata során kapott eredmények felhasználhatóak a PMSM motor
szabályozásához, mivel a PMSM motor mezőorietált szabályozásakor a rendszer nyomaték és
fluxus szabályozása hasonló módon lesz modellezhető, mint a DC motor kaszkád szabályzása.
Az analóg rendszerek hátránya hogy, megvalósítása költségesebb, mint a legtöbb olcsó digitális
megvalósítás. Ebből adódóan érdemes vizsgálni a diszkrét idejű szabályozó tervezését is és
összehasonlítani a folytonos idejű szabályozással.
A diszkrét idejű szabályozás során a visszacsatolás adott idejű mintavételezéssel és a diszkrét
PI szabályzók által adott beavatkozójel nulladrendű tartóként avatkozik be. A DC motor
diszkrét idejű kaszkád szabályzása esetén a P-I stabilitási térképeket vizsgálom a
mintavételezési idő függvényében, figyelembe véve, hogy a belső szabályzási hurok
mintavételezési ideje tizede a külső szabályzási hurok mintavételezésének.
Numerikus számításokkal keresem a legnagyobb mintavételezési időt ami mellett az adott
paraméterű DC motor még stabil működésű lehet, a leggyorsabb beálláshoz tartozó P-I
értékeket a sebességszabályozó és az áramszabályozó huroknak egyaránt. Továbbá a kapott
időállandókat összehasonlítom a folytonos idejű szabályzás időállandóival. Ugyanúgy, mint a
folytonos idejű szabályzás esetén a módszertan felhasználható a PMSM motorok, ezen esetben
diszkrét idejű mező orientált szabályozásában.
Az eddigiek során a szabályzási hurkokat ideálisnak tekintettem, tehát nem volt holtidő, ez
azonban nem elhanyagolható jelenség hiszen a számítások feldolgozása, a mintavételezés mind
időt vesz igénybe, így létrejön holtidő.
A holtidő hatása is figyelembe vehető, a folytonos idejű szabályzásra és a diszkrét idejű
szabályzásra nézve is. Általánosságban elmondható hogy a holtidő csökkenti a rendszer
stabilitását. Ezzel összességében egy irányadó elemzést készítve a permanens mágneses
motorok szabályozásáról.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 123.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
OPTOMECHATRONIKA
Helyszín: D épület 423.
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Várady Géza, egyetemi docens
Titkár: Urbin Ágnes, tanársegéd
Tag: Németh Zoltán, tervező mérnök
Gémesi Szabolcs, vezető világítástechnikai mérnök.
9:00 Hegyes Szilárd Máté
TiO2 rétegleválasztás paramétereinek optimalizálása MWAR rétegek
kialakításához
Konzulensek: Mészáros Gergő, kutatási vezető
Dr. Nagy Balázs Vince, egyetemi docens
9:20 Dominek Márk
Spektrális megjelenítés és virtuális valóság elemzése színvisszaadás és
színminőség vizuális vizsgálatának eszközeként
Konzulens: Dr. Nagy Balázs Vince, egyetemi docens
9:40 Lukács Márk, Lajtos Máté, Ágoston Dorottya
Élelmiszeripari színminták spektrális tulajdonságainak időfüggés
vizsgálata
Konzulensek: Urbin Ágnes, tanársegéd
Dr. Sipos László, egyetemi docens
10:00 Érseki Balázs
HDR fotózás és HDR renderelés összehasonlítása
Konzulens: Pizág Bertalan, doktorandusz
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
124. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
10:20 Harkányi Gábor György
Drón megfigyelés Basler és PTZ kamerákkal
Konzulens: Dr. Ábrahám György, professor emeritus
10:40 Kiss Zsanett
Űrszonda kameráinak optikai vizsgálata
Konzulens: Dr. Nagy Balázs Vince, egyetemi docens
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 125.
TiO2 rétegleválasztás paramétereinek optimalizálása MWAR rétegek
kialakításához
(Optimization of TiO2 thin film deposition for MWAR coatings)
Hegyes Szilárd Máté BSc
Konzulensek: Mészáros Gergő, kutatási vezető, ELI-HU
Dr. Nagy Balázs Vince, egyetemi docens, MOGI
A 2019-es nyári szünetben az ELI-ALPS Lézerkutató intézetben töltöttem a Bsc. képzésembe
foglalt kötelező hat hetes nyári gyakorlatomat, ahol egy nemzetközileg is egyedülálló
kutatóintézet munkájában vettem részt és mindennapjaiba szereztem betekintést.
A gyakorlatomat az ELI-ALPS Tudományos Igazgatóság, Kutatási Technológia Kiszolgáló
Egységen belül választott szakirányomnak megfelelően az optikai műhelyek laborjaiban
végeztem, ahol a laborokban egyedi optikák gyártása-, mérése és egyedi vékonyréteg struktúrák
tervezése, valamint leválasztása a fő feladat. A gyakorlatom során pontosan titán-dioxid rétegek
készítésében és vizsgálatában vettem részt, melyeket különböző technológiákkal és
paraméterekkel alakítunk ki. A feladatom az egyes technológiai paraméterek
rétegtulajdonságokra gyakorolt hatásának vizsgálata, receptúráinak (technológia) kidolgozása
volt, ezzel elősegítve multiréteg struktúrák optimalizációját. Emelet meg kellett ismerkedjek a
leválasztási módszerek mechanizmusaival, a nagyvákuumú vákuumrendszerekkel, a kamra
szabályozási rendszereivel és mérőműszereivel, valamint az ellipszometriás mérési
módszerekkel. A paraméterek megállapítására azért volt szükség, hogy a továbbiakban
szilícium oxid mellett a vele, nagy kontraszttal bíró TiO2-vel is megbízhatóan tudjanak
különböző hullámhossztartományú és struktúrájú antireflexiós rétegeket készíteni.
A vékonyréteg labor egy Pfeiffer Classic 570 típusú nagyvákuum párologtató kamra került
beüzemelésre, ami több különböző technológiai egységgel fel van szerelve. A sokféle
leválasztó forrásnak köszönhetően, de kizárólag fizikai gőzfázisú leválasztással (PVD –
Physical Vapour Deposition) képes vékony rétegek kialakítására. A készülék funkciójánál
fogva képes elektron sugárral megolvasztani az anyagot, amivel nagy olvadáspontú fémek
párologtatása is lehetséges. Emellett lehetőség van az anyagot csónakban (ellenállásfűtéses
forrás) is megolvasztani, illetve kiegészítésként rendelkezik RF és DC vezérelt magnetronos
katódporlasztó (sputtering) forrással is. Ezeket a rétegépítő módszereket továbbá ionnyaláb
forrással (IAD – Ion Assisted Deposition) is lehetséges segíteni. Ezzel a módszerrel bizonyos
keretek között igény szerint változtatható, az elkészült rétegek tömörsége (packing density),
szubsztrátra való tapadása és a törésmutatója is. Jelen konfigurációban kizárólag az ionnyaláb
porlasztásra (ion beam sputtering) nincs lehetőség a mai legprecízebb technológiák közül,
hiszen ez teljesen másfajta folyamatkamra geometriát és vákuumrendszert igényel.
A dolgozatomban a rétegkészítési folyamat egyes lépéseit és a kamra részegységeit, valamint
azok működési mechanizmusait ismertetem. A gyakorlatom során a kamrában lévő összes
forrással végeztem kísérleteket, melyek alapján meghatároztam az optimális rétegleválasztási
beállításokat.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
126. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Spektrális megjelenítés és virtuális valóság elemzése színvisszaadás és
színminőség vizuális vizsgálatának eszközeként
(Exploring Spectral Rendering and VR as a Tool for the Visual Study of
Lighting Color Rendition and Quality)
Dominek Márk MSc
Konzulens: Dr. Nagy Balázs Vince, egyetemi docens, MOGI
A projekt célja, hogy a vizuális tervezés eszközeként használjuk a virtuális valóságot. A
tervezéshez egy 3D modellező szoftvert használunk, egy fizikai alapokon nyugvó renderelő
motorral. Ezzel a valóságot jobban megközelítve tudjuk modellezni pl. egy múzeum helyiség
berendezését, alaposabban tudjuk vizsgálni a fényforrásokat, a színvisszaadást, a különböző
spektrális tulajdonságokat. A virtuálisan megtervezett helyiséget ezek után VR szemüvegbe
helyezve tudjuk megfigyelni, és ebben a környezetben vizsgálni. A projekt célja, hogy a
virtuális megjelenítést minél közelebb hozzuk a valósághoz színtani, fizikai szempontokat
figyelembe véve, valamint megvalósítsunk egy real-time renderelést VR környezetben. A
dolgozatomban bemutatom a virtuális tervezés lépéseit, majd pedig a spektrális renderelés
lehetőségeit vizsgálom.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 127.
Élelmiszeripari színminták spektrális tulajdonságainak időfüggés vizsgálata
(Time dependency analysis of food industry color samples' spectral
properties)
Lukács Márk BSc, Lajtos Máté BSc, Ágoston Dorottya BSc
[email protected], [email protected], [email protected]
Konzulensek: Urbin Ágnes, tanársegéd, MOGI
Dr. Sipos László, egyetemi docens, SzIE
Az érzékszervi bírálók minősítése során rendkívül nagy szereppel bír a színminták színének
pontossága, mivel ezekből készített teszt alapján döntik el, valaki végezhet-e vizuális
vizsgálatot vagy sem. Ezen minták elkészítésére szigorú előírások vannak, ezzel ellentétben a
tárolásukra nem vonatkoznak az előírások. Dolgozatunk célja annak meghatározása, hogy az
idő előrehaladtával a különböző hőmérsékleten tárolt minták színei hogyan változnak, és ha
változnak, milyen paraméterek befolyásolják azt. A tárolási hőmérsékleten túl a vizsgált
paraméterek közé tartozik a minták elkészítéséhez használt víz típusa és a minták színe. Ehhez
a színminták spektrális transzmisszóját ( τ(λ) ) és spektrális reflexióját ( ρ(λ) ) mértük a látható
hullámhossz tartományban, kéthetente. A projekt a Szent István Egyetem Árukezelési és
Érzékszervi Minősítési Tanszék és a MOGI Tanszék együttműködésének keretein belül fut.
Egy színmintasor 11 darab színmintából áll, ezek fokozatos átmenetet képeznek a sor kezdő
színétől (sárga, vagy piros), a színsor végső színéig (kék).
A színmintasorok abban különböznek egymástól, hogy 5 °C-on, vagy 20 °C-on voltak-e
tárolva, melyik a színsor kezdő színe, illetve desztillált-, ioncserélt-, vagy ásványvíz alapú
hordozóközegben van-e a festék feloldva.
A spektrális transzmissziót 5 nm-enként, a spektrális reflexiót pedig 10 nm-enként mértük 380
nm és 740 nm közötti hullámhossz tartományban. A reflexiós méréseket elvégeztük a
spekuláris visszaverődési komponenst belevéve, és ezt kihagyva is.
