Inhoud

De opbouw van de cursus volgt de opbouw van de materialen vertrekkende van de perfecte orde van éénkristallen, over punt-, lijn- en vlakvormige roosterfouten tot slot de meerfasige materialen. Centraal staan de thermisch geactiveerde beweging van roosterfouten en fasentransformaties. Er worden voorbeelden uit alle materiaalgroepen getoond waarbij de klemtoon op halfgeleiders en metalen ligt.
 
Hoofdstuk 1: Perfecte kristallen: kristallografie in de reële en reciproke ruimte, symmetrie-elementen, diffractie

Hoofdstuk 2: Basisbegrippen van de vaste-stoffysica van perfecte kristallen en bandstructuren.

Hoofdstuk 3: Het doelmatig veranderen van eigenschappen door invoeren van defecten voor toepassingen: inleiding to punt- (0-dim.) en lijndefecten (1-dim) en vlakke (2-dim) defecten, onzuiverheden, vacatures, structuurargumenten voor legeringen, p-n verbindingen in micro-electronica, epitaxiaal groei van dunne filmen.

Hoofdstuk 4: Mengen en diffusie: statistische mechanica en thermodynamische beschrijving van vaste oplossingen en mengbaarheid, atomaire mechanismen van diffusie, macroscopische continuum beschrijving van diffusie, diffusie in binaire legeringen, Kirkendall effect.
  
Hoofdstuk 5: Vlakke defecten: stapelfouten, korrelgrenzen en fasegrenzen, anisotropie, korrelgroei, tweedefasedeeltjes aan korrelgrenzen, Gibbs-Thomson-effect

Hoofdstuk 6: Opstellen en gebruik van binaire fasediagrammen: faseregel van Gibbs, hefboomregel, invariante reacties,  Fe-C fasediagram

Hoofdstuk 7 : Stolling : homogene en heterogene kiemvorming, grensvlakstabiliteit en dendrietvorming bij zuivere metalen, 1-d modellen voor de stolling van legeringen, cellulaire en dendritische stolling van legeringen, eutektische stolling, technologische aspecten van stolling

Hoofdstuk 8 : Vast-vast fasetransformaties : spinodale ontmenging, kiemvorming en –groei, precipitatie, diffusiegecontroleerde versus grensvlakgecontroleerde groei, diffusieloze transformatie en martensiet, Ostwaldrijpening  TTT- en CCT-diagramma’s, overzicht warmtebehandelingen voor staal, versteviging door veroudering in aluminium-koperlegeringen.

Studiemateriaal

Acco cursus

Slides gebruikt tijdens de lessen worden beschikbaar gesteld via Toledo

Inhoud

Vijf oefenzittingen over kristallografie, symmetrieën, röntgendiffractie, diffusie, fasendiagrammen, stolling, fasentransformaties en warmtebehandelingen.

Vier labozittingen met verplichte aanwezigheid waarin het gebruik van optische microscopie bij het bestuderen van microstructuren wordt ingeoefend. Daarbij komen de volgende onderwerpen aan bod : werking van de microscoop, bereiding van de monsters, eenfasige materialen, meerfasige materialen, warmtebehandelingen van staal en gietijzers, stolling en segregatie, tweelingen, …

Studiemateriaal

Materiaal oefenzittingen aangeboden via Toledo. 

2 begeleidende bundels bij de labozittingen verkrijgbaar bij VTK

Toelichting

Type : Examen tijdens de examenperiode 

Evaluatievorm : Examen tijdens de examenperiode is schriftelijke en mondeling

Vraagvormen : Open vragen, Gesloten vragen, theorie en oefeningen

Leermateriaal : Geen rekenmachine toegelaten, formularium wordt ter beschikking gesteld op het examen

Aanwezigheid op de labosessies microscopie is verplicht om aan het examen te kunnen deelnemen

