DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the...

134
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERINGENGINEERING MECHANICS Research Brochure Message from the Chair Advanced Power Systems Research Group Engineering Education Innovation Research Group Mechanics of MultiScale Materials Research Group MultiScale Systems and Sensors Research Group Space Systems Research Group Sustainable Manufacturing and Design Research Group Faculty Profiles Michigan Technological University 1400 Townsend Drive, Houghton, MI 49931-1295 www.me.mtu.edu

Transcript of DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the...

Page 1: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

DEPARTMENT OF  MECHANICAL ENGINEERING‐ ENGINEERING MECHANICS 

 Research  Brochure 

Message from the Chair  Advanced Power Systems Research Group  Engineering Education Innovation Research Group  Mechanics of Multi‐Scale Materials Research Group  Multi‐Scale Systems and Sensors Research Group  Space Systems Research Group  Sustainable Manufacturing and Design Research Group  Faculty Profiles  

Michigan Technological University 1400 Townsend Drive, Houghton, MI 49931-1295

www.me.mtu.edu

Page 2: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

2

Page 3: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

3

Fall 2009 Message from the Department Chair 

 

Dr. William W. Predebon  

Department of  Mechanical Engineering‐Engineering Mechanics 

 Michigan Technological University 

Houghton, Michigan USA 

  

Brief History  Michigan  Technological  University  has  its  roots  in  the  mining  and  mineral  industry.  The  University  was established on February 20, 1885, under Senate Bill 211 as the Michigan School of Mines. During its history it has gone through several name changes from its start as the Michigan School of Mines to the Michigan College of Mines  in 1896; to the Michigan College of Mining and Technology  in 1927; and to  its current name, Michigan Technological University,  in 1963. The Bachelor of Science Degree  in Mechanical Engineering was established at Michigan Tech in 1928.  Michigan Tech has the reputation of providing a quality engineering education.  It has had, and continues to have, some of the largest undergraduate engineering programs  in the U.S. In particular, our ABET accredited Mechanical Engineering degree program has been in the top eight (8) Mechanical Engineering Departments in the U.S. for twenty‐six (26) consecutive years based on BSME degrees granted. For the 2007‐2008 Academic Year we were number eight (8) in the U.S. with 251 BSME graduates.  Rankings  Our  Graduate  Program  is  ranked  48th    nationally  among  doctoral  granting  mechanical  engineering departments  in  the  U.S.  by  the  2010  U.  S.  News  & World  Report:  America’s  Best  Graduate  Schools.  Our Undergraduate  Program  is  ranked  22nd  nationally  among  doctoral  granting  mechanical  engineering departments  in the U.S. by the 2008 U. S. News & World Report: America’s Best Colleges. The National Science Foundation  (NSF)  ranked  the ME‐EM Department 22nd  in  research expenditures at $11.512 million  in FY 2007 among all mechanical engineering departments in the U.S. In the Fall of 2009 our graduate student enrollment was 230 of which 83 are PhD  students. We also offer an our PhD and MS degrees all via distance  learning technologies.  Competitions, Design Programs & Awards  The Michigan  Tech  Aerospace  Enterprise won  third  place  nationally  out  of  eleven  university  teams  in  the University Nanosatellite Flight Competition Review (FCR).   The FCR was held  in Albuquerque, NM on January 19‐20, 2009.   The Michigan Tech Team also  received  the Best K‐12 Outreach Award  for  the  team’s efforts  in educating over 750 K‐12 students during the two‐year project.  The team  is under consideration for an orbital launch  of  the  vehicle  through  a  Department  of  Defense  program.   Michigan  Tech was  awarded  another 