A mérések elvégzését követően az eredményeket transzmissziós mérés esetén szövegfájlban,
reflexiós mérés esetén excel tábla formájában kaptuk meg. Annak érdekében, hogy minden adat
egységesen álljon rendelkezésre, az adatokat egy pyhtonban írt kóddal dataframe típusú
objektumban tároltuk későbbi számításaink megkönnyítése érdekében.
Miután a mérési eredmények importálásra kerültek, a mérési adatokból kiszámoltuk a
színminták színpontjainak koordinátáit a CIE 1976 L*a*b* színrendszerben és ezek
összehasonlítása alapján tettünk javaslatot a minták tárolására.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
128. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
HDR fotózás és HDR renderelés összehasonlítása
(Comparison of HDR photo shot and HDR rendering)
Érseki Balázs BSc
Konzulens: Pizág Bertalan, doktorandusz, MOGI
A kutatás célja az, hogy megvizsgáljam, számítógépes szimulációval milyen közel tudok jutni
a valósághoz. Ehhez különböző tárgyakról készült HDR fényképeket hasonlítok össze grafikai
szoftverben készült HDR üzemmódú fotorealisztikus képekkel. Ahhoz, hogy a jelenetek a
szimulációban és a valóságban leginkább megközelítsék egymást, 3D nyomtatott tárgyakat
használok. Az elkészült képeket végül matematikai módszerekkel hasonlítom össze, a
hasonlóságok és különbségek azonosításához.
A HDR azaz magas dinamikatartományú képek alapvetően abban különböznek a hagyományos
fényképektől, hogy az egy pixelen tárolt információ magas dinamikatartományú, azaz
jelentősen meghaladja a 8-10 bites lineáris ábrázolás biztosította tartományt. HDR képek
előállításához ugyanabból a beállításból készült különböző expozíciós idejű fotók szükségesek,
amiket számítógéppel feldolgozva lehet HDR képpé összeállítani.
A szimulációt OpenGL könyvtár használatával készítem el. Az OpenGL a videokártya
közvetlen programozását lehetővé tevő függvénygyűjtemény. Ezt C++ nyelvvel kombinálva
használom.
A HDR képek készítéséhez a tanszék által biztosított Basler ipari kamerákat alkalmazom, az
egyedi fotókat különféle eljárásokkal konvertálva HDR képekké. A felvételeket tervezett,
színes LED világítás mellett készítem. Az OpenGL környezetben ehhez hasonló megvilágítást
definiálok, és HDR render eljárást alkalmazva készítem el a képek szimulált megfelelőit.
Az összehasonlítást statisztikai alapon végzem, kiemelve a képek hasonló és eltérő részleteit,
és magyarázatot keresni ennek okaira. Végül pedig értékelni a szimulációs szoftver
alkalmasságát fizikai szimulációk végzésére.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 129.
Drón megfigyelés Basler és PTZ kamerákkal
(Drone detection with Basler and PTZ cameras)
Harkányi Gábor György MSc
Konzulens: Dr. Ábrahám György, professor emeritus, MOGI
A dolgozat egy drónok optikai megfigyelésével foglalkozó projekthez kapcsolódva készül.
Ennek a projektnek a célja, hogy nagylátószögű kamerákkal észleljék tiszta égbolton drónok
megjelenését szabad (nem városi) környezetben, majd teleobjektíves, mozgatott rendszerrel
kövessék a drón mozgását, és osztályozzák az objektumot a nagyfelbontású kép alapján.
A projekthez csatlakozásom első fázisában Basler kamerák álltak rendelkezésre, így ezekkel
készültek repülő drónokról felvételek, és a Basler kamerák képkinyeréséhez lett szoftver
fejlesztve. Később átálltunk a végleges rendszerbe is kerülő PTZ kamerák használatára,
melyekkel már pozícionálni is lehet.
A képfeldolgozási feladat három fázisra osztható:
1. A nagylátószögű kamerán a megjelenő drón detektálása, a pozíciójáról kimenő jel képzése
és a vezérlés átadása.
2. A kapott pozícióra a mozgatott teleobjektíves kamerával ráállás, és a drón képközépen
tartása.
3. A nagyfelbontású kép elemzése: a drón nagyságának és típusának megállapítása.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
130. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Űrszonda kameráinak optikai vizsgálata
(Asteroid framing camera optical performance test)
Kiss Zsanett MSc
Konzulens: Dr. Nagy Balázs Vince, egyetemi docens, MOGI
Az ipari képfeldolgozás új eredményei egyre pontosabb modellekkel segítik az automatizáció
terjedését; manapság pedig már az sem utópia, hogy egy kamerarendszer ne csak számlálási-
vagy minőségellenőrzési, hanem mozgásszabályozási feladatokban is alkalmazva legyen. A
szabályozás gyors feldolgozást igényel, erre két lehetőség van: az egyik a végpontban történő
feldolgozás, a másik pedig egy központi szerveren vagy egy részleg szerverén való kiértékelés.
A nagy szenzortechnikai cégek prémium termékei azok a kamerák, amelyek
feldolgozóegységgel is bírnak, így megkönnyítve az integrálást, azonban ezek az eszközök
gyakran két-háromszorosába is kerülhetnek ugyanazon gyártó “egyszerű”
kameramegoldásának. A dolgozat célja megvizsgálni, hogy a drágább megoldásra alternatívát
nyújtva, egy dinamikai rendszer milyen feltételek mellett szabályozható távolról lokális
hálózaton lévő vagy felhő alapú feldolgozással.
A vizsgált, egy szabadsági fokú rendszerünk kamera kép alapján szabályoz pozíciót, a
képfeldolgozás a rendszertől távol történik, és csak a beavatkozó jelet kapja vissza a mérési
összeállítás. A szabályozásban nagy problémát jelent az időkésleltetés, és az, hogy a
késleltetésnek sokszor nagy a szórása. Erre vonatkozóan is történtek mérések több eltérő
kommunikációs protokoll és hardver konfiguráció mellett.
A méréseink következtetéseként a feladat bonyolultságának függvényében meghatároztuk,
hogy mely esetekben van létjogosultsága a távoli szabályozásnak mind preformancia, mind
költséghatékonyság szempontjából. Munkám során a göttingeni Max Planck Institut für
Sonnensystemforschung egy kutatócsoportjával dolgozhattam együtt, akik űrkamerákat
készítenek fel és küldetéseik során alapvetően aszteroidák és üstökösök felszínéről készítenek
felvételeket. Munkám során részt vehettem egy új projekt előkészületeiben. A csapat két
kamerát készít fel a HERA nevű küldetésre, mely során aszteroidák felszínét fogják vizsgálni.
A kamerák kilövése előtti készületek során optikai tesztekkel vizsgáltuk a CCD detektor és a
szűrők optikai tulajdonságait. A mérések során vizsgáltuk a kamerák elektronikájának
előfeszítését, sötét áramot mértünk, vizsgáltuk a homogenitását a rendszereknek, a detektorok
linearitását, a detektor kiürítését, valamint a pontszórásfüggvényeket. Dolgozatom során
bemutatom a méréseket, valamint az általam készített kiértékelő algoritmusokat. Az
eredményeknek fontos szerepük van a döntésben, hogy a küldetés megvalósul-e, ezen kívül a
későbbi képek feldolgozásához is segítséget adnak.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 131.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
ORVOSTECHNIKA
Helyszín: Mt épület, Anyagvizsgáló labor
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Prof. Mészáros István, egyetemi tanár
Titkár: Károly Dóra, tanársegéd
Tag: Dr. Berecz Tibor, adjunktus
Andorfi Tamás, optometrista, egészségügyi mérnök
Maróti János Endre, doktorandusz
9:00 Szalai Enikő
Kiterjedt csonthiányos környezetben alkalmazott vápakosarak rögzítését
szolgáló csavarok végeselem vizsgálata
Konzulensek: Dr. Sződy Róbert, főorvos (POTI)
Dr. Borbás Lajos, professzor emeritusz (EDUTUS)
Dr. Váradi Károly, egyetemi tanár (GT3)
9:20 Teremi Zsuzsanna
Additívan gyártott szentek
Konzulens: Károly Dóra, tanársegéd
9:40 Izsó Izabella
Koszorúérsztent bevonatok fejlesztési lehetőségei
Konzulens: Asztalos Lilla, doktorandusz
10:00 Szünet
10:20 Mészáros Fanni
Állati anatómiai modell tervezése, intubációs folyamatok gyakorlására
Konzulens: Pammer Dávid, tanársegéd
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
132. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
10:40 Leveles Borbála
Tetoválótűhegyek károsodása
Konzulens: Asztalos Lilla, doktorandusz
11:00 Simon Ágota
Törött ortopédiai implantátumok károsodásanalízise
Konzulens: Asztalos Lilla, doktorandusz
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 133.
Kiterjedt csonthiányos környezetben alkalmazott vápakosarak rögzítését szolgáló csavarok
végeselem vizsgálata
(Finite element analysis of screws for fastening acetabular cages used in extensive bone
deficiency environments)
Szalai Enikő MSc
Konzulensek: Dr. Sződy Róbert, főorvos, Országos Traumatológiai Intézet
Dr. Borbás Lajos, professzor emeritusz, EDUTUS
Dr. Váradi Károly, egyetemi tanár, GT3
A tanulmány az ortopéd csavarok viselkedésével foglalkozik vápakosár beépítésének
környezetében. A vizsgálat során tengelyirányú átmenő furattal rendelkező és hagyományos
ortopéd csavarokat hasonlítunk össze. A cél az, hogy felderítsük, érdemes-e kanülált csavart
alkalmazni, az adott, medence környéki terhelések mellett, valamint hogy megvizsgáljuk,
hogyan viselkednek a furatos csavarok a csonthiányos környezetben összehasonlítva a
hagyományos csavarokkal.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
134. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Additívan gyártott szentek
(Additive manufactured stents)
Teremi Zsuzsanna MSc
Konzulens: Károly Dóra, tanársegéd, ATT
Az utóbbi években robbantak be a köztudatba az additív technológiák eljárásai, ehhez képest
az iparban már évtizedek óta alkalmazzák prototípusok vagy egyedi alkatrészek előállításához.
A hagyományos gyártástechnológiákhoz képest az additív gyártás nagy előnye a költség- és
időhatékonyság mellett a környezettudatosság is. Alkalmazásuk az implantátumok és egyedi
segédeszközök, műtéti készülékek gyártásában kézenfekvő, hiszen a korszerű informatikai
rendszereket felhasználva egyénre szabott megoldásokat nyújtanak.
A sztentek olyan különleges felépítésű szövetbarát fémhálók, amelyeket a különböző okok
miatt beszűkült érszakaszba helyezve, az erek falát széttartva és megtámasztva a vér megfelelő
áramlását biztosítják. Gyártástechnológiai szempontból a sztentek vagy huzalból
mikrohegesztéssel vagy csőből lézersugaras vágással és különböző befejező
felületkezelésekkel készülnek. Az additív gyártástechnológia fejlődésével felmerül a kérdés,
hogy gyártható-e sztent valamilyen 3D nyomtatási technológia segítségével. A kutatás célja
kideríteni, hogy a jelenlegi fémporos DMLS technológiával lehetséges-e sztentek gyártása, és
amennyiben igen, azok milyen funkcionális tulajdonságokkal rendelkeznek.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 135.