Inhoud

De behandeling van de basisconcepten is veralgemenend en fundamenteel. In de gedeelten ‘Chemisch evenwicht’, Chemische reactiekinetiek en ‘Elektrochemie en elektrodekinetica’ wordt de echte theoretische basis gelegd. Het gedeelte ‘Toepassingen’ is een eerste illustratie van belangrijke toepassingsdomeinen.
Chemisch evenwicht
1. Fundamentele eigenschappen en vergelijkingen voor gesloten systemen 
Summiere introductie van de eerste hoofdwet (inclusief veralgemening van concept arbeid, een bespreking van de warmtecapaciteit, thermochemie)
Summiere introductie van de tweede hoofdwet (entropieveranderingen voor reversibele en irreversibele processen)
Karakteristieke functies en fundamentele vergelijkingen
Bespreking van de derde hoofdwet
Vergelijking van Clausius-Clapeyron
2. Fundamentele eigenschappen en vergelijkingen voor open systemen
De chemische potentiaal
Eigenschappen van extensieve grootheden
Partiële molaire grootheden
Het verband tussen partiële en integrale molaire grootheden
Chemisch evenwicht in heterogene systemen
3. Gassen en gasmengsels
Chemische potentiaal van perfecte gassen en van niet-perfecte gassen
4. Gecondenseerde stoffen en oplossingen
Chemische potentiaal van zuivere vloeistoffen en vaste stoffen
Vloeibare en vaste oplossingen, Raoultse activiteiten
Perfect Raoultse oplossingen
Niet-perfect Raoultse oplossingen
Integratie van de vergelijking van Gibbs-Duhem
Henryse en 1 gew% activiteiten en standaardtoestanden
Algemene discussie van het reactie-evenwicht
De wet van Sievert en de oplosbaarheid van gassen in metalen
Interactiecoëfficiënten
Eenvoudige statistische modellen voor de beschrijving van substitutionele metallische oplossingen
Chemische reactiekinetiek
5. Homogene kinetica 
Invloed van aard en concentratie van de reactanten op de snelheid van homogene chemische reacties (orde van chemische reacties, snelheidsvergelijkingen van verschillende orde, ordebepaling)
Invloed van de temperatuur op de reactiesnelheid (vergelijking van Arrhenius, de elementaire botsingstheorie en de theorie van het geactiveerd complex)
6. Katalyse 
Algemene kenmerken
Homogene katalyse
Adsorptie, fysische adsorptie en chemische adsorptie, de Langmuir-isotherm
Heterogene katalyse
Inhibitoren en promotoren
7. Heterogene kinetica 
Snelheidscontrolerende stap
Indeling naar de aard van de bij de reactie betrokken fasen
Heterogene reacties van het type vast-gas
Oxidatie van een vlak metalen plaatje (poreus reactieproduct, niet-poreus reactieproduct, de parabolische snelheidswet, de theorie van Wagner)
Reacties van het type vast (I) + gas (I) = vast (II) + gas (II) voor sferische deeltjes
Elektrochemie en elektrodekinetica 
8. Activiteit van ionen in elektrolytoplossingen 
De chemische potentiaal van ionen in elektrolytoplossingen
De theorie van Debye-Hückel voor sterke elektrolyten
9. Elektrische geleidbaarheid van elektrolytoplossingen 
Elektrolytgeleiding of ionengeleiding, molair en equivalentgeleidingsvermogen, limietwet van Kohlrausch, dissociatietheorie van Arrhenius, verdunningswet van Ostwald, wet van de onafhankelijke migratie van ionen
10. Wet van Faraday
Elektrodereacties, constante van Faraday en het elektrochemisch equivalent
11. Elektrochemisch evenwicht
De wet van Nernst voor het elektrochemisch evenwicht
Algemene beschrijving van een elektrochemische cel
Elektrodepotentialen en celpotentialen, de standaardwaterstofelektrode, de elektrochemische reeks, celpotentialen en thermodynamische grootheden
Concentratiecellen (elektrochemische sensoren)
Redoxelektroden
Referentie- en indicatie-elektroden
12. De elektrische dubbellaag 
Ontstaan van een elektrische dubbellaag
Galvanipotentiaal, chemische potentiaal en elektrochemische potentiaal
Thermodynamische analyse van elektrisch geladen oppervlakken
De Lippmannvergelijking en de capaciteit van de elektrische dubbellaag
Structuur van de elektrische dubbellaag
Elektrokinetische fenomenen
13. De vergelijking van Butler-Volmer 
Hoe verloopt een elektrodereactie?
De vergelijking van Butler-Volmer: de elektrodereactie als kinetisch geactiveerd proces, reductie en oxidatie aan een elektrode, de evenwichtsstroomdichtheid, de overpotentiaal en de niet-evenwichtsstroomdichtheid
14. Overspanningen bij elektrolyse 
De activeringsoverspanning
Transportoverspanning of concentratie-overspanning, grenslaagconcept volgens Nernst en de limietstroomdichtheid
Andere overspanningen
Globale celspanning bij elektrolyse, spanningsrendement en vermogenrendement
Toepassingen
15. Ellinghamdiagrammen 
Algemene beschrijving van Ellinghamdiagram voor oxiden: opbouw van diagram en constructie en gebruik van de randschalen (zuurstofschaal en CO/CO2- en H2/H2O-schalen)
Ellinghamdiagrammen voor sulfiden, fluoriden, nitriden …
Illustratie van de relevantie van deze diagrammen voor de productie van ruwijzer, staal en non-ferrometalen
16. Thermodynamisch berekenen van fasediagrammen
Algemene principes, thermodynamische achtergrond van hefboomregel, tangensregel en faseregel van Gibbs
Illustratie van het verband tussen de topologische kenmerken van fasediagrammen en de aard van de vrije energie curven van de fasen die in het bestudeerde systeem aanwezig zijn.
Berekening van enkele eenvoudige fasediagrammen (ideale oplossingen en reguliere oplossingen).
Illustratie van de algemene principes van de Calphadmethode
17. Meten en opzoeken van thermodynamische grootheden (geïntegreerd in de andere lessen)

Studiemateriaal

Studiekost: 26-50 euro (De informatie over studiekosten zoals hier opgenomen is indicatief en geeft enkel de prijs weer bij aankoop van nieuw materiaal. Er zijn mogelijk ook e- en tweedehandskopijen beschikbaar. Op LIMO kan je nagaan of het handboek beschikbaar is in de bibliotheek. Eventuele printkosten en optioneel studiemateriaal zijn niet in deze prijs vervat.)