Page 4: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

4

contract for $100k to further refine the satellite for the next FCR to be held January 2011.   The team’s faculty advisor is Dr. L. Brad King (associate professor, ME‐EM).  The Michigan Tech Clean Snowmobile Challenge (CSC) Enterprise Team earned 2nd place overall at the 2010 CSC Competition held at Michigan Tech  this March  15‐20, 2010.   The Michigan Tech  team won  the  following awards  in the Fueled Class: 2nd Place Overall, Best Performance, Best Design, and Simulation‐Driven Design.  Dr.  Jason  Blough  (associate  professor,  ME‐EM)  is  the  team’s  advisor.    To  view  awards  go  to:  http://www.mtukrc.org/snowmobile.html.  The ME  students  regularly compete  in many national competitions with  the  following  results  in 2008‐2009: Michigan Tech Aero Team earned 1st place at the SAE Aero East National Competition and 3rd place at the SAE Aero West National Competition.  Other 2009 competitions include: 8th in a field of 88 teams at the SAE Mini Baja Competition held  in Alabama, and 2nd  in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition  in Oregon.   The SAE Formula Car was 42nd out of 136 teams and 34th in endurance‐economy.  A  team of  six Senior Capstone Design  students  (Katie Olkkonen, Caleb Colyer, Tyler Blank, Nathan Fetting, Luke Winter, and Eric Boeckers) designed and built a human‐powered grain processor for a remote village  in Zambia, Africa.  Utilizing materials readily available to the villagers, the processor can be operated by people as young as 10 in grinding maize into flour, the staple of their diet.  Advised by Professor John Beard, the project was sponsored by MTU ME‐EM Alumn Dr. Terry Woychowski's family charitable foundation.   Holland provided sponsorship for five students (Andrew Jaworski, Kevin Temple, Ryan Sullivan, Kevin Bence, and Jason Hammel) to develop a Next Generation Tractor‐Trailer Interface to make the process of connecting a  trailer  to a  tractor  safer, easier, and more efficient.   The  students, advised by ME‐EM  staff member Mike LaCourt,  successfully  developed  a working  prototype  upon which  the  company  expects  to  pursue  patent rights.   The Department  is the  largest department on campus with forty (40) faculty and twenty nine (29) staff. Dr. Jeffrey Allen earned a 2009 SAE Ralph R. Teetor Educational Award, which  to places us 2nd for the most Teetor Awards among all universities in the U.S.  Fundraising  The Department completed Phase I of its Campaign “Building for the Future” in 2002 having raised $3.4 million in support of our undergraduate program laboratories and equipment and new learning environments. In 2003 Phase  II of our Campaign “Endowing Excellence” began with a goal of $54 million. The  focus of Phase  II  is people;  attracting,  rewarding,  and  retaining  the  best  faculty,  staff  and  students.  The  goals  are  endowed faculty  chairs  and  professorship,  endowed  fellowships  and  scholarships,  endowed  student  education programs, and endowing the ME‐EM Department. To date we have raised $25 million.  Organization  The Department is organized into five research groups to better prepare the department to respond to large, collaborative interdisciplinary research requests for proposals in order to achieve our vision. Our vision is to be a nationally  recognized mechanical engineering department  that attracts,  rewards, and  retains outstanding faculty,  students,  and  staff.  The  Mechanical  Engineering‐Engineering  Mechanics  department’s  mission  to prepare engineering students for a successful career is strongly supported by our vision and dependent on the department’s research. Research today occurs at the interfaces of different fields of engineering and science.  

Page 5: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

5

To  stay  at  the  forefront  of  technology,  these  research  groups  are  designed  to  encourage  intra‐ME‐EM Department  technical  areas,  inter‐department,  inter‐college/school,  and  inter‐university  collaboration.   Our long term goal  is for each group to become a university center or  institute and eventually, national research centers.  With limitless possibilities for interdisciplinary investigation, these research groups will engage more faculty members in research activities and foster synergy across the department and the university.  The research groups are:  Advanced Power Systems  Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale Materials  Multi‐Scale Systems and Sensors  Space Systems  Our department has four Technical Areas: Design and Dynamic Systems, Energy‐Thermo‐Fluids, Manufacturing and Industrial Engineering and Solid Mechanics.  These areas of specialization provide a solid foundation for a diverse curriculum and innovative research.   More about Houghton, Michigan  Houghton  lies  in  the  heart  of  the  Upper Michigan’s  scenic  Keweenaw  Peninsula.  The  campus  overlooks Portage Lake and is just a few miles from Lake Superior. The area’s expansive waters and forests, including the University’s  600‐acre  recreational  forest  adjoining  campus,  offer  students  unparalleled  opportunity  for outdoor  recreation. Houghton has a population of about 7,400  residents. The University’s more  than 7,000 students from many states and foreign countries make the area a vibrant multicultural community. Houghton is rated the safest college town in Michigan and the eighth‐safest in the nation. It also has been named one of the nation’s top‐ten summer sports areas, and one of the ten best places in the country to live. 