Koszorúérsztent bevonatok fejlesztési lehetőségei
(Opportunities for development of coronary stent coatings)
Izsó Izabella MSc
Konzulens: Asztalos Lilla, doktorandusz, ATT
Évente körülbelül 17 millió ember hal meg világszerte szív-és érrendszeri megbetegedésekben,
különösen szívrohamban vagy stroke-ban. A kardiovaszkuláris betegségek csaknem egyenlő
mértékben érintenek férfiakat és nőket is. Bár a szívrohamok és az agyvérzés a világ minden
táján a főbb halálokok közé tartozik, az ilyen okok miatt bekövetkező idő előtti halálesetek kb.
80% -a elkerülhető lenne a fő kockázati tényezők - a dohányzás, az egészségtelen étkezés és a
fizikai inaktivitás – elkerülésével (WHO, 2011).
Ahogy nőtt a beavatkozások száma, úgy egyre több komplikáció merült fel a beültetett
sztentekkel kapcsolatban. Az egyik probléma az in-sztent resztenózis, melynek során az
implantátummal kitágított érszakasz újra összeszűkül, kockáztatva ezáltal a beteg életét. A
másik súlyos probléma a sztent trombózis, amikor a trombociták (vérlemezkék) kitapadnak az
idegentest falára és aktiválódnak, vagyis véralvadást indítanak el, így okozva trombózist. Ezen
problémák orvoslására terjedtek el a 2000-es évek elején az ún. gyógyszerhatóanyagot
kibocsátó sztentek, másnéven DES-ek. Ugyanakkor csak úgy, mint a fémsztentek esetében
ennek a technikának is megvannak a maga hátrányai. A hatóanyagot kibocsátó polimer ugyanis
nem csak a simaizomsejtek proliferációját gátolják, hanem adott esetben akadályozzák a
sztentbordák újraendotelizációját fokozva ezáltál az akut sztent trombózis veszélyt. Ez a
tökéletlen endotelizáció vezet a késői, egy éven túli sztent trombózis kialakulásához, mely
kifejezetten a DES-ekre jellemző. Továbbá ezek a polimerek igen sérülékenyek, akár a tágítás
során is sérülhetnek, nem beszélve ezen sztentek gazdasági és anyagi vonzatairól.
Ezeknek a bevonatoknak rengeteg előnyös és hátrányos tulajdonságát tárták már fel kutatások,
de a felületet, mint a polimer delaminálódására való hatását még nem, vagy csak kevesen
vizsgálták.
A kutatás célja a sztentek felületén olyan felületkezelési módszer alkalmazása, amellyel a
bevonatkárosodás mértéke csökkenthető. Továbbá a különböző felületkezelési módszerek
összehasonlítása tömegméréssel, sztereomikroszkóppal és pásztázó elektronmikroszkóppal,
majd egy olyan felületkezelési módszer kidolgozása, mellyel a delaminálódás mértéke
csökkenthető. A kémiai felületkezelésekhez a berendezések és a 316L lapkák az
Anyagtudomány és Technológia Tanszéken rendelkezésemre álltak, valamint a felületkezelés
és a bevonatkészítés minősítéséhez alkalmazható berendezések is.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
136. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Állati anatómiai modell tervezése, intubációs folyamatok gyakorlására
(Design of a canine mannequin for practicing intubation)
Mészáros Fanni MSc
Konzulens: Pammer Dávid, tanársegéd, ATT
Az általános orvostanhallgatók képzése folyamán nagy figyelmet fordítanak a beavatkozások
gyakorlati elsajátítására, a különféle taneszközök szerves részét képezik az oktatásnak. Az
állatorvosi képzés területén is szükséges olyan anatómiai segédeszközök, szimulátorok
alkalmazása, melyek az elméleti tananyag elsajátítását követően segítik a hallgatók hatékony
felkészülését, klinikai tapasztalataik fejlesztését. Ezen eszközök használatának fontossága
abban rejlik, hogy általuk a hallgatók reális képet kapnak a valódi beavatkozások folyamatáról.
Magyarország az állatorvosi anatómiai gyakorló modellek elterjedtségét tekintve még igencsak
gyerekcipőben jár, ennek következményeképp számos kritikus és rutinszerű klinikai
beavatkozás gyakorlása nincs megfelelő módon biztosítva a hallgatók számára. Kutatásunk
középpontjában ezen beavatkozások egyike, az intubáció folyamata, illetve ennek gyakorlását
segítő anatómiai modell megtervezése állt. Munkánk során egy átlagos kutyafajtára nézve
foglalkoztunk a gyakorló modell előállításának lehetőségeivel.
Az egyedi anatómiai gyakorló modellek minden esetben olyan geometriai sajátosságokkal
rendelkeznek, amelyek egy hagyományos gyártósorra tervezett és azon készített rendszerek
esetében nem valósíthatók meg. A projekt idején több prototípust készítettünk, amelyekhez
bonyolultságuk függvényében kerültek kiválasztásra a gyártástechnológiák.
A hagyományos gyártástechnológiáktól eltérő technológiákat használtunk (pl. additív
technológiák), ezekkel ugyanis hatékonyan lehet kisszériás, teljes valóságnak megfelelő
anatómiai modelleket előállítani. A 3D-s modellek alapját a klinikumban használt képalkotó
eljárások, CT és MR felvételek szolgáltatták, melyek kellő részletességgel rendelkeznek a
feldolgozáshoz.
A koncepció kidolgozása során az egyik legfőbb szempontunk az volt, hogy a folyamat később
könnyedén adaptálható legyen más kutyafajtákra, illetve egyéb állatokra is.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 137.
Tetoválótűhegyek károsodása
(Damaging of tattoo needle tips)
Leveles Borbála MSc
Konzulens: Asztalos Lilla, doktorandusz, ATT
Mára már elfogadott tény, hogy a tetoválás nem a bűnözés jelképe, hanem egy művészeti ág,
amely számtalan különböző formában és stílusban kifejezhető. Legtöbbünk ismer tetoválással
rendelkező barátot vagy családtagot, vagy akár saját maga is rendelkezik eggyel. Ezen
tetoválások egyénről egyénre különböző emlékeket, jellegzetességeket vagy személyes
üzeneteteket képviselhetnek.
A tetoválások készítése során vékony tűk segítségével festéket juttatnak be az emberi hámréteg
alá, az irharétegbe. Ez az eljárás egészségügyi szempontból kevéssé kutatott. Egy szalonban
lényegében bárki csinálhat tetoválást, és mivel nem minősül orvostechnikai eljárásnak, nem
szükséges hozzá semmilyen végzettség. Jelenleg nincsen szabadalmazott eljárás sem a tetoválás
menetére, sem az eszközeire, azaz minden művész azzal dolgozik, amivel szeretne, és amit a
gyártók forgalmaznak.
Minden tetoválóművészek által használt tű egyszerhasználatos, több kisebb tűhegyből áll,
amelyeknek a végei a mechanikai igénybevétel hatására károsodnak, „tompulnak”. Jelen
kutatásomban megvizsgálom a tetoválótűket orvostechnikai szempontból, elsősorban a tetováló
tűhegyek károsodására koncentrálva.
A tűhegyeket meghatározott ideig, adott nyomóerővel műbőrön járatom, és adott időközönként
megvizsgálom elektronmikroszkóp alatt a károsodás mértékét. A tűk károsításához egy Riley
típusú tetoválógépet használok, ami a klasszikus modellnek számít. A kutatáshoz 5 tűhegyes
tűket használok fel, amelyek körkörös elrendezésben vannak összeforrasztva a vezetőrúddal.
Kialakításuk a piacon kapható legáltalánosabb változat „standard”, azaz lekerekített kúpos
formájú, a tűhegyek anyaga rozsdamentes acél, a forraszé pedig ón vagy ezüst.
A pásztázó-elektronmikroszkópos képek alapján megvizsgálom, hogy a használat során
mennyire romlik a tűhegy minősége, hogyan tompul a vége. Ez kulcsfontosságú, hiszen ennek
hatására akár pontatlanabbá válhat a tetoválás kontúrja, és a páciensnek is nagyobb fájdalmat
okozhat a művelet. Emellett a forrasztáson megjelenő repedéseket is megvizsgálom, mivel
ennek következtében a tűhegyek jobban kihajlanak. A csorba tűhegyekről pedig akár nikkel és
króm is kerülhetnek a vérkeringésbe, amely allergén reakciókat válthat ki.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
138. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Törött ortopédiai implantátumok károsodásanalízise
(Damage analysis of broken orthopedic implants)
Simon Ágota MSc
Konzulens: Asztalos Lilla, doktorandusz, ATT
Témámként a revíziós műtétek során eltávolított csípőimplantátumok vizsgálatát választottam.
Világszerte egyre gyakoribb eljárás a csípőízület protézissel való pótlása. A protézis egy
szárból, egy fejből illetve egy vápából épül fel. A protézis szára lesz a femurba helyezve, a feje
a femur fejét fogja helyettesíteni, amely a vápába fog illeszkedni.
A leggyakoribb anyag amiből készül a protézis az a titán vagy a rozsdamentes acél ötvözete, de
létezik még fém illetve kerámia együttes alkalmazása is. A protézist többféleképpen lehet
rögzíteni a csontba. Az egyik ilyen technika a cementezés, a másik pedig a protézis préselése a
csontszerkezetbe.
Egy csípőprotézis átlagos életkora 20-25 év. Vannak olyan betegek, akik 30 év múlva is
panaszmentesek, illetve olyanok, akik pár éven belül a protézis károsodásával jelentkeznek. A
károsodást kiváltó ok többféle lehet. A károsodás lehet a protézis fej kificamodása a vápából,
illetve a protézis törése. A törések leggyakrabban a nyaki szakaszon következnek be, és
nagyrészt a férfiak esetében a fizikai igénybevétel miatt, de a protézis szára is törhet a femurban,
és akár a femurral együtt is.
A törést kiváltó ok, lehet a kor előrehaladtával jelentkező csontritkulás, de akár egy nem
megfelelő illesztés, vagy a protézis nem rendeltetésszerű használata is. A sérült protézist egy
revíziós műtét során távolítják el, és helyettesítik egy új protézissel.
Ilyen revíziós műtétből származó implantátumokat fogok megvizsgálni. Az implantátumok
között lesz egy eltört protézis szár, egy vápa, illetve egy eltört ortopédiai rögzítő eszköz. A
vizsgálat során fraktográfiai analízist fogok elvégezni. Az ortopédiai rögzítő eszköz esetében
az eszközön található bevonat kopását is vizsgálni fogom, ennek az okát, lehetséges hatását a
törésre.
A fraktográfiai vizsgálat során az implantátumokat optikai mikroszkóppal, elektron
mikroszkóppal, illetve röntgen mikroszkóppal is elemezni fogom. Az implantátumokon további
kémiai és metallográfiai anyagösszetétel szerint is vizsgálni fogom, illetve célom az anyag
keménységének és szakítási jellemzőinek a meghatározása. A metallográfiai vizsgálat során az
anyag összetételét tudom megállapítani a szemcseméret segítségével, melyet maratás után
kapok meg. A szakítóvizsgálathoz az implantátum szárából egy szakító próbatest lesz
megmunkálva, ezt a próbatestet fogom elszakítani. Minden elért eredményt a szabványban
előírt értékekkel össze fogok hasonlítani.