Inhoud

De behandeling van de basisconcepten is veralgemenend en fundamenteel. In de gedeelten ‘Chemisch evenwicht’, Chemische reactiekinetiek en ‘Elektrochemie en elektrodekinetica’ wordt de echte theoretische basis gelegd. Het gedeelte ‘Toepassingen’ is een eerste illustratie van belangrijke toepassingsdomeinen.
Chemisch evenwicht
1. Fundamentele eigenschappen en vergelijkingen voor gesloten systemen 
Summiere introductie van de eerste hoofdwet (inclusief veralgemening van concept arbeid, een bespreking van de warmtecapaciteit, thermochemie)
Summiere introductie van de tweede hoofdwet (entropieveranderingen voor reversibele en irreversibele processen)
Karakteristieke functies en fundamentele vergelijkingen
Bespreking van de derde hoofdwet
Vergelijking van Clausius-Clapeyron
2. Fundamentele eigenschappen en vergelijkingen voor open systemen
De chemische potentiaal
Eigenschappen van extensieve grootheden
Partiële molaire grootheden
Het verband tussen partiële en integrale molaire grootheden
Chemisch evenwicht in heterogene systemen
3. Gassen en gasmengsels
Chemische potentiaal van perfecte gassen en van niet-perfecte gassen
4. Gecondenseerde stoffen en oplossingen
Chemische potentiaal van zuivere vloeistoffen en vaste stoffen
Vloeibare en vaste oplossingen, Raoultse activiteiten
Perfect Raoultse oplossingen
Niet-perfect Raoultse oplossingen
Integratie van de vergelijking van Gibbs-Duhem
Henryse en 1 gew% activiteiten en standaardtoestanden
Algemene discussie van het reactie-evenwicht
De wet van Sievert en de oplosbaarheid van gassen in metalen
Interactiecoëfficiënten
Eenvoudige statistische modellen voor de beschrijving van substitutionele metallische oplossingen
Chemische reactiekinetiek
5. Homogene kinetica 
Invloed van aard en concentratie van de reactanten op de snelheid van homogene chemische reacties (orde van chemische reacties, snelheidsvergelijkingen van verschillende orde, ordebepaling)
Invloed van de temperatuur op de reactiesnelheid (vergelijking van Arrhenius, de elementaire botsingstheorie en de theorie van het geactiveerd complex)
6. Katalyse 
Algemene kenmerken
Homogene katalyse
Adsorptie, fysische adsorptie en chemische adsorptie, de Langmuir-isotherm
Heterogene katalyse
Inhibitoren en promotoren
7. Heterogene kinetica 
Snelheidscontrolerende stap
Indeling naar de aard van de bij de reactie betrokken fasen
Heterogene reacties van het type vast-gas
Oxidatie van een vlak metalen plaatje (poreus reactieproduct, niet-poreus reactieproduct, de parabolische snelheidswet, de theorie van Wagner)
Reacties van het type vast (I) + gas (I) = vast (II) + gas (II) voor sferische deeltjes
Elektrochemie en elektrodekinetica 
8. Activiteit van ionen in elektrolytoplossingen 
De chemische potentiaal van ionen in elektrolytoplossingen
De theorie van Debye-Hückel voor sterke elektrolyten
9. Elektrische geleidbaarheid van elektrolytoplossingen 
Elektrolytgeleiding of ionengeleiding, molair en equivalentgeleidingsvermogen, limietwet van Kohlrausch, dissociatietheorie van Arrhenius, verdunningswet van Ostwald, wet van de onafhankelijke migratie van ionen
10. Wet van Faraday
Elektrodereacties, constante van Faraday en het elektrochemisch equivalent
11. Elektrochemisch evenwicht
De wet van Nernst voor het elektrochemisch evenwicht
Algemene beschrijving van een elektrochemische cel
Elektrodepotentialen en celpotentialen, de standaardwaterstofelektrode, de elektrochemische reeks, celpotentialen en thermodynamische grootheden
Concentratiecellen (elektrochemische sensoren)
Redoxelektroden
Referentie- en indicatie-elektroden
12. De elektrische dubbellaag 
Ontstaan van een elektrische dubbellaag
Galvanipotentiaal, chemische potentiaal en elektrochemische potentiaal
Thermodynamische analyse van elektrisch geladen oppervlakken
De Lippmannvergelijking en de capaciteit van de elektrische dubbellaag
Structuur van de elektrische dubbellaag
Elektrokinetische fenomenen
13. De vergelijking van Butler-Volmer 
Hoe verloopt een elektrodereactie?
De vergelijking van Butler-Volmer: de elektrodereactie als kinetisch geactiveerd proces, reductie en oxidatie aan een elektrode, de evenwichtsstroomdichtheid, de overpotentiaal en de niet-evenwichtsstroomdichtheid
14. Overspanningen bij elektrolyse 
De activeringsoverspanning
Transportoverspanning of concentratie-overspanning, grenslaagconcept volgens Nernst en de limietstroomdichtheid
Andere overspanningen
Globale celspanning bij elektrolyse, spanningsrendement en vermogenrendement
Toepassingen
15. Ellinghamdiagrammen 
Algemene beschrijving van Ellinghamdiagram voor oxiden: opbouw van diagram en constructie en gebruik van de randschalen (zuurstofschaal en CO/CO2- en H2/H2O-schalen)
Ellinghamdiagrammen voor sulfiden, fluoriden, nitriden …
Illustratie van de relevantie van deze diagrammen voor de productie van ruwijzer, staal en non-ferrometalen
16. Thermodynamisch berekenen van fasediagrammen
Algemene principes, thermodynamische achtergrond van hefboomregel, tangensregel en faseregel van Gibbs
Illustratie van het verband tussen de topologische kenmerken van fasediagrammen en de aard van de vrije energie curven van de fasen die in het bestudeerde systeem aanwezig zijn.
Berekening van enkele eenvoudige fasediagrammen (ideale oplossingen en reguliere oplossingen).
Illustratie van de algemene principes van de Calphadmethode
17. Meten en opzoeken van thermodynamische grootheden (geïntegreerd in de andere lessen)

Toelichting

Het examen is gesloten boek, met een uitgebreid formularium dat op het examen mag worden meegebracht.

Voor het gedeelte 'Chemische Thermodynamica' is de examenvorm gedeeltelijk mondeling met voorbereiding en gedeeltelijk schriftelijk.

Voor het gedeelte 'Kinetica en elektrochemie' is het examen volledig schriftelijk.

Het examen bestaat uit kennisvragen (1/3) en oefeningen (2/3).

Inhoud

Spanningen en vervormingen worden op tensoriële wijze beschreven. Dit behelst o.a. coördinatentransformaties, de cirkel van Mohr, spanningsdevenwicht en de invarianttheorie.
De basis van de elasticiteitstheorie wordt gegeven: relatie tussen spanningen en vervormingen, het effect van de kristalsymmetrie erop, veldvergelijkingen en hun oplossingsmethoden, energiemethodes.
De klassieke mathematische plasticiteitsleer wordt gegeven tot en met de theorie van Hill voor anisotrope materialen.
Een inleiding tot de theorie van dislocaties in kristallijne materialen volgt, omdat zij de plastische vervorming van metalen mogelijk maken. De volgende topics aan bod: dislocaties in een elastisch lichaam, de structuur van dislocaties, de interacties tussen dislocaties onderling en tussen dislocaties en andere kristaldefecten. Een toepassing is de verklaring van de versteviging van materialen door plastische vervorming. 
De toepassing van de wetten van de plasticiteitsleer op éénkristallen wordt verklaard met behulp van de veralgemeende wet van Schmid.
De volgende testen worden besproken: trekproef (aanvullingen), torsieproef, hardheidsmetingen, ... .
Het verschil tussen ductiele en brosse breuk wordt uitgelegd. De fysische aspecten van brosse breuk komen vervolgens aan bod.
Er wordt een indeling gegeven van vormgevingstechnieken die gebruik maken van plastische vervorming. Een overzicht wordt gegeven van methodes voor de wiskundige analyse van de vormgevingsprocessen. Enkele vormgevingsprocessen worden grondiger behandeld (walsen, plaattrekken, plaatvervorming met inbegrip van de lokale en diffuse insnoering).