 

Page 6: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

6

Page 7: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

7

     RESEARCH GROUPS 

  Advanced Power Systems    Engineering Educational Innovation    Mechanics of Multi‐Scale Materials   Multi‐Scale Sensors and Systems   Space Systems 

DEPARTMENT OF  

MECHANICAL ENGINEERING‐ENGINEERING MECHANICS 

Page 8: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

8

Page 9: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

9

T he mission is to develop critical technologies for clean, efficient and sustainable power systems. Focus areas include  engines,  fuel  cells,  wind  turbines,  and 

modeling of energy transport and conversion processes.  Current  engine  research  topics  include  internal  combustion engines,  after‐treatment,  and  the  development  and application  of  advanced  experimental  techniques,  signal processing  technologies,  theoretical models, and embedded control  to  characterize  the  thermo‐physical  processes.  Current  areas  of  research  focus  on  biofuels,  including ethanol,  with  production  from  sources  including  forest products  and  application  in  advanced  combustion  engines. Alternative  fuel  research  includes  hydrogen,  and  hydrogen‐enhanced  gasoline  combustion.    Other  ongoing  research topics  include  in‐cylinder  heat  transfer,  high  degree‐of‐freedom  SI  engine  optimization,  combustion  knock,  diesel real‐time  combustion  detection  and  feedback  control, fundamental  droplet  interaction  and  atomization  studies, detailed  characterization  and model  development  of  diesel after‐treatment  devices  including  catalytic  converter, catalyzed  particulate  filters,  noise  modeling,  intake  flow calculations,  hybrid  powertrain  design/testing,  boiling  heat transfer predictions, characterization of cavitation  in  torque converters.    Fuel  Cell  research  involves  using  nanotechnology,  physics, materials science, and fluid dynamics to build better fuel cells.  In particular, research is focused on fuel cell design improving water management based on capillary action in the diffusion layers and  the bipolar plates.   Researchers are  investigating the  “wetability”  of  the  channel walls,  to make  them more slippery,  and  changing  their  geometry  to  facilitate  flow.  Other  investigators are  researching  the sustainability of  fuel cells, and development of bipolar cells  that can be  recycled using thermoplastic polymer with multiple carbon fillers that can be remelted.  Wind‐turbine technology research is focused on reducing the uncertainties related to blade dynamics, by the improvement of  the quality of numerical simulations of  the  fluid‐structure interaction,  and  by  better  understanding  the  underlying physics. The goal  is to  introduce new technological solutions that  improve  the economics of blade design, manufacturing &  transport  logistics  by:  First,  cutting  down  weight  by 

reduction of the safety factors used  in blade design; second, reducing  the  amount  of  qualified  labor  and  the  use  of expensive materials; and  third,  introducing  the concept of a “modular”  blade,  split  into  easy‐to‐handle  segments,  to overcome  bottlenecks  in  the  transport  and  lifting  logistics.  The approach  is to create a Virtual Test Environment, where innovative prototype blades may be tested at “real” full‐scale conditions,  by  combining  two  advanced  numerical  models implemented  in  a  parallel  HPC  supercomputer  platform:  A model of  the  vortex dynamics of unsteady  separated  flows by Vorticity‐Velocity Self‐Adaptive algorithms; and a model of the structural  response of heterogeneous composite blades by Variational‐Asymptotic Beam Theory techniques  Significant Newly Awarded Projects (Awarded after close of FY 09): 

Diesel  Emissions  Aftertreatment:  The  three‐year,  $2.8 million project  is being funded  largely by a $1.7 million grant from  the  US  Department  of  Energy's  National  Energy Technology  Laboratory.  Additional  support  and  in‐kind goods,  services  and  expertise  is  provided  by  the  partners from the diesel engine companies Cummins, John Deere, and Navistar;  sensor  manufacturer  Watlow;  and  Johnson Matthey, a producer of diesel catalysts and pollution‐control systems.  Scientists  at  Oak  Ridge  and  Pacific  Northwest National Laboratories are also collaborating.  

The  overall  goal  for  this  project  is  energy  efficient emission  control  for  heavy‐duty  diesel  engines  and  the development of accurate methods for On Board Diagnostics (OBD).  Energy  efficiency  impacts  associated  with  emission control  can  be  classified  as  direct  or  indirect.  Diesel particulate filters (DPFs) have two direct fuel penalty effects. First, active regeneration, to oxidize accumulated particulate matter  (PM), can result  in a  fuel penalty. Second,  inefficient regeneration  control  strategies  can  cause  unnecessary exhaust backpressure,  and potentially  fuel  penalties due  to inefficient  engine  operation.  The  inability  to  identify  and adapt  control  strategies  to  aging  or  compromised components  is  a  secondary  fuel  penalty  scenario.  Taken  to the extreme,  this  falls  into  the category of  the need  for on‐board diagnostics (OBD). 

Selective  catalytic  reduction devices  (SCRs) are used  to reduce exhaust NOx  levels  through  reaction with ammonia. The typical ammonia delivery mechanism is through injection 

(Continued on page 10)

Advanced Power Systems  Research Center 

Page 10: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

10

of liquid urea. The fuel penalty associated with inefficient SCR operation  arises  from  over  injection  of  urea.  This  requires more  frequent  resupply and wastes  the energy  required  for urea  production  and  distribution.  Excessive  ammonia slippage, an unregulated toxic emission, is a side outcome of this  scenario  and  should  be  minimized  through  proper control and OBD strategy implementation. 