Vizsgálataim végére, az eredményekből következtetni szeretnék a törést illetve károsodást
kiváltó okra illetve, hogy a beteg mit tehetett volna azért, hogy a károsodás ne történjen meg.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 139.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
POLIMER ANYAGTUDOMÁNY
Helyszín: MT épület Polimertechnika Tanszék laborelőadó
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Prof. Dr. Vas László Mihály, címzetes egyetemi tanár
Titkár: Dr. Hajba Sándor, adjunktus
Tag: Dr. Meiszel László, tanácsadó, Polinvent Kft.
Dr. Molnár Kolos, adjunktus
9:00 Kiss Csanád
Határfázisok vizsgálata bazaltszál erősítésű, fröccsöntött kompozitokban
Konzulensek: Dr. Mészáros László, egyetemi docens
Petrény Roland, PhD hallgató
9:20 György Levente, Sipos Bence
Polimer felület spektrális reflexióján alapuló anyagfelismerés, gépi tanulás
használatával
Konzulens: Dr. Mészáros László, egyetemi docens
9:40 Kiss Zsolt
FDM gyártástechnológiával készült poliamid mátrixú szénszálas
kompozitok időfüggő mechanikai tulajdonságainak vizsgálata
Konzulensek: Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus
Dr. Bakonyi Péter, adjunktus
10:00 Szuchács Anna
Ráfröccsöntéssel készült alkatrész szimulációs modelljének létrehozása
Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens
Boros Róbert, PhD hallgató
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
140. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
10:20 Keszei Kitti
Protézis anyagok újszerű gyártástechnológiája
Konzulensek: Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus
Dr. Szebényi Gábor, adjunktus
Ureczki Ágnes, PhD hallgató
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 141.
Határfázisok vizsgálata bazaltszál erősítésű, fröccsöntött kompozitokban
(Investigation of the boundary phases in injected composites reinforced
with basalt fiber)
Kiss Csanád MSc
Konzulensek: Dr. Mészáros László, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
Petrény Roland, PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék
Manapság, ha polimer rendszerekről, termékekről beszélünk, igen nagy eséllyel egy polimer
kompozitról van szó. Ugyanis igen nagy teret hódítottak a tudományos és mindennapi életben
egyaránt. Ez köszönhető az igen jó mechanikai tulajdonságainak, amelyet legalább két,
egymástól valamilyen tulajdonságában eltérő anyag párosításával tudnak elérni. Azonban az
adott termék végső jellemzői nem csak ezen két alkotó saját jellemzőitől függnek. Bár a mátrix
és erősítő anyag tulajdonságai igen erősen hatnak erre, ugyanilyen fontos hatása van a két alkotó
„között” fellelhető inhomogén fázisnak, amelyet a szakirodalom „határfázisnak” nevezett el
[1]. Ennek tulajdonságai nagyban függnek a mátrixanyagtól és az erősítő anyagtól, valamint
azok kölcsönhatásától azonban ennek sajátosságai önmagában is hozzájárulnak a végső
terméktulajdonságok kialakulásához.
Korábbi kutatások során több anyagpárosítás során is vizsgálták az ott kialakult határfázisok
tulajdonságait [2], amelyek során többek között megállapították, hogy a mátrix anyaga
befolyással bír a határfázis nagyságára, valamint, hogy ez anyagi tulajdonságokat tekintve
egyfajta átmenet a mátrix és az erősítő anyag között.
Kompozit mintámnak rendre poliamid 6 valamint politejsav volt a mátrixa, valamint bazaltszál
volt az erősítő anyaga. A szakirodalomban egyelőre ezek kevéssé vizsgált anyagpárosítások,
így vizsgálatoknak vetettem alá a mintáimat. Ezek során igyekeztem föltárni a határfázis
viselkedését és tulajdonságait. Ehhez differenciális pásztázó kalorimetriás vizsgálatokat és
atomerő mikroszkópos méréseket végeztem. Ugyanis a szakirodalomban megfogalmazott
tulajdonság átmeneteket ez a két vizsgálat jól ki tudja mutatni [2].
Az eredmények, hasonlóan a szakirodalmakhoz, jól bemutatják az inhomogén határfázis
jelenlétét és tulajdonságait, valamint arra enged következtetni, hogy az általunk használt mátrix
és erősítő anyagpárosítás igen jól használható egy kompozit rendszerben, mint anyagpárosítás.
Irodalom:
[1] Papanicolau, G. C., Theocaris, P. S., Spathis, G. D.: Adhesion efficiency between phases
in fibre-reinforced polymers by means of the concept of boundary interphase. Colloid &
Polymer Science, vol. 258, 1231-1237. (1980).
[2] Seiler, J., Kindersberger, J.: Insight into the Interphase in Polymer Nanocomposites. IEEE
Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 21, no. 2, 537-547 (2014).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
142. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Polimer felület spektrális reflexióján alapuló anyagfelismerés, gépi tanulás
használatával
(Material recognition based on spectral reflection of polymer surface using
machine learning)
György Levente BSc, Sipos Bence BSc
[email protected], [email protected]
Konzulens: Dr. Mészáros László, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
2017-re a világ teljes polimer előállítása meghaladta a 348 millió tonnát [1], amelynek egy része
sajnos mindenféle minőségellenőrzés nélkül hagyja el a gyárakat és egészen a végfelhasználóig
nem történik semmiféle vizsgálat. A minőség-ellenőrzés egyik formája, amikor az anyag
összetételét ellenőrzik spektroszkópiai úton. Az ilyen típusú technológia bevezetése és
üzemeltetése napjainkban igen költséges.
A minőség-ellenőrzéskor azonban nem feltétlenül szükséges az anyagok kémiai szerkezetének
azonosítása, az is elegendő, ha a maga a spektrum egyezik. Ilyen megközelítés alapján a gépi
tanuló algoritmusok használata kiválóan alkalmas erre a célra. Az ilyen típusú adatfeldolgozás
nem igényli a spektroszkóp abszolút pontosságát, csupán a mérés reprodukálhatósága lényeges.
Ez lehetőséget ad olyan, a jelenlegieknél lényegesen olcsóbb eszközök használatára, amelyek
lehetővé teszik a spektroszkópia használatát olyan területeken is, ahol eddig még nem volt
gazdaságos. A gondot itt az jelenti, hogy kis mintaszám esetén kevésé alkalmazható.
A dolgozat célja egy olyan kiértékelő algoritmus fejlesztése, amivel roncsolásmentesen,
gyorsan, meg tudunk különböztetni különböző polimereket egymástól. A minták
megkülönböztetése a róluk visszavert fény spektrális eloszlásán alapul. Az újítást nem a
spektroszkóp [2] ilyen célra történő alkalmazás adja, hanem az adatok kiértékelésének újszerű
megközelítése. A kiértékelés nehézségét a kevés tanító adat okozza, mivel alacsony mintaszám
mellett nehéz a gépi tanuló algoritmusok használata. A spektroszkópból származó
tanítómintákat ún. one-shot [3][4] technikával dolgozzuk fel, ez lehetővé teszi, hogy kevés
tanítóminta segítségével is meg tudjuk különböztetni a kívánt anyagokat, anélkül, hogy több
száz mérést kellene végezni az adatok gyűjtése során.
Irodalom:
[1] https://www.plasticseurope.org/application/files/6315/4510/9658/Plastics_the_facts_
2018_AF_web.pdf (2019.09.24.)
[2] Siesler H. W.: Near‐infrared spectroscopy of polymers. Makromolekulare Chemie.
Macromolecular Symposia, 52 (1991) 113-129.
[3] Yan L., Zheng Y., Cao J.: Few-shot learning for short text classification. Multimedia
Tools and Applications, 77 (2018) 29799-29810.
[4] Koch G.: Siamese neural networks for one-shot image recognition. MSc Thesis,
University of Toronto (2015).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 143.
FDM gyártástechnológiával készült poliamid mátrixú szénszálas
kompozitok időfüggő mechanikai tulajdonságainak vizsgálata
(Analysis of the creep properties of polyamide matrix carbon fibre
reinforced composites produced with FDM)
Kiss Zsolt BSc
Konzulensek: Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Dr. Bakonyi Péter, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
A polimereknek és azok gyártástechnológiáinak nagy szerepük van az életünkben, hiszen
számos műanyag termék van jelen környezetünkben és nélkülük már-már elképzelhetetlenné
válnának mindennapjaink. A polimereket természetesen nem csak magukban használjuk,
hanem kompozitként, társítva más anyagokkal akár polimerekkel, fémekkel vagy akár
kerámiákkal. A kompozitok megjelennek a járműiparban, repülőgépiparban és minden olyan
helyen, ahol nagy mechanikai terhelést kell kibírni és viszonylag kis tömegű termékre van
szükségünk. Még hőre lágyuló mátrix esetén is sokféle polimer kompozit gyártástechnológia
létezik ilyen például a préselés és fröccsöntés, viszont az additív gyártástechnológiával történő
kompozitgyártás viszonylag új technológia, ezért ismertsége csekély, pedig használata sok
előnnyel járhat.
Az additív gyártástechnológiának köszönhetően új irányok jelenhettek meg a
terméktervezésben és a prototípusgyártásban. Ami eddig túl bonyolultnak vagy
kivitelezhetetlennek tűnt szerszámozás szempontjából az ezzel a technológiával egyszerűen
legyártható. Nem beszélve arról, hogy rengeteg pénzt spórolhatunk, ha ezzel készítünk
prototípust, hiszen a szerszámgyártás idejét és költségét is megtudjuk általa spórolni. Sokszor
használjuk csak vizuális modellnek a nyomtatott termékeket, de az utóbbi időben egyre
nagyobb mértékben kerülnek felhasználásra funkcionális modellként, illetve végtermékként.
[1].
Az egyik leggyakoribb additív gyártástechnológia az ömledékrétegzés, röviden FDM (Fused
Deposition Modeling) technológia. Ez a technológia terjedt el az otthon használatos hobbi 3D
nyomtatók körében is kiemelkedő ár-érték arányának köszönhetően. A fröccsöntéshez
hasonlóan termoplasztikus polimert használunk az FDM technológiához is. A nyomtatott
kompozit terméknek egyik nagy előnye, hogy a termék minden rétegében beállítható az
erősítőszálak orientációja, amíg fröccsöntésnél a rövid, töredezett szálak orientációja a termék
középső (mag) részében többnyire szabálytalan [1, 2].
A polimer termékeket és így a nyomtatott termékeket is többnyire deformációra méretezzük,
ezért fontos ismerni az időfüggő mechanikai tulajdonságaikat is. A dolgozatom célja az
ömledékrétegzéssel nyomtatott, szénszállal erősített poliamid kompozitok kúszásvizsgálatával
meghatározni azok időfüggő mechanikai tulajdonságait.