Studiemateriaal

Studiekost: 1-10 euro (De informatie over studiekosten zoals hier opgenomen is indicatief en geeft enkel de prijs weer bij aankoop van nieuw materiaal. Er zijn mogelijk ook e- en tweedehandskopijen beschikbaar. Op LIMO kan je nagaan of het handboek beschikbaar is in de bibliotheek. Eventuele printkosten en optioneel studiemateriaal zijn niet in deze prijs vervat.)

Cursustekst

Toelichting werkvorm

Hoorcollege: 17 lessen van twee uur.

Inhoud

 Oefenzittingen over:
- spanningen en vervormingen
- elasticiteitstheorie
- mathematische plasticiteitstheorie
- dislocatietheorie
- kristalplasticiteit
- vormgevingsprocessen

Studiemateriaal

Bundels met voorbeelden van opgeloste oefeningen

Toelichting werkvorm

   8 oefenzittingen van 2,5 uur 

Toelichting

Examen bestaat uit twee theorievragen en een (reken)oefening. In het mondelinge gedeelte worden de uitgewerkte oplossingen samen overlopen en besproken.

Het is gesloten boek, wel met formularium wat ter plaatse ter beschikking wordt gesteld.

Inhoud

Deze cursus is een inleiding tot de fascinerende wereld waarin de materiaalexpert ageert die begaan is met het duurzaam gebruik van materialen. Materialen zijn de bouwstenen voor allerhande toepassingen  gaande van voertuigen, constructies, high-tech elektronische componenten tot dagdagelijkse gebruiksgoederen. Deze materialen ondergaan een aantal 'belastingen' wat kan resulteren in een geleidelijk of plots falen ervan. In deze cursus worden de materiaalkundige aspecten van het faalproces bestudeerd. Er wordt toegelicht welke maatregelen genomen kunnen worden om het falen uit te sluiten of tenminste uit te stellen zodat de verwachte levensduur gehaald wordt. Methoden om het faalproces te identificeren en om de levensduur van materialen te voorspellen worden behandeld en het duurzaam gebruik van materialen wordt toegelicht.

*

Module 1: Levenscyclusanalyse en duurzaam ontwerpen
Module 2: Materiaalkeuze
Module 3: Methodologie en deontologie gehanteerd bij het oplossen van een schadegeval en economische aspecten van schadegevallen
Module 4: Breukanalyse-fractografie
Module 5: Breukmechanica
- Inleiding
- Energetische benadering
- Spanningsintensiteitsbenadering
- Elasto-plastische breukmechanica
- Ontwerpen met breukmechanica
- Breukmechanische testen
- Verbanden in de lineair-elastische breukmechanica
- Breukgedrag per materiaalklasse
- Plotse breuk van een vliegtuigromp 'de Comet crash'
Module 6: Vermoeiing
Module 7: Uitgestelde belastingsbreuk
Module 8: Droge en natte degradatie
Module 9: Tribochemische degradatie
Module 10: Schadepreventie
- Niet-destructieve kwaliteitcontrole
- Materiaalselectie en ontwerp
- Bescherming door deklagen
 

Studiemateriaal

Studiekost: 11-25 euro (De informatie over studiekosten zoals hier opgenomen is indicatief en geeft enkel de prijs weer bij aankoop van nieuw materiaal. Er zijn mogelijk ook e- en tweedehandskopijen beschikbaar. Op LIMO kan je nagaan of het handboek beschikbaar is in de bibliotheek. Eventuele printkosten en optioneel studiemateriaal zijn niet in deze prijs vervat.)

Cursustekst
Slides op Toledo
Voorbeeldmateriaal

Inhoud

Deze cursus is een inleiding tot de fascinerende wereld waarin de materiaalexpert ageert die begaan is met het duurzaam gebruik van materialen. Materialen zijn de bouwstenen voor allerhande toepassingen  gaande van voertuigen, constructies, high-tech elektronische componenten tot dagdagelijkse gebruiksgoederen. Deze materialen ondergaan een aantal 'belastingen' wat kan resulteren in een geleidelijk of plots falen ervan. In deze cursus worden de materiaalkundige aspecten van het faalproces bestudeerd. Er wordt toegelicht welke maatregelen genomen kunnen worden om het falen uit te sluiten of tenminste uit te stellen zodat de verwachte levensduur gehaald wordt. Methoden om het faalproces te identificeren en om de levensduur van materialen te voorspellen worden behandeld en het duurzaam gebruik van materialen wordt toegelicht.

*

Oefeningen  materiaalselectie
Oefeningen breukmechanica
Demo's slijtage en niet-destructieve testen
Seminarie rond een schadegeval
 

Studiemateriaal

Powerpoint presentaties op Toledo 

Toelichting werkvorm

De studenten worden verdeeld in groepen om deel te nemen aan de begeleide oefenzittingen en de demo's gegeven in de laboratoria.
Het seminarie rond een schadegeval is georganiseerd voor de gehele groep. 

