متلب

FOSH به سرعت به عنوان بخشي از يک "جنبش طراحي آزاد جهاني" بدست مي آيد که به موجب آن انتشار رايگان اطلاعات در مورد سخت افزار تحقيقاتي سفارشي مانند طراحي ، شماتيک و قبض مواد به راحتي در هر نقطه و با اتصال به اينترنت قابل دسترسي است.

اين اطلاعات پس از آن مي توانند براي توليد بدون دردسر و مقرون به صرفه در دستگاههاي چاپي 3 بعدي تهيه شوند که پس از سرمايه گذاري اوليه چاپگر 3 بعدي ، فقط به اندازه چاپ مواد اوليه گران مي شوند. اين امر باعث مي شود سخت افزاري سريع و بسيار ارزانتر توليد شود ، که مي تواند به سرعت در مقياس توليد شود ، مانند ونتيلاتورها در طول همه گير فعلي.

اين مطالعه نخستين نوع در سطح ملي است که در نوع خود است و گروه شامل ايزمو هايککينن ، هله ساوين ، جووني پارتنن و جوکا سپپلي از Aalto و بازديد استاد فولسايت فنلاند ، جوشوا پيرس ، از دانشگاه فني ميشيگان بود. پيرس در مورد دليل استفاده از فنلاند به عنوان کشور براي مبناي مطالعه خود ، توضيح داد: "فنلاند داراي يک سيستم آموزش عالي است که بر تخصص هاي علوم متمرکز است و از مقياس بسيار قابل قبولي برخوردار است. با اين حال در گفتن اين موضوع ، رويکرد پشتيباني استراتژيک طراحي سخت افزار آزاد براي هر کشور اعمال مي شود. "

پيرس و همکارانش به بررسي زيرساختها و امکانات تحقيقاتي در فنلاند پرداختند و پس انداز را در سناريويي محاسبه کردند که در آن کليه سخت افزارهاي تحقيقاتي (با ارزش بيش از 10K) به منبع آزاد و منبع آزاد تبديل مي شوند. " اين امر بيشترين حس را براي ايجاد منبع باز و سپس تعيين ميزان صرفه جويي در هزينه هاي تحقيق سرمايه به تنهايي ايجاد مي کند. "

اولويت هاي تحقيق FOSH براي فنلاند شامل توسعه ميکروسکوپ هاي الکترونيکي انتقال منبع باز و ميکروسکوپ الکتروني روبشي

اين مطالعه نتيجه گرفت که به طور محافظه کارانه ، توسعه FOSH از ابزارهاي ميکروسکوپ دو الکترون ، فنلاند را بيش از 40 ميليون يورو پس انداز مي کند ، بنابراين مي توان سطح معادل تصويربرداري در مقياس نانو را بدست آورد. به طور مشابه ، ميليون ها يورو در کل کشور صرفه جويي مي شود ، در حالي که به طور قابل توجهي رسميت لايه اتمي فنلاند (ALD) را تقويت مي کند که تعالي تحقيقات مرتبط با آن است.

به طور کلي ، نتايج نشان مي دهد که سرمايه گذاران علوم فنلاند مي توانند ميليون ها يورو در سالانه در خريد تجهيزات علمي صرفه جويي کنند در صورت تبديل تمام سخت افزارهايي که بيش از 10،000 يورو در هر کالا به FOSH تبديل مي شود. علاوه بر اين ، اکثر اين موارد به توليد "در ساحل" تبديل مي شود ، که هم اکنون توسط توليد کنندگان تجهيزات در کشورهاي ديگر انجام مي شود.

پيرس مي گويد: "من معتقدم اين علاقه ملي و اروپايي قابل توجهي دارد. ما بررسي کرده ايم که چگونه فنلاند چگونه مي تواند چگونه بودجه علمي را براي صرفه جويي در ميليون ها يورو در سال در ضمن داشتن تجهيزات بهتر ، کاهش واردات و بهبود اقتصاد ملي تغيير دهد."

پيرس توضيح مي دهد که پول پس انداز شده توسط FOSH در جاي ديگري از تحقيقات اثبات خواهد شد ، "به جاي اينکه همان مقدار نوآوري علمي را براي پول کمتري انجام دهيم - مفهومي که ما استفاده مي کرديم براي انجام همان نوآوري بيشتر براي نوآوري هاي علمي بود." ده برابر بيشتر! ايده اين بود که اگر x - به جاي هزينه x x براي خريد تجهيزات ، براي تجهيزات اختصاص داده شود ، شما کسري از آن را براي انجام طراحي سخت افزار منبع باز صرف مي کنيد .سپس در سال آينده به جاي خريد يکي از آنها ابزار ، شما مي توانيد ده يا بيشتر از همان چيزها را خريداري کنيد و به بسياري از محققان ديگر کمک کنيد که سريعتر عمل کنند. "