Irodalom:
[1] Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai, Műegyetemi Kiadó,
Budapest, 2007
[2] Gebhardt A.: Understanding Additive Manufacturing, Hanser, München (2011)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
144. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Ráfröccsöntéssel készült alkatrész szimulációs modelljének létrehozása
(Development of a simulation model for overmolded component)
Szuchács Anna MSc
Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
Boros Róbert, PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék
Manapság az autógyártás területén fontos a súlycsökkentés, és még fontosabb szerepet kapott
az újrahasznosíthatóság. A T-RTM technológia segítségével nagy méretű, hőre lágyuló mátrixú
kompozit alkatrészek gyárthatók. Az így létrehozott termékek újrahasznosíthatók és fém
alkatrészeket kiváltva jelentős súlycsökkentés érhető el. A T-RTM technológiával létrehozott
alkatrészek egyszerű kialakításúak, ezért a nagy méretű termékek merevsége utólagos
bordázással növelhető. A bordák ráfröccsöntés segítségével alakíthatók ki, ha a két anyag
között megfelelő hegedés jön létre [1,2].
A fröccsöntési technológiák vizsgálati lehetősége a fröccsöntési szimuláció, amellyel fejlesztési
folyamatok meggyorsíthatók, illetve olcsóbbá tehetők. Segítségével sok olyan hasznos
információ kinyerhető, amelyet a gyakorlatban nem, vagy csak nagyon költségesen kaphatunk
meg. Egy jól beállított szimulációval a továbbfejlesztés iránya is megállapítható. A fröccsöntési
szimulációs programokkal lehetőség van ráfröccsöntés vizsgálatára is, bár csak korlátok között.
A hegedés erősségének leírása szimuláció segítségével még nem megoldott, így azt előre
jósolni ilyen módon nem lehet.
A TDK dolgozatom célja megállapítani azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a
szimulációk eredményeit. Az így kapott információk alapján létrehozok egy olyan szimulációs
modellt, amely a valósághoz legjobban hasonlít, így az érintkező felületen létrejövő állapotokat
megfelelően leírja, és a kötés erősségégének vizsgálatához a későbbiekben jól használható.
Irodalom:
[1] R. Boros, P. K. Rajamani, és J. G. Kovács, „Thermoplastic Overmolding onto Injection-
Molded and In Situ Polymerization-Based Polyamides”, Materials, köt. 11, sz. 11, okt.
2018.
[2] Multicomponent Technologies Request PDF”, ResearchGate. [Online]. Elérhető:
https://www.researchgate.net/publication/289229299_Multicomponent_Technologies.
[Elérés: 19-márc-2019].
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 145.
Protézis anyagok újszerű gyártástechnológiája
(Novel production technology of prosthesis materials)
Keszei Kitti MSc
Konzulensek: Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Dr. Szebényi Gábor, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Ureczki Ágnes, PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék
A polimer anyagok használatának nagy jelentősége van az orvostechnikában. Mind az
alapanyagokat, mind a felhasználási területeket nézve rendkívül széles a skála. A különböző
anyagok használata lehetővé teszi a különböző, egészségügyben használt területekhez
kapcsolódó követelmények kielégítését. Ennek eredményeképp egyre nagyobb hangsúlyt kap
alkalmazásuk a különböző implantátumok esetén is. [1]
Az additív gyártástechnológiákat az 1987-es megjelenése óta, számtalan területen használják
egyre növekvő tendenciával. [2] A 3D nyomtatás olyan előnyös tulajdonságai miatt, mint a
személyre szabhatóság, bonyolult, egyedi alkatrészek gyárthatósága, vagy amiatt, hogy gyorsan
juthatunk el magáig, a késztermékig, nagy jelentőséget kapott az egészségügyben is. A 3D
nyomtatási technológiát rendkívül sok területen használják az orvostechnikán belül, amelyek
közül dolgozatom során a koponyaimplantátumokra összpontosítok.
A 3D nyomtathatóság feltétele, hogy a létrehozni kívánt geometria .stl fájlformátumban álljon
rendelkezésre. Implantátumok esetén a szükséges formátum közvetlenül orvosi eszköztárból
beszerezhető, CT, MRI segítségével. Ilyenkor a képalkotó rendszerből kinyert adatokat
feldolgozva 3D CAD modellt állítunk elő egy célszoftver segítségével, amiből stl formátumot
generálunk. [3] Így a támogató technológia felhasználásával feltáró műtét nélkül, közvetlenül
és veszteségmentesen tudunk implantátumot létrehozni.
TDK dolgozatomban arra a kérdésre keresem a választ, hogy előállítható-e a megnevezett
technológiával megfelelő ízületi protézis. A munkám során több féle gyártástechnológiával
készült UHMWPE alapanyagot vizsgálok, az eredmények kiértékelése után pedig ajánlásokat
fogalmazok meg.
Irodalom:
[1] Czvikovszky T.-Nagy P.: Polimerek Az Orvostechnikában. Műegyetem Kiadó, Budapest
(2003)
[2] Gebhardt A.: Understanding Additive Manufacturing, Hanser, München (2011)
[3] Naftulin JS, Kimchi EY, Cash SS: Streamlined, Inexpensive 3D Printing of the Brain and
Skull. PLoS ONE, Boston (2015)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
146. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
POLIMER KOMPOZITOK
Helyszín: T épület Polimertechnika Tanszék T201 terem
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Dr. Toldy Andrea, egyetemi docens
Titkár: Dr. Tamás-Bényei Péter, adjunktus
Tag: de Rivo Balázs, fejlesztési csoportvezető, Zoltek Zrt.
Dr. Mezey Zoltán, adjunktus
9:00 Tatár Balázs
Gamma-sugárzással térhálósított polietilén szálak alkalmazása önerősített
kompozitokban
Konzulensek: Dr. Mészáros László, egyetemi docens
Dr. Molnár Kolos, adjunktus
9:20 Virág Ábris Dávid
Üvegszövet erősítésű kompozit lapok deformációjának és
tönkremenetelének szálkötegcella-alapú modellezése
Konzulensek: Dr. Halász Marianna, egyetemi docens
Dr. Vas László Mihály, címzetes egyetemi tanár
Dr. Molnár Kolos, adjunktus
9:40 Fejős András
Égésgátolt T-RTM módszerrel előállított poliamid kompozitok fejlesztése
Konzulensek: Dr. Toldy Andrea, egyetemi docens
Dr. Szebényi Gábor, adjunktus
Pomázi Ákos, PhD hallgató
10:00 Varga László József
Önerősített polipropilén kompozit gyártástechnológiájának fejlesztése
Konzulens: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 147.
10:20 Szabó Bence
Újszerű, poliamid 6 mátrixú elektromosan vezető kompozitok fejlesztése
Konzulensek: Dr. Suplicz András, adjunktus
Semperger Orsolya Viktória, PhD hallgató
10:40 Bugár-Mészáros Márton
Többtengelyű terhelésnek kitett egyirányban erősített polimer kompozitok
szilárdsági paramétereinek meghatározása genetikus algoritmus
segítségével
Konzulensek: Kovács László, PhD hallgató
Dr. Czél Gergely, adjunktus
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
148. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Gamma-sugárzással térhálósított polietilén szálak alkalmazása
önerősített kompozitokban
(Application of gamma-irradiation cross-linked polyethylene fibres in
self-reinforced composites)
Tatár Balázs MSc
Konzulensek: Dr. Mészáros László, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Dr. Molnár Kolos, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
A kompozitok növekvő mértékű felhasználása és a fenntartható fejlődés irányelvei
megkívánják az egyre nagyobb arányú újrahasznosításukat. A hőre lágyuló mátrixú kompozitok
újrahasznosítását és feldolgozását az erősítetlen polimerek nehézségein túl a száltördelődés is
korlátozza. Önerősített kompozitok esetén az újrahasznosítás kérdése megoldott, azonban csak
legfeljebb a mátrix jellemzőivel bíró anyagot kapunk eredményül [1]. Térhálósított szálak
alkalmazása esetén a szál és mátrix kiváló kompatibilitása megmarad, azonban a szálak, a
kialakult keresztkötések miatt megömleszthetetlenek lesznek. Ilyen szálakkal erősített
kompozitok a termoplasztikus polimerek klasszikus feldolgozási technológiáival (fröccsöntés,
extrúzió) is előállíthatók lesznek. Ezeknek a kompozitoknak a könnyebb gyárthatóságon kívül,
alakemlékező képességük is előnyös tulajdonságuk lehetne. A kompozitok felhasználásának és
gyárthatóságának vizsgálata előtt azonban szükséges megvizsgálni, hogy ezekre milyen
hatással vannak a szálak tulajdonságai. Dolgozatomban erre a kérdésre kerestem a választ.
A vizsgálatok alapanyagaként a kissűrűségű polietilént (LDPE) választottam, mert a
molekulaszerkezetében lévő elágazások kifejezetten alkalmassá teszik a nagyenergiájú
besugárzással történő térhálósításra [2].
A kísérletekhez felhasznált szálakat ömledékes szálképzéssel állítottam elő, majd gamma-
sugárzással térhálósítottam. A szálgyártási és besugárzási paramétereket egy korábbi kutatás
alapján állítottam be, így a szálak tulajdonságait már csak ellenőriznem kellett
szakítóvizsgálattal és szálátmérő méréssel. A kompozit mintákat ezekből rétegeléses (film-
stacking) eljárással képeztem, mátrixként LDPE fóliákat használtam. Az így előállított
kompozit próbatesteken pásztázó elektronmikroszkópi (SEM) vizsgálattal ellenőriztem a szálak
épségét a gyártás után. A szálarány ellenőrzésére differenciál pásztázó kalorimetriai (DSC)
vizsgálatot végeztem. A mechanikai tulajdonságokat dinamikus mechanikai vizsgálattal
(DMA) határoztam meg.
Irodalom:
[1] Pickering K. L., Beg M. D. H.: Qualiy and durability of recycled composite materials in
management, recycling and reuse of waste composites. Woodhead Publishing Limited,
Oxford, 2010
[2] Charlesby A.: Atomic Radiation and Polymers, Pergamon Press, New York, 1960
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 149.
Üvegszövet erősítésű kompozit lapok deformációjának és
tönkremenetelének szálkötegcella-alapú modellezése
(Modelling the deformation and the failure process of glass woven fabric
reinforced composite laminates based on Fibre Bundle Cell theory)
Virág Ábris Dávid MSc
Konzulensek: Dr. Halász Marianna, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
Prof. Dr. Vas László Mihály, címzetes egyetemi tanár, Polimertechnika Tanszék
Dr. Molnár Kolos, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Napjainkban széles körben alkalmazunk polimer kompozit szerkezeteket. A sporteszközöktől
kezdve az autó- és repülőgépiparon át az űrkutatásig szinte mindenhol találkozhatunk polimer
kompozit alkatrészekkel, termékekkel. Ennek következtében egyre nagyobb szükség van arra,
hogy már a tervezési fázisban megfelelően pontos ismeretekkel rendelkezzünk a kompozit
szerkezetünk deformációs és tönkremeneteli tulajdonságait illetően.