Inhoud

1. Inleiding (2u)
- voorbeelden van composiettoepassingen
- criteria voor materiaalkeuze bij lichtgewichtconstructies
2. De samenstellende materialen (6u)
- Vezels: principes voor sterke en stijve vezels, breking van de voornaamste vezeltypes (koolstof, glas, aramide en polyethyleen, natuurlijke vezels), hun productiemethode, microstructuur en eigenschappen
- Kunststofmatrices: korte toelichting bij specificiteit van kunststoffen voor composieten, kennis cursus Kunststoffen is ondersteld; korte verwijzing naar andere matrices (metallieke, keramische)
- Het grensvlak tussen vezel en matrix
3. Micromechanica (4u)
Basisprincipes van de micromechanica voor versterkingen met vezels of deeltjes, en aanduiding toepasbaarheid op alle types composieten (polymere, metallieke, keramische)
Micromechanica voor composieten met continue vezels: stijfheid en sterkte
4. Mesomechanica (8u)
Basisprincipes van de mesomechanica, en aanduiding van de toepasbaarheid op gelaagde structuren en textiele versterkingen
De klassieke laminaattheorie: berekening van stijfheid en sterkte van gelaagde materialen

Studiemateriaal

Studiekost: 1-10 euro (De informatie over studiekosten zoals hier opgenomen is indicatief en geeft enkel de prijs weer bij aankoop van nieuw materiaal. Er zijn mogelijk ook e- en tweedehandskopijen beschikbaar. Op LIMO kan je nagaan of het handboek beschikbaar is in de bibliotheek. Eventuele printkosten en optioneel studiemateriaal zijn niet in deze prijs vervat.)

Handboek en slides

Inhoud

1. Productiemethoden voor composieten (3u)
Basispricipes, en verschillen/gelijkenissen met kunststoffen en metalen
Productiemethoden voor thermohardende composieten en thermoplastische composieten
2. Preforms (3u)
overzicht van de verschillende composiet ‘halfproducten’ voor composieten met continue vezels: textiele preforms, geïmpregneerde) matten,…
discontinue vezels: pellets, SMC, …
3. Het karakteriseren en testen van composieten (3u)
Mechanische testen op composieten
Specificiteit van niet-destructieve testen voor composieten
Bepaling van vezelvolumefracties,…
4. Gebruikseigenschappen van composieten (5u)
Taaiheid en impact
Vermoeiing
Omgevingsinvloeden
5. Composieten in de praktijk (2u)
voorbeelden van toepassingen van composieten
vergelijking kostprijs, LCA met andere materiaaloplossingen
6. Levenscyclusimpact en recyclage (1u)
Impact van composieten op het milieu
Recyclage en hergebruik van composieten

Studiemateriaal

Studiekost: 1-10 euro (De informatie over studiekosten zoals hier opgenomen is indicatief en geeft enkel de prijs weer bij aankoop van nieuw materiaal. Er zijn mogelijk ook e- en tweedehandskopijen beschikbaar. Op LIMO kan je nagaan of het handboek beschikbaar is in de bibliotheek. Eventuele printkosten en optioneel studiemateriaal zijn niet in deze prijs vervat.)

Handboek en slides

Inhoud

Oefeningen (8u OPS)
Micromechanica
Mesomechanica: laminaattheorie

Studiemateriaal

Practicumhandleiding

Inhoud

Laboratoriumzittingen (10u OPS)
Kennismaking met productie en –testmethodes voor composieten

Toelichting

Het examen is een gesloten boek examen, waarbij het formularium dat beschikbaar is op Toledo, mag gebruikt worden. Tijdens het examen moet ook een oefening op computer gemaakt worden, gebruik makend van de laminaattheorie-software. Deze oefening wordt mondeling geëvalueerd en staat op 30% van de punten. De andere vragen staan op 50% van de punten. Deze vragen kunnen mondeling of schriftelijk ondervraagd worden, afhankelijk van de grootte van de groep per examenmoment. De resterende 20% van de punten zijn te verdienen bij het practicum. De practicumpunten zijn gebaseerd op kleine tussentijdse taken en de finale presentatie van het werk tijdens jullie practicum. Aanwezigheid op het practicum is verplicht en afwezigheid kan daardoor leiden tot puntenaftrek en verbod tot toegang tot het examen. Meer details hierover worden gegeven in de eerste les.

Toelichting bij herkansen

Bij herkansing tellen de practicumpunten mee als die je totaal omhoog brengen. Als je totaal zou verlagen, dan tellen de practicumpunten niet mee. Indien je nog geen practicumpunt had, dan wordt op het examen een vraag gesteld rond de materie van het practicum. Deze vraag telt dan mee voor 20% van het totaal, ongeacht of dit je punten verhoogt of verlaagt.

Inhoud

1. Inleiding tot de fysische transportverschijnselen
1.1. Behoudswetten
- principe van dynamische behoudswetten
- balansen voor totale massa, componentmasssa, impuls en energie

1.2. Snelheidsvergelijkingen
- moleculair transport (massa, impuls, energie)
- afwijkingen van de lineaire vergelijkingen voor reële systemen
- convectief transport

1.3 Laminaire en turbulente stroming


DEEL I: PROCESSTROMING 
2. Grondbeginselen
3. Toepassingen van laminaire stroming
- 1-D stromingen: parallelle platen (druk- en meesleepstroming, hellend vlak)
- Analyse van buisstroming
- Analyse van meer complexe stromingen (tijdsafhankelijke, complexe geometrie.)
4.Turbulentie en grenslagen
- Grenslagen
- Turbulentie (kwalitatieve beschrijving)
5. Ontwerpmethodes

.-  Dimensie-analyse
- Buckinham �heorema
- Toepassingen op stroming: leidingen, rond een bol, roerkuipen
6. Macroscopische balansen
- Wrijvingsverliezen
- Wrijvingsfactoren
- Plaatselijke verliezen

 
DEEL II: WARMTEOVERDRACHT 
7. Basiselementen
- Behoudswetten
- Mechanismen (geleiding, convectie, straling)
8. Stationaire en niet-stationaire warmtegeleiding
9.Gedwongen convectieve warmteoverdracht bij stroming in objecten
10. Gedwongen convectieve warmteoverdracht bij stroming over objecten