Exploration  of  biodiesel  effects  on  DPF  and  SCR functionality,  with  particular  attention  to  control  system impact,  is  another  aspect  of  this  study.  The  results  of  this research could have significant indirect fuel efficiency impact not only  in proper functioning of DPFs and SCRs on engines using  biodiesel,  but  also  in  reducing  the  U.S.  reliance  on diesel fuel which comes from foreign crude. Biodiesel blends are  becoming  more  common  and  many  manufactures  are certifying  to  20%  biodiesel  similar  to  the  use  of  ethanol  in gasoline engines, however the engine and emission systems can react very differently to even these low biodiesel blends. With proper technology, biodiesel could provide even  lower emissions  than  traditional  fuel  without  sacrificing  fuel economy. 

The  researchers  will  create  models  and  methods  to 

improve the performance of both systems. One focus of their 

models will be for on‐board diagnostics. 

 Current research highlights:    Visualization of Fuel Cell Water Transport and Performance Characterization: The project, Visualization of Fuel Cell Water Transport  and  Performance  Characterization,  will  explore water  transport  and  accumulation  in  automotive  fuel  cells with  the  goal  to  develop  components  and materials which minimize  water  accumulation  and  freeze  damage  which degrade performance and durability of automotive fuel cells. The objectives of  this project will be  accomplished  through an  iterative  approach  that  starts  at  the  component  level, synthesizes  this  fundamental  learning  into combinatorial ex‐situ  experiments  with  nearly  full  visual  access,  and  then progresses to  increasingly more complex in situ experiments that  utilize  advanced  diagnostic  methods  such  as  current density and high‐frequency resistance (HFR) distributions and neutron radiography. Both experimental and modeling tools will  be  used  to  evaluate  ex‐situ  and  in  situ  performance. The  success  of  the  proposed  project  lies  in  new materials, improved  design  concepts  and  operating  strategies.  These can be  combined  to  improve  fuel  cell performance  through control of liquid water, mitigation of water accumulation and dehumidification, and suppression of  the effects of  freezing on start‐up time and material degradation.   Investigation  of  In‐Cylinder  Ionization  and  Examination  of Stochastic Analysis of SI Engine Combustion Knock:  Ionized gases  in  gasoline  engine  combustion  chambers  produce signals that are rich in content, which can potentially be used 

to  measure  quality  and  state  of  combustion  with  sensing through standard spark plugs.  However, in‐house laboratory experiments  have  indicated  significantly  high  variability  in these  ion  signals.    Existing  literature  contains wide  ranging claims for  ion signals with the appropriate signal processing.  Investigation will determine  if existing stochastic analysis of mechanical knock signals is appropriate and applicable to ion signal content.   Enhance and develop models to capture and optimize opportunities for gasoline engine control, especially air‐fuel  ratio  control  in  conjunction  with  transient compensation algorithms.  Selective  Catalytic  Reduction  (SRC)  Catalyst Modeling  and Active Control  for NOx Reduction  in Diesel Engine Exhaust After‐treatment  Systems:    The  development  of experimentally  validated  simulation  tools  and model‐based control  strategies  for  urea  SCR  catalysts.    The  primary research goals are: (1) an experimentally validated predictive model of an SCR catalyst  / urea  injection system,  (2) a near‐real‐time parameter  identification  strategy  suitable  for both model  validation  and  control  system  calibration,  (3)  an experimentally validated closed‐loop urea injection strategy.  Development of an  Improved Efficiency Low Emission DI‐SI Ethanol  Flex  Fuel  Powertrain  for  Hybrid  Applications: Develop  technologies  to  improve  the  efficiency  and  reduce the  emissions  of  unburned  hydrocarbons  (HC)  for  an advanced direct‐injection (DI) spark‐ignited (SI) ethanol Flex‐Fuel  engine  for  hybrid  and  plug‐in  hybrid  applications  for production in 2012. This will be accomplished through engine and  injector  testing,  analysis,  controls, modeling of engines and  engine  sub‐systems,  and  by  developing  improved predictive  combustion,  injection,  and  crank‐start  HC emissions  models  for  incorporation  into  GMs  engine simulation  tools  to  be  used  by  GM  research,  advanced engineering, and production groups.    Program Objectives to Meet Above Goals and Challenges: 1) Improve the energy efficiency of a flex‐fuel, direct‐injection (DI), spark‐ignition (SI) IC engine through combustion system design, operational calibration, and control. 2) Development of  technologies and methods  for  reduction of  crank‐start  emissions  compatible  and  synergistic  with hybrid and plug‐in hybrid drive systems utilizing advanced DI fueling with  improved  cam‐positioning  during  cranking  and run‐up. 3) Optimize a DI‐SI engine for blends of gasoline and ethanol f r o m   s t r a i g h t   g a s o l i n e   t o   E 8 5 . Development  of  improved  physically‐based  predictive simulation  tools  for DI  fuelling, hydrocarbon emissions, and combustion, and  integration of these submodels  into the 1‐D engine  simulation  tool used by GM  for new product design and analysis. Model validation and engine parameterizations will be performed  using data  from  the Michigan  Tech, GM, and Argonne National Laboratories engine  test and  injector 