Jelen dolgozatban a Vas-féle szálkötegcella (Fibre Bundle Cell) modellrendszer segítségével
modelleztem az általam előállított üvegszövet erősítésű térhálós poliészter mátrixú kompozit
lapok egytengelyű húzás hatására bekövetkező deformációs és tönkremeneteli viselkedését, és
azt vizsgáltam, hogy ez a módszer mennyire alkalmas ennek leírására.
Munkám során egyrétegű kompozit lapokat készítettem, majd a lapokból kivágott mintákon
egytengelyű húzóvizsgálatot végeztem. Ezt követően az eredményeket a szálkötegcella elmélet
felhasználásával modelleztem. Végül megvizsgáltam, hogy a modellel meghatározott
eredmények milyen kapcsolatban vannak a mérési eredményekkel, azaz a modell milyen
pontossággal írja le a szöveterősítésű kompozit lapok tényleges mechanikai viselkedését és a
vizsgálat során bekövetkező teljes tönkremeneteli folyamatot.
Irodalom:
[1] Vas L. M.: Idealizált statisztikus szálkötegcellák és alkalmazásuk szálas szerkezetek,
kompozitok modellezésére. MTA doktori értekezés (2007).
[2] Vas L.M., Tamás P.: Modelling Method Based on Idealised Fibre Bundles. Plastics,
Rubber and Composites, 37, 233-239 (2008).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
150. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Égésgátolt T-RTM módszerrel előállított poliamid kompozitok fejlesztése
(Development of flame-retardant T-RTM polyamide composites)
Fejős András BSc
Konzulensek: Dr. Toldy Andrea, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
Dr. Szebényi Gábor, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Pomázi Ákos, PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék
Napjaink egyik potenciálisan legígéretesebb kompozitgyártási technológiája a poliamid in situ
polimerizációján alapuló T-RTM technológia, ahol az erősítőanyagot a poliamid
monomerjének kis viszkozitású ömledékével impregnáljuk, majd az a szerszámban
polimerizálódik. A kapott termék jól újrahasznosítható, azonban az autóipari felhasználáshoz
elengedhetetlen, hogy megfelelő égésgátlással is rendelkezzen. A kutatás célja olyan ϵ-
kaprolaktám alapú, T-RTM technológiával gyártott poliamid mátrixú kompozitokhoz
alkalmazható égésgátolt összetétel, és később égésgátló bevonat fejlesztése, amely szerszámban
történő bevonatolással felvihető (in mould coating) ϵ-kaprolaktám in-situ polimerizációjával
előállított szálerősített poliamid kompozitok felületére a T-RTM módszerrel történő gyártás
során. A technológiai megvalósítás szempontjából jelentős előrelépést jelent, hogy a termék fő
komponensének bejuttatása a szerszámba és a bevonat kialakítása ugyanabban a
gyártóegységben történik meg, ami mind a hatékonyság szempontjából, mind munkavédelmi
szempontból előnyös.
A megvalósítás során a hagyományos additív és a reaktív égésgátlási módszereket is
kipróbáljuk, előtérbe helyezve a foszfortartalmú, környezetbarát égésgátlók alkalmazását.
Az előállított bevonatokat először a termoanalitikai, éghetőségi eredményeket alapján szűrjük,
majd a legjobb eredményt elérő bevonatokat szénszállal szálerősített polimer kompozitok
felületére is felvisszük in mould coating módszerrel, és vizsgáljuk a kompozitok éghetőségét
és mechanikai tulajdonságait.
Irodalom:
[1] Wu Z. Y., Xu W., Xia J. K., Liu Y. C., Wu Q. X., Xu W. J.: Flame retardant polyamide
6 by in situ polymerization of ε-caprolactam in the presence of melamine derivatives.
Chinese Chemical Letters, 2008, 19(2):241-244. doi:10.1016/j.cclet.2007.12.012
[2] Vasiljević J., Čolović M., Jerman I., Simončič B., Demšar A., Samaki Y., Šobak M., Šest
E., Golja B., Leskovšek M-, Bukošek V., Medved J., Barbalini M., Malucelli G., Bolka
S.: In situ prepared polyamide 6/DOPO-derivative nanocomposite for melt-spinning of
flame retardant textile filaments, Polymer Degradation and Stability, Volume 166, 2019,
Pages 50-59, ISSN 0141-3910, doi:10.1016/j.polymdegradstab.2019.05.011.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 151.
Önerősített polipropilén kompozit gyártástechnológiájának fejlesztése
(Development of the technology of the self-reinforced
polypropylene composites)
Varga László József MSc
Konzulens: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
Az önerősített polimer kompozitok olyan kompozitok, amelyekben a mátrix és az erősítőanyag
is azonos anyagcsaládba tartozó polimer. E kompozitok fejlesztésének kulcskérdése a mátrix
és az erősítőanyag olvadási hőmérséklete közötti különbség növelése, elkerülendő az
erősítőanyag jelentős relaxációját, és így erősítő tulajdonságának jelentős csökkenését. Erre
lehetőséget adhat az amorf poli-alfa-olefinek (APAO) mátrixként történő alkalmazása,
amelynek olvadási hőmérséklete az izotaktikus polipropilén szálak olvadási hőmérsékleténél
lényegesen alacsonyabb. Korábbi TDK-munkámban rámutattam, hogy APAO mátrix
alkalmazásával kis sűrűségű, jó szilárdságú és kiváló energiaelnyelő képességgel rendelkező
kompozit állítható elő magas száltartalom és jó konszolidáció mellett.
Az APAO ugyanakkor nagy folyóképességű, ragadós, rendkívül nehezen kezelhető anyag, ezért
rétegeléses (film-stacking) eljárással kompozitok csak körülményesen állíthatók elő belőle. A
gyártás megkönnyítése érdekében olyan bevonatoló berendezést terveztem, amely a síkfólia
gyártósorra szerelve lehetővé teszi vékony APAO-bevonat közvetlenül az erősítő szövetre
történő extrudálását. Az így készült előgyártmányok rétegeléses eljárással feldolgozhatók. A
kompozitok gyártásának termelékenységét tovább növeli a préselés során a kettős szalagprés
(double-belt press) alkalmazása.
A kutatás során három eltérő folyóképességű APAO-tartalmú ömledékragasztót mátrixként
alkalmazva állítottam elő nagy száltartalmú önerősített kompozitokat kétféle erősítőanyaggal.
Vizsgáltam a mátrix, illetve az erősítőszövet típusának, továbbá a préselési és a vizsgálati
hőmérsékletnek a kompozitok tulajdonságaira gyakorolt hatását. Az elkészült kompozitokat
mechanikai és morfológiai vizsgálatokkal minősítettem.
Irodalom:
[1] Capiati N. J., Porter R. S.: The concept of one polymer composites modelled with high
density polyethylene. Journal of Material Science, 10, 1671-1677 (1975).
[2] Kmetty Á., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Self-reinforced polymeric materials. Progress in
Polymer Science, 35, 1288-1310 (2010).
[3] Bárány T., Izer A., Karger-Kocsis J.: Impact resistance of all-polypropylene composites
composed of alpha and beta modifications. Polymer Testing, 28, 176-182 (2009).
[4] Swolfs Y., Zhang Q., Baets J., Verpoest I.: The influence of process parameters on the
properties of hot compacted self-reinforced polypropylene composites. Applied Science
and Manufacturing, 65, 38-46 (2014).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
152. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Újszerű, poliamid 6 mátrixú elektromosan vezető kompozitok fejlesztése
(Development of novel polyamide 6- based electrically
conductive composites)
Szabó Bence MSc
Konzulensek: Dr. Suplicz András, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Semperger Orsolya Viktória, PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék
Világunkban a polimerek gyártása és feldolgozása folyamatosan bővül. A növekedés fő
hajtóereje a piac igényének kielégítése. 2017-ben a világ teljes műanyag termelése közel 350
millió tonna volt, ezen belül Európa 64,4 millió tonnát mondhat magáénak. A vevők által kívánt
követelmények folyamatosan új kihívásokat biztosítanak a kivitelezők számára, amelyek által
egyre újabb alapanyagok és eljárások fejlődnek ki. A polimerek népszerűsége a költség és
tömegcsökkentésben keresendő, hiszen a műanyagok gazdaságosan vihetők sorozatgyártásba a
hagyományos műanyag feldolgozási technológiákkal [1].
A polimerek alkalmasak töltő- és/vagy erősítőanyagok társításával valamely tulajdonságuk
számunkra előnyös módon történő megváltoztatására. Ezt előszeretettel használjuk ki, azért
hogy a műanyagok felvehessék a versenyt más anyagtípusokkal szemben. Azonban hátrányuk,
hogy a töltőanyagok a polimer mátrixban hajlamosak aggregátumok kialakítására, ezért
kiemeltem nagy figyelmet kell fordítani a megfelelő eloszlatásukra. Többek között erre a
problémára nyújthat megoldást a kaprolaktám in situ polimerizációja. Ugyanis olvadék
állapotban a kaprolaktám 3-5 mPa∙s-os viszkozitása kellő nedvesítést tud biztosítani a kompozit
rendszerben még magas töltőanyag tartalom esetén is.
Habár a műanyagokat a köztudatban szigetelőként tartjuk számon, a műszaki életben gyakran
akadnak olyan termékek, amelyeknél követelmény az adott szintű elektromos vezetőképesség
teljesítése. Az utóbbi időben ezért is vált jelentős kutatási területté a polimerek elektromos
vezetőképességének növelése. A vezetőképes polimer kompozitok alkalmazási területe többek
között elektronikai termékek kisülés elleni védelmére illetve elektromágneses árnyékolásra
terjed ki, de tüzelőanyag-cellák bipoláris lemezének alapanyagaként is használják őket. Ahhoz,
hogy értékelhető vezetőképességet érjünk el meglehetősen magas töltöttség (akár több mint 50
V%) alkalmazása szüksége, ami rontja a feldolgozhatóságot a viszkozitás növekedése által [2].
Kutatómunkám célja, hogy megvizsgáljam a kaprolaktám rendszerek és az elektromosan vezető
töltőanyagok társíthatóságát valamint az alkalmazható feldolgozási módszer kifejlesztését. A
továbbiakban arra a kérdésre keresem a választ, miként befolyásolja nagyobb mennyiségű szén
alapú töltőanyag hozzáadása a kaprolaktám in situ polimerizációs folyamatát. A kialakított
kompozitokon széleskörű vizsgálatokat végezve tárom fel a töltőanyagok hatását a
feldolgozhatóságra, valamint a polimerizált rendszer morfológiájára, feldolgozhatóságára, és
vezetőképességére.
Irodalomjegyzék:
[1] Plastics Europe: Plastics – the Facts 2018.
[2] Bánhegyi Gy., Orbán S.: Villamosan vezető műanyagok fejlesztése és alkalmazása.
Műanyagipari Szemle, 03, 2009.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 153.