پيرس خاطرنشان مي کند ، "در آزمايشگاه من ، صدها هزار نفر را به راحتي ذخيره کرديم. در مقاله — سخت افزار آزاد که در حال حاضر وجود دارد ، پول قابل توجهي را پس انداز کرده است. تنها يک دستگاه. سخت افزار X، مجله سخت افزار باز براي علم، منتشر طراحي و 100 آن به طور کلي، کساني که دستگاه در حال صرفه جويي در مورد 90? تخفيف هزينه خريد از ابزار اختصاصي است. صادقانه بگويم، صرف پول براي خريد جعبه سياه سخت افزار است اتلاف پول در صورت وجود گزينه منبع باز ".

بيشتر سازه ها و مواد داراي نقايص هستند و اگر شرايط مناسب باشد ، اين نقص ها مي تواند منجر به شروع و انتشار ترک ها شود. يافتن اين نکته که کشف يک سطح ترکيبي از کجا و با چه جهتي محتمل است ، يک بخش مهم در تجزيه و تحليل و طراحي يک ساختار است. مقدار مهمي براي محاسبه در اين نوع تحليل ميزان آزادسازي انرژي است ، يعني انرژي موجود براي انتشار ترک. ميزان آزاد سازي انرژي با چقرمگي شکست ، يک ماده ماده اي است که انرژي لازم براي انتشار يک ترک را توصيف مي کند.

محاسبه نرخ رهاسازي انرژي براي مکانهاي پتانسيل نامتناهي و جهت گيريهاي سطح ترک در يک ساختار 3 بعدي با استفاده از روشهاي معمولي يک کار جامع است زيرا يک تجزيه و تحليل دقيق براي هر مکان و جهت گيري ترک بايد انجام شود. روشي جديد که توسط محققان دانشگاه ايلينويز در Urbana-Champaign ايجاد شده است مي تواند با يک تحليل واحد ، مکان و جهت يک ترک بحراني در يک ساختار را مشخص کند.

"اين روش جديد به ما اجازه مي دهد تا تجزيه و تحليل را به طرز چشمگيري ساده كنيم ، زيرا به جاي اينكه بخواهيم آناليز را براي هر يك موقعيت بالقوه يك ترك در امتداد سطح يك ساختار خاص انجام دهيم ، يك تحليل واحد از دامنه uncracked انجام مي دهيم ، كه بسيار ارزان تر است. فيليپ ژوبل ، استاد گروه مهندسي هوافضا گفت: اين کار ميزان کار محاسباتي را با سفارشات قدرتي کاهش مي دهد.

براي بدست آوردن يک تخمين دقيق از ميزان آزاد سازي انرژي ، روش فعلي براي تفکيک ساختار ، به ويژه در مجاورت ترک ، به تجزيه و تحليل عددي با يک شبکه بسيار ريز نياز دارد. ژوبل گفت اين روش جديد از مشتقات توپولوژيکي براي بدست آوردن تخمين ميزان انتشار انرژي در صورت بروز ترک در هر مکاني و با هر جهت گيري در سطح يک ساختار 3 بعدي استفاده مي کند.

"با استفاده از اين تکنيک ، ما مي توانيم بلافاصله مکان و جهت گيري را که مربوط به بالاترين ميزان آزادسازي انرژي است - يعني بالاترين انرژي موجود براي انتشار ترک" را مشخص کنيم. اگر سرعت آزادسازي انرژي از سختي شکستگي کوچکتر باشد ، شکاف پخش نمي شود. اما اگر سرعت رهاسازي انرژي به مقدار چقرمگي شکستگي نزديک شود ، به ساختار نياز به طراحي مجدد خواهيم داشت. "

روش جديد را مي توان با بسته هاي نرم افزاري عناصر محدود تجاري مانند Ansys ، Abaqus و Nastran ترکيب کرد.

ژوبل گفت: "آنچه اين روش به ما اجازه مي دهد انجام دهيم اين است که بگوييم ،" شکل و شرايط بارگيري پيچيده اي به من بدهيد ، و ما به شما محتمل ترين مکان را براي شروع ترک سطح به شما مي گوييم . "

اين مطالعه ، "تقريب نرخ آزادسازي انرژي براي ترک هاي کوچک سطح در حوزه هاي سه بعدي با استفاده از مشتق توپولوژيکي" ، توسط کاظم عليدوست ، منگ فنگ ، فيليپه جيوبل ، و دانيل ا. تورتورلي نوشته شده است. در مجله مکانيک کاربردي ظاهر مي شود .