(Continued from page 9)

(Continued on page 11)

Page 11: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

11

characterization programs and externally published research. 4) Build upon previous accomplishments to design, build and test a prototype Variable Compression Ratio (VCR) engine to determine  the potential  improvement  in operating efficiency for  ethanol/gasoline  fuel  blends  for  a  targeted  production introduction in 2016.  Gas‐Liquid Interface Dynamics and Dissipation Mechanisms in Capillary‐Scale Two‐Phase Flow: Two‐phase  flow  in  large‐scale  systems  has  historically  been important  to  the  fields of hydrodynamics  and heat  transfer. Advances  in  MEMS  analytical  devices,  microscale  heat exchangers,  space‐based  processing  and  thermal  control technologies, and  terrestrial‐based  technologies  such as  fuel cells have highlighted  the need  for  improved understanding of  gas‐liquid  flow  with  a  strong  capillary  component. Attempts at developing universal flow regime maps for small scale systems have been unsuccessful due  to  the  inability  to properly account for the effects of capillary forces, dissipation due  to  menisci  motion  and  gas‐liquid  interface  interaction. The PI will  conduct a  systematic experimental and analytical investigation  of  two‐phase  flow  at  the  capillary  scale  and develop  engineering  design  tools.  Educational  opportunities for  pre‐college,  undergraduate  and  graduate  students  are integrated  throughout  the  research program. The  first  three overlapping  research  phases  consists  of  qualitative experiments  to  study  gas‐liquid  interface  dynamics  and development of a high‐speed confocal microscopy technique. The  second  phase  of  this  program  focuses  on  quantitative studies  utilizing  the  high‐speed  confocal  microscopy technique  for  micro‐Particle  Image  Velocimetry  (micro‐PIV) near  dynamic  gas‐liquid  interfaces;  a  region  of  flow  not accessible  with  any  currently  available  micro‐PIV  methods. 

The analytical and experimental studies of  the second phase will  isolate  and  quantify  the  effects  of  surface  tension, interface  curvature,  interface  shear,  gas  phase  inertia  and compressibility,  hydrodynamic  dissipation  due  to  menisci motion and dynamic contact  lines on  the morphology of  the two‐phase  flow  through microchannels.  All  of  these  effects have been observed in capillary‐scale two‐phase flow, but not quantified. The  third phase will construct and  test predictive tools  fordesign  and  development  of  advanced  technologies and  to  improve  water  management  strategies  for  more reliable fuel cell operation.    The  results of  research will help  in development of automotive fuel cells where inability to effectively manage the water produced by the hydrogen‐oxygen reaction constitutes one of the major difficulties in mass deployment.    Impacts of this research have an educational aspect and  a  societal  aspect.  Graduate  and  undergraduate  student training  is  an  important  part  of  this work.  Students will  be recruited  from  under‐represented  groups  through  existing Michigan Tech educational partnerships. A key element of the educational  aspect  of  this  study  is  the  tiered mentoring  of graduate  to  undergraduate  students  and  undergraduate  to pre‐college  students  where  students  learn  through demonstration  and  instruction  from  other  students.  The societal  impact will be most evident  in advanced  technology development; particularly with  respect  to  alternative energy conversion technologies such as fuel cells. The results of this study will be a more thorough, quantitative understanding of two‐phase  flow  in  systems  where  capillary  forces  are important  and  application  of  this  understanding  to  advance technology while  developing  student  talent  in  the  growing field of microscale devices and fuel  cells.                           