Többtengelyű terhelésnek kitett egyirányban erősített polimer kompozitok
szilárdsági paramétereinek meghatározása genetikus algoritmus
segítségével
(Genetic algorithm based determination of the strength parameters of
unidirectional polymer composites under multiaxial loading)
Bugár-Mészáros Márton MSc
Konzulensek: Kovács László, PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék
Dr. Czél Gergely, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
A nagy szilárdságú és kis sűrűségű szerkezeti anyagok iránti igényeknek köszönhetően egyre
nagyobb mennyiségben alkalmaznak szálerősített polimer kompozitokat a repülőgépgyártástól
kezdve a motorsportban, sportszergyártásban és az energetikai iparban. Azonban a nagy
teljesítményű polimer kompozitok széleskörű elterjedését és felhasználását korlátozza a
tönkremeneteli folyamatokat leíró anyagmodellek pontatlansága, bonyolultsága valamint a
kompozitok viselkedésének hiányos ismerete többtengelyű terhelés esetén.
A lemezszerű kompozit szerkezetek tönkremenetelének meghatározásához, síkfeszültségi
állapotot feltételezve, a legegyszerűbb esetben 5 szilárdsági paraméter szükséges, amelyek
egytengelyű mechanikai tesztekből határozhatók meg. Azonban a szálirányú- és szálirányra
merőleges szilárdságok valamint a nyírószilárdság ismerete önmagában nem elegendő, mivel a
műszaki gyakorlatban általában többtengelyű terhelésnek vannak kitéve a szerkezetek és az
egyes feszültségkomponensek egymásra gyakorolt hatása jelentősen befolyásolhatja az anyag
teherviselő képességét. A multiaxiális anyagvizsgáló berendezések rendkívül drágák továbbá a
mérésekhez szükséges speciális próbatestek előállítása is rendkívül erőforrás igényes. Ha mégis
rendelkezésre állnak mérési eredmények multiaxiális tesztekből, akkor hasznos segédeszköz a
méretezéshez egy olyan program, amely adott tönkremeneteli kritérium esetén meghatározza a
szilárdsági és egyéb illesztési paramétereket az egytengelyű és többtengelyű mérési
eredmények együttes figyelemebe vételével.
A dolgozat célja, hogy unidirekcionális kompozitok szilárdsági paramétereit meghatározzam
adott túlélési valószínűség mellett úgy, hogy az egytengelyű mechanikai tesztek eredményei
mellett figyelembe vesszük a többtengelyű terhelésnek kitett UD kompozit tönkremeneteli
feszültség értékeit is. A paramétereket irányított mintavételezést alkalmazva genetikus
algoritmus segítségével határoztam meg az iparban leggyakrabban használt tönkremeneteli
kritérium szerint.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
154. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
POLIMER TECHNOLÓGIA
Helyszín: T épület Polimertechnika Tanszék T200 előadóterem
Időpont: 2019. november 12. 9:00
Elnök: Prof. Dr. Czvikovszky Tibor, professor emeritus
Titkár: Török Dániel, doktorjelölt
Tag: Dr. Szűcs András, technológiai vezető, Cavity Eye Kft.
Dr. Szabó Ferenc, adjunktus
9:00 Urbán Máté, Nemes-Károly István
Újszerű fém-polimer vállízületi implantátum rendszer fejlesztése
Konzulensek: Dr. Szebényi Gábor, adjunktus
Ureczki Ágnes, PhD hallgató
Dr. Kocsis György, tanársegéd
9:20 Fris Dorottya Réka
Végeselemes hálófinomítási eljárás fejlesztése fröccsöntési szimulációs
alkalmazásokhoz
Konzulens: Dr. Szabó Ferenc, adjunktus
9:40 Tóth Csenge
FDM gyártástechnológiával előállított különböző típusú erősítőszálat
tartalmazó kompozit szerkezetek összehasonlító elemzése
Konzulensek: Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus
Dr. Suplicz András, adjunktus
Dr. Szabó Ferenc, adjunktus
10:00 Párizs Richárd Dominik
Utónyomás beállítása belső nyomásgörbék segítségével
Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens
Török Dániel, doktorjelölt
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 155.
10:20 Kovács Mátyás
Indirekt üregnyomás mérési módszer feltételrendszerének kidolgozása
Konzulensek: Dr. Suplicz András, adjunktus
Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus
10:40 Varga László József
Fröccsöntött amorf poli-alfa-olefin mátrixú önerősített kompozitok
fejlesztése
Konzulens: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
156. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Újszerű fém-polimer vállízületi implantátum rendszer fejlesztése
(The developement of a new shoulder joint prosthesis system)
Urbán Máté BSc, Nemes-Károly István MSc
[email protected], [email protected]
Konzulensek: Dr. Szebényi Gábor, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Ureczki Ágnes, PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék
Dr. Kocsis György, tanársegéd, Semmelweis Egyetem Ortopédiai Klinika
Napjainkban a várható életkor kitolódása és a felgyorsuló világban fellépő baleseti sérülések
miatt egyre több esetben van szükség teljes ízületi cserét biztosító implantátum rendszerek
alkalmazására. A leggyakrabban alkalmazott csípőprotézis műtétek mellett igen gyakran kerül
sor az alsó és felső végtagok egyéb ízületeinek, a könyöknek, a térdnek és a vállnak a műtéti
protetizálására a beteg életminőségének javítása, az ízületi funkciók visszaállítása érdekében
[1].
Az ízületi implantátumok alkalmazása évszázados múltra tekint vissza. Míg az első
implantátumok gyakran természetes anyagokból, mint például elefántcsontból készültek, a
helyüket gyorsan átvették a mesterségesen előállított, fém, kerámia és polimer alapanyagú
alkatrészeket tartalmazó rendszerek [2]. A klinikai tapasztalatok alapján egyik egy anyagból
álló rendszer sem hozott átütő sikert, a legjobb túlélési statisztikák és betegtapasztalatok a több
anyagtípus kombinálásával előállított hibrid (általában fém-polimer, fém-kerámia) rendszerek
alkalmazásával születtek. Ugyan napjainkban számos rendszer áll rendelkezésre a különböző
ízületekhez, azonban a tapasztalatok azt mutatják, hogy ezek mindegyike még fejlesztésre
szorul a fellépő problémák, mint például a túlzott kopás és a részben ehhez köthető asszeptikus
kilazulás miatt.
Mind orvosi, mind mérnöki szempontból különös kihívást jelent a vállízület protetizálása a
komplex anatómiai viszonyok, erőhatások, széles és változatos mozgástartomány és az
eredetileg rendkívül kompakt ízület miatti szűkös rendelkezésre álló hely miatt [3]. Kutatásunk
célja a vállízület mérnöki szempontból történő elemzése, orvosi és mérnöki szempontú
követelményrendszer felállítása, majd ez alapján újszerű, nagyobb várható élettartamot
biztosító protézis rendszer és az ehhez szükséges egyéb berendezések kidolgozása, tervezése.
A kidolgozott rendszer prototípusait mechanikai vizsgálatokkal minősítjük, aminek
eredményeit összevetjük a tervezéskor alkalmazott végeselemes modellekkel, hogy
meghatározzuk a továbbfejlesztés főbb irányvonalait és előkészítsük a rendszert a kisszériás
gyártásra, a cadaver és az ezt követő klinikai tesztekre.
Irodalom:
[1] Vízkelety T.: Az ortopédia tankönyve. Semmelweis Kiadó, Budapest (1999).
[2] Steven M. K.: UHMWPE Biomaterials Handbook. Elsevier Inc., Oxford (2016).
[3] Andreas M. H., Small B.: Anatomy and biomechanics of the shoulder. Orthopedic Clinics
of North America, New York (2000).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 157.
Végeselemes hálófinomítási eljárás fejlesztése fröccsöntési
szimulációs alkalmazásokhoz
(Development of finite element simulation software for
injection moulding using mesh refinement)
Fris Dorottya Réka BSc
Konzulens: Dr. Szabó Ferenc, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
A XX. század második felétől a polimerek egyre nagyobb teret hódítottak maguknak a
fogyasztói társadalom iparában. A fröccsöntés egyike a legtermelékenyebb és legszéleskörűbb
polimerfeldolgozási technológiáknak, ami lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy
gyakorlatilag tetszőleges terméket tervezzenek, miközben gyors és költséghatékony gyártást
biztosít. Azonban a megbízható gyártási folyamat érdekében fontos meghatározni a
fröccsöntési paraméterek optimális beállításának „törékeny egyensúlyát”. Ezek a paraméterek
nagyban függenek a tervezett szerszám geometriájától is. A termelékenység növelése
érdekében gyakran használatosak többfészkes szerszámok, amelyek bonyolultabb
elosztócsatorna-rendszerrel bírnak további esetleges hibákat okozva, ha a fröccsöntési
paraméterek nincsenek optimalizálva [1].
Szimulációs szoftverekkel gyorsan és kényelmesen juthatunk előzetes eredményekhez,
felgyorsítva ezzel a tervezési folyamatot. Talán jogosan megkérdőjelezhető az egyes szoftverek
megbízhatósága, különösen akkor, ha bonyolultabb többfészkes rendszert alkalmazunk gyártás
során. A legfrissebb kutatások alátámasztják, hogy a szimulációs szoftverek valóban nem
képesek kielégítő eredményeket produkálni többfészkes szerszámok esetén, ugyanis az
ilyenkor fellépő kitöltési egyenletlenséget például sokkal csekélyebbnek tekintik, mint ami a
valóságban tapasztalható [2, 3].
Kutatásom célja a Moldflow fröccsöntési szimulációs szoftver fejlesztése hálófinomítást
alkalmazva. Célom, hogy a szoftver képes legyen kielégítő eredmények számolására
többfészkes szerszámok esetén is, miközben a szimuláció ideje a lehető legkevesebb maradjon.
[1] Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai, Műegyetemi Kiadó,
Budapest (2000).
[2] Wolbert M.J.: Technical analysis of adjustable melt rotation and numerical analysis of
polymer flow using CFD software. Lehigh University (2007).
[3] Nagy Á.: Development of injection molding simulation system and its material modeling.
Diplomaterv. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika
Tanszék (2016).
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
158. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
FDM gyártástechnológiával előállított különböző típusú erősítőszálat
tartalmazó kompozit szerkezetek összehasonlító elemzése
(Comparative analysis of fiber reinforced thermoplastic composites
fabricated by FDM process)
Tóth Csenge MSc
Konzulensek: Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Dr. Suplicz András, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Dr. Szabó Ferenc, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Az utóbbi években egyre intenzívebb kutatás zajlik az additív gyártástechnológiával előállított
kompozitok témakörében, és az alkalmazható anyagok és a technológia fejlődésének
köszönhetően ezek az eljárások a gyors prototípusgyártás mellett egyre nagyobb szerepet
kapnak végtermékek közvetlen gyártásában is. A kompozitok egyik előnye a nagy fajlagos
terhelhetőség, amely az erősítőszál és a mátrixanyag közti kiváló adhézióval és a szálak
terhelési irányba való rendezésével érhető el. Az additív technológiák segítségével az
erősítőszálak orientációja akár rétegenként változtatható, így az igénybevételi irányoknak
megfelelően erősített termékek gyors gyártása valósítható meg.