11.Warmteoverdracht met vrije convectie
 

DEEL III: STOFOVERDRACHT
12. Stationaire stofoverdracht (diffusie in vaste en vloeibare media)
- Begrippen
- Mechanismen van stofoverdracht
- Concentratieprofielen (unimolair en equimolair)
12. Niet-stationaire stofoverdracht (diffusie in vaste en vloeibare media)
- Basisvergelijkingen
- Oplossen voor eenvoudige geometrieën
- Penetratietheorie
 

Studiemateriaal

Studiekost: 51-75 euro (De informatie over studiekosten zoals hier opgenomen is indicatief en geeft enkel de prijs weer bij aankoop van nieuw materiaal. Er zijn mogelijk ook e- en tweedehandskopijen beschikbaar. Op LIMO kan je nagaan of het handboek beschikbaar is in de bibliotheek. Eventuele printkosten en optioneel studiemateriaal zijn niet in deze prijs vervat.)

Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen

H01J7A : Transportverschijnselen

Toelichting

Open boek voor wat betreft de toepassingen (oefeningen), gecombineerd met een meer conceptueel gedeelte (theorie), dat gesloten boek is.  

Inhoud

Lineaire algebra en matrixrekenen:

• Vectorruimten en lineaire afbeeldingen
• Matrixrekenen
• Stelsels van lineaire vergelijkingen, rijechelonvorm, rang van een matrix
• Determinanten
• Eigenwaarden en eigenvectoren, diagonalisatie van symmetrische matrix
• Kwadratische vormen, normaalvorm, positief, negatief definiet
• Normen, afstand, scalair product, orthogonale projectie, kleinstekwadratenoplossing, Gram-Schmidt, QR ontbinding
• orthogonalisatie, volume van een parallellepipedum, singuliere waarden ontbinding, veralg. inverse, beste rang k benadering.
   

Studiemateriaal

Handboek: Linear Algebra and its Applications, David C. Lay, Pearson Education.

Handboek wordt verdeeld via Acco i.s.m. VTK.

Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen

H0M69B : Toegepaste algebra en differentiaalvergelijkingen

Inhoud

Differentiaalvergelijkingen en toepassingen

1. Inleiding
   Continue veranderingsprocessen: wiskundige beschrijving
   Enkele basismodellen: fysische en biologische systemen
   Richtingsvelden en integraalcurves
   Classificatie van differentiaalvergelijkingen
   Korte historiek

2. Eerste orde differentiaalvergelijkingen
    Lineaire vergelijkingen: integrerende factoren
    Niet-lineaire vergelijkingen: scheiding van veranderlijken, exacte differentiaalvergelijkingen
    Existentie- en eenduidigheidsstellingen
    Toepassingen: autonome vergelijkingen en populatiemodellen

3. Lineaire differentiaalvergelijkingen van hogere orde
    Algemene theorie: lineaire onafhankelijkheid van basisoplossingen en de Wronskiaan
    Homogene vergelijkingen met constante coëfficiënten: de karakteristieke vergelijking, reductie van de orde
    Homogene vergelijkingen met niet-constante coëfficiënten: bijzondere types, reductie van de orde
    Niet-homogene vergelijkingen: methode van de onbepaalde coëfficiënten, methode van de variatie van parameters. 
    Toepassingen: harmonische trilling (met of zonder demping), gedwongen trillingen. 

4. Stelsels lineaire differentiaalvergelijkingen van eerste orde
    Algemene theorie: vector functies, lineaire onafhankelijkheid, Wronskiaan, algemene oplossing
    Homogene systemen met constante coëfficiënten: eigenstructuur, fundamentele matrices
    Niet-homogene systemen: methode van de onbepaalde coëfficiënten, methode van de variatie van parameters. 
    Analyse van lineaire systemen: het fasevlak, het faseportret, stabiliteit
    Toepassingen: stabiliteitsdiagramma en bifurcaties

5. Stelsels niet-lineaire differentiaalvergelijkingen en stabiliteit
    Autonome systemen: kritische punten en stabiliteit
    Lokaal lineaire systemen: linearisatie van niet-lineaire systemen
    Periodieke oplossingen en limietcycli
    Chaos en vreemde aantrekkers
    Toepassingen: de gedempte slinger, competitiemodellen, roof-prooidiermodellen, de Lorenz vergelijkingen

Studiemateriaal

Handboek: 
Elementary differential equations and boundary value problems – International student version with ODE Architect – 9th edition, 
William E. Boyce and Richard C. DiPrima, John Wiley & Sons, Inc.
ISBN: 978-0-470-39873-9

Handboek wordt verdeeld via Acco i.s.m. VTK.

Toledo: 
Slides, extra voorbeelden en oefeningen, studieprojecten, modeloplossingen. 

Webtools: 
Electronische zelf-testen, Zoek- en antwoordmachines op het web. 

Didactische software:
ODE-Architect (CD-rom of webregistratiecode, zie handboek). 

Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen

H0M69B : Toegepaste algebra en differentiaalvergelijkingen

Inhoud

zie H0M69a

Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen

H0M69B : Toegepaste algebra en differentiaalvergelijkingen

Toelichting

Tijdens het examen mag men gebruik maken van de handboeken die in de lessen werd gebruikt, de bijhorende slides met daarop eigenhandig geschreven notities en de eigenhandig geschreven notities uit de oefenzittingen.

Inhoud

De basiswetten van de dynamica worden aangeleerd en toegepast. Hieronder wordt verstaan:

• driedimensionele kinematica en dynamica (impuls, impulsmoment) van materiële systemen (inclusief onvervormbare voorwerpen)
• niet-inertiële dynamica en relatieve beweging
• energiemethoden (virtuele arbeid, methode van Lagrange)

De kinematica en dynamica van de vlakke beweging wordt behandeld als bijzonder geval van de algemene theorie.