(Continued from page 10)

Graduate Students running combustion testing at the      Alternative Energy Research Building 

Page 12: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

12

Alternative  Energy  Research  Building– Michigan  Tech  has  a 4000  square  foot  building  entirely  dedicated  to  alternative energy  research.   The all‐new  facilities within  the building  in‐clude  a  laboratory  with  some  highly  unique  equipment  to study fundamental combustion and sprays, a fuel cell  labora‐tory with an environmental chamber capable of temperature down to –40° C, and a wind flow laboratory which will be used to  study,  among many  other  things,  the  effects  of  variable geometry wind turbine blades.   The building also facilitates a full‐scale  50  kW  bio‐mass  fueled,  grid‐connected  generator, and a vehicle hoist of NVH experimentation.   A modern con‐ference  room  and  office  areas  to  accommodate  several  re‐searchers.   A phase two renovation will  include an IC Engines Educational Laboratory.   Automotive Powertrain Laboratories – A wide variety of facili‐ties are available for engine and power transfer research:   Automotive  Engines  ‐  Three  automotive‐type  engine  dyna‐mometer  cells  are  available with  space  for  six  test  engines. These  facilities  have  emission  measuring  capabilities,  in‐cylinder wireless  telemetry measuring  capabilities,  and  high‐speed data acquisition capabilities. SI and CI engines are stud‐ied.  Small Engines Laboratory ‐   The small engine laboratory has a number of small engines used for the study of engine combus‐tion, alternate fuels, and other engine phenomena. One dyna‐mometer test cell  is devoted to research associated with two stroke  engines.    This  facility  has  access  to  emissions  mea‐suring equipment and high speed data acquisition equipment.  Heavy Duty Diesel Engine Laboratory ‐  The diesel engine labo‐ratory contains two modern diesel engine dynamometer facili‐ties.    All  the  standard  engine measurement,  including  emis‐sions, can be obtained.  In addition, both the physical and bio‐logical characteristics of diesel exhaust can be obtained. 

 Torque Converters  ‐   A 275 Hp torque‐converter test‐cell with both motoring and absorbing   capa‐bilities  is available. A mi‐crowave telemetry technique  is employed for a diverse array of  torque converter studies including cavitation studies, static pressure maps on the blade  elements, blade strain, and noise measurements. Microfluidic  and  Interfacial  Transport  Lab  ‐  The Microfluidic and Interfacial Transport Lab contains a variety of compound (upright and  inverted) and  stereo microscopes, optical  com‐ponents and a vibration  isolation optical table.   The  lab  is de‐signed  to explore  the  fundamental physics of  fluid and  ther‐mal  transport  at  the  micro‐scale  including  evaporation/condensation and micro‐scale two‐phase flow with an empha‐sis on water management in low‐temperature fuel cells.  

 Optical Fluorescence Laboratory‐ A flow diagnostic tool sensor measuring  liquid film thickness based on optical fluorescence has been developed and is undergoing deployment tests.  Advanced  Energy  Systems  and  Microfluidics  Laboratory‐  Is dedicated to numerical and experimental analysis of a  liquid‐vapor  interface  with  or  without  interfacial  heat  and  mass transfer.    Including Molecular  Dynamics  of  Phase    Change,  Microfluidics,  Fuel  Cells,  and  Single  Phase  Heat  Transfer  in Micro‐Ducts.  Environmental  Freeze/Thaw  Facility  ‐  The  Environmental Freeze/Thaw Facility consists of 8'H x 12'L x 7'W Test Chamber located in a 550 square foot Control Room.  The Test Chamber can maintain steady temperatures between  ‐30 and +40 deg. C  and  can  control  the  relative  humidity  to  ±  2%.    The  Test Chamber is capable of rejecting up to 36,000 BTU per hour to a water cooled condensing unit and  is capable of exhausting and making  up  of  300  CFM  (0.144  cubic m/s).    The  Control Room  is  capable  of  rejecting  approximately  1.5  to  3  tons (18,000‐36,000 BTUH) of energy through the air handling sys‐tem when the heat is not rejected to the drain and is capable of exhausting 1,225 CFM.   Internal Condensing Flow Test Bench‐ A condensing flow loop is being used to study the dynamics of wavy interfaces, meas‐ure heat transfer rates, visualize  flows,  investigate effects of exit  conditions,  and  investigate  assembly  of  condensers/boilers  in modern cooling and refrigeration systems both ter‐restrial and space‐based.  Multi‐Scale Energy System Laboratory‐ The Multi‐Scale Energy Systems  Laboratory  (MuSES  lab)  is  dedicated  to  addressing energy  and  environmental  challenges  through  interdiscipli‐nary research. Research efforts  focus on the  investigation of micro‐  and  nano‐scale  phenomena  having  the  potential  to provide  scalable  technologies  for  our  macro  world,  and  in basic micro‐  and  nano‐fabrication  technologies  that  provide the  fundamentals  for more  complex  systems.  The  on‐going projects  include  comparative  study  of  micropumping,  self‐regulating micro hydrogen generators, polymeric superhydro‐philic surfaces, thermal management  for small  fuel cells, and immobilization of  nanomaterial on  arbitrary  surfaces  for  en‐ergy applications. Device fabrication is carried out at Michigan Tech’s Microfabrication Facility, a  full‐spectrum microfabrica‐tion  facility with photolithography,  thin  film deposition,  and dry/wet etching capabilities. MuSES lab is equipped with elec‐trical,  optical,  and  thermal  characterization  equipments,  as well as a fume hood for chemical processing and diamond saw for sample cutting. 