Az additív gyártástechnológiák jellemzője, hogy CAD modellből kiindulva, anyaghozzáadás
útján rétegenként hozzák létre a terméket. Ezek között kiemelkedő az ömledékrétegezésen
alapuló (FDM) eljárás, amely során a hőre lágyuló polimer alapanyag (filament) az
extruderfejben megolvad, majd egy szűk fúvókán át a modelltérbe kerülve összeheged az előző
rétegekkel és megszilárdul. FDM technológiával már folytonos és nem folytonos erősítőszálas
kompozitok előállítása is lehetséges. A nem folytonos szálakkal való nyomtatás esetén azonban
problémát okozhat a kritikus szálhossz elérése, amely oka a filament gyártása során fellépő
nagymértékű szálrövidülés [1]. Komplex feladat továbbá az optimális száltartalom megtalálása
is, hiszen bár a nagyobb száltartalom a szilárdság növekedését okozhatja, egyúttal hozzájárul a
szálrövidüléshez is [2]. FDM technológiával számos erősítőanyag és mátrixanyag kombináció
előállítása lehetséges, és ezek között kiemelkedő jelentőségűek a bazalt szállal erősített
politejsav kompozitok, amelyek természetes erőforrásból állíthatók elő.
TDK dolgozatomban FDM gyártástechnológiával készült, vágott szén-, üveg- és bazaltszállal
erősített politejsav kompozit szerkezeteket vizsgálok többféle száltartalom mellett. Az
összehasonlító elemzés során mechanikai, termikus és mikroszkópi vizsgálatokat végzek.
Irodalom:
[1] R.T.L. Ferreira et al.: Experimental characterization and micrography of 3D printed PLA
and PLA reinforced with short carbon fibers. Composites Part B, 124, 88-100 (2017)
[2] H.L. Tekinalp et al.: Highly oriented carbon fiber-polymer composites via additive
manufacturing. Composites Science and Technology, 105, 144-150 (2014)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 159.
Utónyomás beállítása belső nyomásgörbék segítségével
(The adjustment of holding pressure with in-mold pressure curves)
Párizs Richárd Dominik MSc
Konzulensek: Dr. Kovács József Gábor, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
Török Dániel, doktorjelölt, Polimertechnika Tanszék
A 21. században a műanyagok térhódításának következtében a fröccsöntés, mint az egyik
legtermékenyebb polimer feldolgozási eljárás vált népszerűvé. A technológia fejlődésével
nőnek az igények a termelés szabályozásában, egyre több és jobb minőségű terméket kell
előállítani, minél kisebb ciklusidő alatt. Nagyszériás gyártások esetén gyakoriak a többfészkes
szerszámok, amelyekkel egyszerre több termék készíthető egy ciklus alatt ugyanazon a
szerszámon. A többfészkes szerszámok gyártása gazdaságosabb, mint több egyfészkes
szerszámot készíteni [1].
A technológia pontosabb szabályozásáért különböző szenzorok elhelyezésével igyekeznek a
fröccsöntés során, a szerszámban lezajló folyamatokat megérteni. Pantani és társai [2] a
szerszám geometria és gát méret hatásait vizsgálta a gátfagyási időre nyomás szenzorok
segítségével. Jansen és társai [3] nyomásmérő szenzorok és hőelem segítségével vizsgálták az
utónyomás hatását a termék zsugorodására PS esetén. Az ömledék hőmérséklet és nyomás
szabályozásával Kamal és társai [4] két eljárást fejlesztett ki, amellyekkel a termék tömegét
szabályozták.
Kutatásom során egy 16 fészkes szerszám kiegyensúlyozottságát vizsgáltam nyomás- és
hőmérséklet szenzorok segítségével. A kísérletek során különböző utónyomási szinteket
alkalmaztam, illetve vizsgáltam az utónyomási idő hatását is. Célom volt az egyes termékek
gátfagyásának vizsgálata, amelyeket kezdetben tömegméréssel határoztam meg, majd később
a nyomásszenzorok adataival is összevetettem. A termékeken zsugorodás vizsgálatot is
végeztem és kimutattam az utónyomás, zsugorodásra mért hatását.
Irodalom:
[1] Kazmer D. O.: Injection Mold Design Engineering, Hanser Publishers, Munich (2007).
(ISBN: 978-3-446-41266-8)
[2] Pantani R., De Santis F., Brucato V., Titomanlio G.: Analysis of Gate Freeze-Off Time
in Injection Molding, Polymer Engineering and Science, 44, 2004, 1-17. (DOI:
10.1002/pen.20000)
[3] Jansen K. M. B., Pantani R., Titomanlio G.: As-Molded Shrinkage Measurements on
Polystyrene Injection Molded Products, Polymer Engineering and Science, 38, 1998, 254
264. (DOI: 10.1002/pen.10186)
[4] Kamal M. S., Varela A. E., Patterson W. I.: Control of Part Weight in Injection Molding
of Amorphous Thermoplastics, Polymer Engineering and Science, 39, 1999, 940-952.
(DOI: 10.1002/pen.11483)
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
160. Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C.
Indirekt üregnyomás mérési módszer feltételrendszerének kidolgozása
(Developing the system of conditions for the measurement method of
indirect cavity pressure)
Kovács Mátyás MSc
Konzulensek: Dr. Suplicz András, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Dr. Kovács Norbert Krisztián, adjunktus, Polimertechnika Tanszék
Napjainkban a globális versenyképesség, az ügyfélközpontú termék-testreszabás és a
folyamatos költségmegtakarítás iránti igény arra kényszeríti a vállalatokat, hogy új
technológiákat keressenek üzleti folyamataik fejlesztése és a termékfejlesztési ciklus
felgyorsítása érdekében. A gyors prototípuskészítés (RP) kulcsfontosságú technológiává vált,
amellyel lerövidíthető a terméktervezési és fejlesztési idő [1].
Az additív gyártási technológiák az 1980-as években jelentek meg a hagyományos
anyageltávolító és anyagformáló eljárások mellett. Olyan eljárások összességét értjük ez alatt,
amelyek során 3D modell alapján, általában rétegről rétegre, anyagrészeket illesztünk
egymáshoz. Előnyük, hogy szinte bármilyen geometriát le lehet gyártani velük, illetve egy
termék tervezése és fejlesztése során több résztvevő is kézzel fogható prototípust kaphat, ezzel
elősegítve a folyamatot. Közismert tény, hogy a kézzelfogható modellek sokkal hasznosabbak
lehetnek, mint a rajzok vagy virtuális modellek, a tervező szándékának ismertetésére a
koncepcionális terv bemutatásakor [2]. Az additív gyártástechnológiák gyors fejlődése lehetővé
tette, hogy vizualizációs célú prototípusok készítésén túl funkcionális modellek is
létrehozhatók.
Bár az additív gyártástechnológia hatásos eszköz a prototípusok készítésére, piaci igény van
olyan prototípusgyártási folyamatokra, amelyek anyagukban és gyártási technológiájukban
megegyeznek a végtermékkel. A műanyag termékek jelentős része fröccsöntéssel készül, amely
nagy mennyiségben gazdaságos gyártást tesz lehetővé. A technológia egyik legköltségesebb
része a fröccsöntő szerszám gyártása, amely egyedi és kisszériák esetén termékszámra leosztva
igen jelentős. Ezért olyan megoldásra van szükség, amely lehetővé teszi a végleges
konstrukcióhoz képest költségkímélőbben előállítható prototípusszerszám. Erre több megoldás
is született, ilyen a gyors szerszámozás vagy a lágy szerszámozás [3]. Az utóbbi években több
kutatás készült, amelyek polimer betétes fröccsöntő szerszámok használatát vizsgálták, ezek
használata és tesztelése viszont még nem kiforrott technológia.
TDK dolgozatom célja ezért fotopolimer alapú additív technológiával készült kisszériás
fröccsöntő szerszámok folyamat közbeni igénybevételének, fröccsöntés során a
szerszámüregben fellépő nyomások indirekt módon történő mérési módszerének
továbbfejlesztése és validálása.
Irodalom:
[1] D.T. Pham, S.S. Dimov: Rapid Manufacturing, Springer, 2001.
[2] I. Gibson, B. Stucker és D. W. Rosen: Additive Manufacturing Technologies, Springer
Science, Business Media, 2010.
[3] A. Gebhardt: Understanding Additive Manifacturing, München, Németország: Hanser
Publishers, 2011.
Tudományos Diákköri Konferencia 2019
Ünnepélyes eredményhirdetés: 2019. november 18. hétfő, 1715 E.I.C. 161.
Fröccsöntött amorf poli-alfa-olefin mátrixú önerősített
kompozitok fejlesztése
(Development of injection molded all-polypropylene composites with
amorphous poly-alpha-olefin matrix)
Varga László József MSc
Konzulens: Dr. Bárány Tamás, egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék
Az önerősített polimer kompozitok jellemzője, hogy az erősítőanyag és a mátrix azonos
anyagcsaládba tartozó polimer. E kompozitok legnagyobb előnyei a kis sűrűség, a kiváló
energiaelnyelő képesség, valamint az újrahasznosíthatóság.
A kereskedelmi forgalomban is elérhető önerősített polimer kompozitok rétegeléses (film-
stacking) módszerrel vagy kompaktálással (hot compaction) készülnek. E technológiák
hátránya, hogy használatukkal csak héjszerű termékek állíthatók elő, ami az önerősített polimer
kompozitok potenciális felhasználási területeit korlátozza. Fröccsöntéssel ugyanakkor
bonyolult geometriájú termékek gyárthatók, ezért a fröccsöntéssel feldolgozható önerősített
kompozitok fejlesztésével az előállítható termékek köre jelentősen bővülhet. Ezenfelül a
polipropilén szálak hajlékonysága miatt nagy száltartalom érhető el. További előny, hogy a
szálas fröccsöntésben gyakran használt üveg-, szén- és bazaltszálakhoz képest a
polipropilénszálak a fröccsöntőgép alkatrészeit kisebb mértékben koptatják.
Korábbi tanszéki kutatások rámutattak, hogy önerősített kompozitok fröccsöntéssel csak a
mátrix és a szálak olvadási hőmérséklete közötti megfelelően nagy különbség biztosításával
állíthatók elő. Az amorf poli-alfa-olefinek (APAO) nagy folyóképességű anyagok, amelyek
olvadási hőmérséklete az izotaktikus polipropilén szálak olvadási hőmérsékleténél lényegesen
alacsonyabb, így mátrixként történő alkalmazásukkal biztosítható az önerősített kompozitok
fröccsöntéséhez szükséges széles feldolgozási ablak.
A kutatás során önerősített kompozit huzalt állítottam elő extrúziós impregnálással, amelyből
fröccsöntéssel készítettem önerősített kompozitot. A TDK dolgozat célja fröccsöntött
önerősített kompozitok kifejlesztése. Az előállított kompozitokat mechanikai és morfológiai
módszerekkel minősítettem.
Irodalom:
[1] Capiati N. J., Porter R. S.: The concept of one polymer composites modelled with high
density polyethylene. Journal of Material Science, 10, 1671-1677 (1975).
[2] Kmetty Á., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Injection moulded all-polypropylene composites
composed of polypropylene fibre and polypropylene based thermoplastic elastomer.
Composites Science and Technology, 73, 72-80 (2012).
[3] Karger-Kocsis J., Bárány T.: Single-polymer composites (SPCs): Status and future trends.
Composites Science and Technology, 92, 77-94 (2014).
Top Related