De basiswetten van de mechanica worden opgebouwd en afgeleid. Daarnaast wordt er voldoende aandacht besteed aan het toepassen van deze wetten aan de hand van voorbeeld oefeningen.
 

Studiemateriaal

cursustekst

Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen

H0N27A : Toegepaste mechanica met inbegrip van sterkteleer

Inhoud

De basiswetten van de dynamica worden aangeleerd en toegepast. Hieronder wordt verstaan:

• driedimensionele kinematica en dynamica (impuls, impulsmoment) van materiële systemen (inclusief onvervormbare voorwerpen)
• niet-inertiële dynamica en relatieve beweging
• energiemethoden (virtuele arbeid, methode van Lagrange)

De kinematica en dynamica van de vlakke beweging wordt behandeld als bijzonder geval van de algemene theorie.

Elke oefenzitting komt overeen met en biedt oefeningen aan die een toepassing zijn op een welbepaald hoofdstuk (of deel van een hoofdstuk) van de cursus.

Studiemateriaal

oefeningenbundel

Toelichting werkvorm

De student maakt zelf oefeningen (onder begeleiding). Studenten mogen hierbij samenwerken met hun medestudenten.

Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen

H0N27A : Toegepaste mechanica met inbegrip van sterkteleer

Toelichting

De evaluatie bestaat uit een oefeningenexamen dat toetst of de student de basiswetten van de mechanica correct kan toepassen. Het examen is open boek (voor wat betreft de cursustekst; opgeloste oefeningen zijn niet toegelaten).

Inhoud

1. Conditie van een probleem.
2. Algoritmen: stabiliteit van een algoritme.
3. Floating point rekenkunde, foutenvoortzetting.
4. Vector- en matrixnormen, conditiegetal van een matrix.
5. Oplossen van lineaire stelsels: Gauss eliminatie.
6. Nuttige matrixontbindingen: LU-ontbinding, Cholesky ontbinding (voor positief definiete matrices), QR-ontbinding, singulierewaardenontbinding.
7. Oplossen van niet-lineaire vergelijkingen: iteratieve methoden (regula falsi, secant methode, methode van Newton-Raphson).
8. Oplossen van veeltermvergelijkingen (methode van Bairstow).
9. Iteratieve methoden voor het oplossen van (spaarse) stelsels (Jacobi, Gauss-Seidel) en versnelling van deze methoden (SOR).
10. Berekenen van eigenwaarden en eigenvectoren: methode van de machten, inverse iteratie.
11. Basisprincipes van interpolatie met nadruk op veelterminterpolatie en interpolatie met splines.
12. Numerieke differentiatie en integratie: basisformules, gebruik voor discretisatie van differentiaalvergelijkingen.

Studiemateriaal

Handboek:

A. Bultheel, K. Meerbergen, D. Nuyens, D. Roose. Numerieke wiskunde, Acco, Leuven, 2022.
ISBN: 9789464670769.
Handboek verkrijgbaar bij Acco De Moete, Campus Arenberg, Heverlee.

Weblink: https://kuleuven.acco.be/nl-be/items/9789464670769/Numerieke-wiskunde

Inhoud

1. Bewegende kommavoorstelling en foutenanalyse
2. Conditie en stabiliteit
3. Veelterminterpolatie
4. Bewegende kommavoorstelling en foutenanalyse (PC-zitting)
5. Numerieke integratie
6. Oplossen stelsels lineaire vergelijkingen (PC-zitting)
7. Oplossen niet-lineaire vergelijkingen
8. Stelsels niet-lineaire vergelijkingen
9. Iteratieve methoden voor stelsels lineaire vergelijkingen
10. Eigenwaarden berekenen (PC-zitting)

Studiemateriaal

De opgaven worden ter beschikking gesteld via Toledo.

Toelichting werkvorm

Zowel in theoretische als praktische zittingen worden de concepten en numerieke methoden behandeld in de hoorcolleges verder ingeoefend.
Verschillende van de zittingen gaan door in een PC-labo en laten de studenten toe te experimenteren met een aantal van de numerieke methodes in de Matlab- rekenomgeving. Hierbij krijgen de studenten Matlab-programmaatjes die ze leren begrijpen en waarin ze eenvoudige aanpassingen aanbrengen.

Toelichting

Het examen is een open-boek examen, schriftelijk met open vragen.

Inhoud

Scalaire velden en vectorvelden

• Scalair en vectoreel product, gradiënt en divergentie, rotor
• Divergentiestelling – stelling van Stokes
• Conservatieve kracht en potentiaal

Elektrische veld en elektrische potentiaal

• Wet van Coulomb, wet van Gauss
• Polariseerbaarheid, polarisatie, elektrische susceptibiliteit, diëlektrische permittiviteit, diëlektrische verplaatsing
• Toepassingen van elektrostatica: punteffect en van der Graaff generator
• Boltzmannstatistiek
• Temperatuursafhankelijkheid van de polarisatie van een verdund gas elektrische dipolen
• Grootteorde van elektrisch dipoolmoment, elektromagnetische energie van geladen deeltjes
• Condensator
• Piëzo-, ferro-, pyro- elektrische materialen
• Anisotroop en niet-lineair diëlektrisch gedrag

Elektrische stroom

• Driftsnelheid, stroomdichtheid, stroom, wet van Ohm
• Thermische energie en thermische snelheid
• Golffunkties, toestandsdichtheid, energiebandstructuur, Brillouinzone
• Pauliverbod, Fermi-energie en Fermi-statistiek
• Temperatuursafhankelijkheid van de resistiviteit van halfgeleiders en metalen
• Optisch gedrag van (gedopeerde) halfgeleiders en isolatoren