APSRC Research Laboratory Facilities 

Page 13: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

13

APSRC Faculty 

Research Highlights  *  

Jeff  Allen is an experimentalist interested in the study of two‐phase flow in capillary systems; such as found in  the gas flow  channels  and diffusion media of PEM  fuel  cells.   The behavior of  liquid water  in  the  internal passages of Proton Exchange  Membrane  (PEM)  fuel  cells,  a  class  of  low  temperature  fuel  cells,  presents  a  serious  challenge  to  the development of reliable and efficient power units.  The factors which influence capillary flow are well established (contact angle, geometry and surface tension), but the behavior of gas‐liquid flows subject to capillary phenomena in the complex, manifolding  passages  of  PEM  fuel  cells  is  not  fully  understood.   Other  active  research  involves  investigations  of  the stability of  evaporating  and  condensing  liquid  films, microfluidic  systems  such  as  lab‐on‐a‐chip, microfluidic diagnostic development, design and optimization of micro‐fuel reformers, and low‐gravity fluid dynamics.  

Research Highlights  

A microwave telemetry technique for making wireless measurements in reciprocating and rotating machinery has been developed. The technique  is being used to study a variety of phenomena  in both automotive torque converters and I. C. engines. 

 Cavitation signatures, turbine blade strain, torque converter noise, and static pressure maps on the suction side of the stator blade are being studied in separate projects. Static pressure maps on other blade elements, thermal maps, and flow visualization of the cavitation zones are planned for the future. 

 Piston thermal loading is also studied in a high‐speed direct‐injection diesel. Fast‐response surface thermocouples are used  to measure  crank  angle‐resolved  surface  temperature  and  calculate  instantaneous  surface  heat  flux.  The  same sensors are being used to identify spray impingement signatures on the piston crown of the running diesel.     

*  Research funding and publication information for all faculty in the Advanced Power Systems       

Research Center starts on page 24. 

Areas of interest include:  Heat transfer,  Internal combustion engines,  Torque converter,  Infrared   radiometry,       Infrared and microwave telemetry  

Areas of interest include:  Capillary flow,    Interfacial transport phenomena,  Fuel cells,   Phase‐change heat transfer,  Microgravity fluid physics 

Jeffrey S. Allen Associate Professor  PhD University of Dayton Advanced Power Systems    Research Center,  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Carl L. Anderson  Professor Associate Dean of  Engineering  PhD, University of  Wisconsin‐Madison 

Advanced Power Systems         Research Center 

Page 14: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

14

Research Highlights  

Dr. Beard's research includes design for manufacturing in two areas. He is investigating the influence of  manufacturing variation  on  the  response  of  planar  and  three‐dimensional mechanisms.    He  has  examined  the    influence  of  design parameters on  the wear  rates of gerotor  types, and developed a pump  that demonstrates    the potential  for decreased wear  rates  and manufacturing  cost. Vehicle  suspension  systems  are being modeled    to determine  the  influence of  the kinematic parameters on the tire/road interactions.  In this way, the impact of manufacturing and assembly variation on the vehicle  performance may  be  assessed.  The model  can  be  used  as  a  design  tool  to  develop  a  suspension  system with improved handling  characteristics and decreased production  costs. Beard  is Faculty Advisor  for Challenge‐X,  the hybrid vehicle  design  competition  sponsored  by  GM  and  DOE.    He  advised  the  team  that  designed  and  built  a  power‐split transmission  for  the Future Truck Competition and was  the 2002 NSF Faculty Advisor of  the Year. Beard  is applying his manufacturing experience in tool‐and‐die design, forming, turning, and grinding to teach effective design in manufacturing for preliminary design courses as well as capstone design courses. The creative teaching process  in the capstone design courses produced three patents. 