Magnetisme

• Magnetische inductie, magnetisch veld, magnetisch moment, magnetisatie, magnetische susceptibiliteit, magnetische permeabiliteit
• Toepassingen van magnetisme: solenoïde, inductantie, transformator, Hall effect, massaspectrometrie, magnetische fles, magnetisch veld en kracht tussen stroomgeleiders
• Wet van Ampère, wet van Faraday-Lenz
• Magnetisch veld en magnetisch moment van elektronische orbitaal en van elementen uit de tabel van Mendeljev 

Elektromagnetische golven en spectroscopische technieken

• Wetten van Maxwell
• Elektromagnetische golfvergelijking en (golf)oplossingen
• Golfvector en polarisatie van een elektromagnetische golf
• Dispersie van elektromagnetische golven in diëlektrica en geleiders en elektromagnetisch skin-effect
• Interactie van elektromagnetische golven met elektrische dipolen verbonen met elektronen, atoomkernen en moleculen in een vloeistof en verband met optische, UV, IR en diëlektrische spectroscopie
• Basiswerking van IR-spectroscopie, Raman- en Brillouinverstrooiing
• Reflectie en transmissie van elektromagnetische golven aan grenslagen: wetten van Snell vanuit de wetten van Maxwell en de continuïteitswetten voor elektrische en magnetische velden aan materiaalovergangen
• Toepassingen: werking van een prisma, polarisatie door reflectie, Brewsterhoek, totale interne reflectie

Fourieranalyse van signalen en systemen

• Beschrijving van signalen en systemen met behulp van Fourieranalyse
• Spectrum van periodische, niet-periodische en amplitudegemoduleerde signalen
• Modulatie en convolutie

Studiemateriaal

Aangeboden via Toledo:

• Cursustekst + slides hoorcollege’s 
• Lijst met typische examenvragen
• Voorbeelden van opgeloste vragen signaal- en systeemanalyse
• Videolessen

Toelichting werkvorm

Tijdens het hoorcollege vertrekken we van een aantal fenomenologische wetten betreffende elektrische en magnetische velden, en betreffende de microscopische respons van materialen op elektrische en magnetische velden.  Via inzichtelijke logische redeneringen, gekaderd in wiskundige afleidingen, wordt daaruit de link gelegd met elektromagnetische fenomenen en met materiaalgedrag.  Nadruk wordt gelegd op het afschatten van grootteordes van fundamentele en observeerbare grootheden, en op het feit dat naast een groot aantal toepassingen een zeer grote fractie van het observeerbaar materiaalgedrag in verschillende disciplines van de wetenschap en technologie verklaard kan worden met behulp van eenvoudige elektromagnetische fenomenen op microscopisch niveau.  De uitleg in het hoorcollege wordt ondersteund door een compacte maar volledige cursustekst.  In het hoorcollege worden ook voorbeelden behandeld van verschillende types oefeningen en toepassingen.

De hoorcolleges zijn beschikbaar als videolessen.  Om de paar weken is er een interactiesessie waarbij de studenten antwoorden krijgen op vragen over de leerstof.

Toelichting

Het examen is gesloten boek met beperkt formularium (cfr Toledo)

Onderdelen van het examen:

• Denk-, inzichts- en afschattingsvragen (schriftelijk)
• Bereken-  bespreek- en toepassingsvragen (schriftelijk)
• Oefening Fourieranalyse van signalen en systemen (schriftelijk)

Inhoud

De reverse engineering opdracht, die voorafgegaan wordt door een introductie in de kwantitatieve chemische analyse van materialen, laat de studenten toe een aantal karakteriseringstechnieken (mechanische, fysische, chemische testen) en software voor materiaalselectie in de praktijk toe te passen om te achterhalen of een bepaald onderdeel van een (vracht)wagen uit het juiste materiaal geproduceerd is en of er betere/goedkopere alternatieven zijn. Hierbij zorgt de student(e) voor:
- een goede specificatie van zijn/haar opdracht
- het gebruik van de juiste en relevante technieken
- het juiste analyse van de resultaten
- een voorstelling van een mogelijk alternatief in materiaalkeuze

Studiemateriaal

Handleiding, Toledo, open literatuur

Toelichting werkvorm

Deze OLA bestaat uit een reeks zittingen. Na de begeleide oefeningen voor kwantitatieve chemische analyse wordt een reverse engineering opdracht aangevat. De studenten kiezen, in groepen van 4 studenten, een onderdeel van een (vracht)wagen. De opdracht bestaat erin na te gaan wat de functie van het onderdeel is, welk materiaal gebruikt werd, waarom het gebruikt werd, hoe het aangemaakt en behandeld werd en waarom bepaalde eigenschappen tot stand gekomen zijn. Goedkopere of betere alternatieven worden eveneens onderzocht.

Toelichting

Mondelinge en schriftelijke rapportering; soms individuele oefeningen. 

Bij het bepalen van de finale score is de technisch-wetenschappelijke kwaliteit van het eindresultaat steeds doorslaggevend.

Meer informatie wordt via Toledo meegedeeld indien nodig.

Inhoud

De bachelorproef is een projectwerk rond een materiaalkundig onderzoeksthema.

Studiemateriaal

Open literatuur

Toelichting

Mondelinge en schriftelijke rapportering.

Bij het bepalen van de finale score is de technisch-wetenschappelijke kwaliteit van het eindresultaat steeds doorslaggevend.

Meer informatie wordt via Toledo meegedeeld indien nodig.

Inhoud

Polymeren
            - Basis
            - Thermoplasten
            - Thermoharders
            - Composieten
            - Hout
 
Keramische Materialen
-          natuurlijke keramieken
-          technische keramieken
-          cement en beton
-          cermets
 
Metallische Materialen
-          staalproductie
-          staal en staallegeringen
 
Corrosie
 
Roestvast staal
 
Gietijzer
 
Non-ferro materialen
-          koper
-          aluminium
-          nikkel
-          titaan
 

Studiemateriaal

•         Kopij van slides

Toelichting werkvorm

Ex-cathedra lessen en zelfstudie

Toelichting

De powerpoint presentaties v/d lessen zijn beschikbaar op Toledo.