John E. Beard  Associate Professor  PhD, Purdue University  Advanced Power Systems Research 

Center  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:  Design of mechanical systems,  Hybrid electric powertrains,  Biomedical engineering,         Manufacturing 

Jason R. Blough  Associate Professor  PhD, University of Cincinnati  Director, Design/Dynamics Area 

Advanced Power Systems Research Center 

 Multi‐Scale Sensors and   Systems  

Areas of interest include:   Vibrations,   Unique instrumentation/data            

acquisition,   Digital signal processing,   Noise control 

Research Highlights  

Dr. Blough's research includes dynamic measurement problems, developing new digital signal processing algorithms to understand NVH type problems and ways to  improve the NVH characteristics of virtually any machine.   He has made measurements on items as small as individual turbine blades to items as large as 45m diameter radio telescopes and many machines  in between  including automobiles, snowmobiles, M1  tanks,  locomotives, and appliances.   He has worked on automotive  and  snowmobile  powertrains  and  other  vehicle  components  to  make  them  quieter.  Currently,  he  is researching the implementation of active noise control systems in passenger vehicles. 

Dr. Blough developed order  tracking  algorithms  for processing data on  rotating machinery  that  are  commercially licensed. Additional digital signal processing projects have included Kalman Filter development for a specific automotive application and Sound and Vibration Quality Jury and metric studies. 

Dr. Blough is well versed in nearly all experimental NVH techniques including Modal Analysis, Transfer Path Analysis, Time‐Frequency analysis, etc. He routinely teaches many of these techniques in the classroom and industry short courses.  He also has experience in FEA and multi‐body dynamics modeling. 

APSRC Faculty 

Page 15: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

15

Bo Chen  Assistant Professor  PhD, University of California‐Davis Multidisciplinary Engineered    Dynamic Systems  

Areas of interest include:  Mechatronic and embedded systems,   Agent technology,  Distributed control systems,   Intelligent transportation  systems 

Research Highlights  

Distributed adaptive and cooperative mechatronic and  embedded systems  

Mobile agent and multi‐agent systems 

Real‐time control systems 

Web‐based systems 

Computer‐aided design and analysis 

Intelligent vehicle and transportation systems 

William J. Endres  Associate Professor  PhD, University of Illinois —           Urbana‐

Champaign 

Director, Senior Design  Advanced Power Systems  Research 

Center                   

Engineering Education Innovation 

Areas of interest include:  Machining dynamics,   Cutting mechanics,              Manufacturing processes 

Research Highlights  

Dr.  Endres'  expertise  is  in manufacturing  and  design.  He  teaches  courses  in mechanical  design, manufacturing process, machining process, machining process modeling, and machining dynamics. 

Endres'  research  is  in  the  areas  of  machining  dynamics,  cutting  mechanics  and  mechanistic  process  modeling techniques. His experimental research and associated model developments are contributing to an improved fundamental understanding of  the effects of  the blunt edge and wear‐land  found on most cutting  tools.   His work also  focuses on dynamic modeling of machine‐tool joints and analytical machining dynamics, including solutions for vibration level as well as  stability  in  the  presence  of  multiple/parallel  processes,  real  tooling  geometry,  periodic  time  variation,  high  and ultrahigh speeds, and multi‐dimensional machine‐tool dynamics. 

APSRC Faculty 

Page 16: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

16

APSRC Faculty 

John H. Johnson  Research Professor and Presidential Professor Emeritus 

PhD, University of  Wisconsin—Madison 

Advanced Power Systems Research Center 

Areas of interest include:   Internal combustion engines,  Diesels, and biodiesels Air pollution,   Emissions modeling  Fuel Economy 

Research Highlights  

A  catalyzed  ceramic  particulate  matter  filter  is  examined  relative  to  its  effect  on  emissions  and  the  passive regeneration  process  within.  The  emissions  are measured  relative  to  their  size  distribution,  and  chemical/biological character. Modeling  relative  to  the pressure drop and mass of particulate matter  in  the  filter  is being developed.   A  1‐dimensional 2 layer single channel wall‐flow particulate filter model is being applied with output variables being the outlet size distribution and particle concentration, the mass of  particulate matter retained in the filter, and the mass oxidized by NO2  and  thermal  including  the  location  in  the  filter where  oxidation  is  taking  place.    The  diesel  laboratory  has  been designed to include the study of active regeneration of the particulate matter deposited in the filter.   

A  new  advanced  ceramic  material  for  diesel  particulate  filters  is  being  studied  and  the  pressure  drop,  active regeneration  characteristics,  and  the  filtration  efficiency  of  these  filters will  be  compared  to  a  conventional  ceramic material being used on new heavy‐duty vehicles  in 2007.   A  lumped parameter model  for the particulate  filter  is being used  to  simulate  the  catalyzed  particulate  filter  in  a  heavy‐duty  truck.    A  Vehicle  Engine  After‐treatment  System Simulation  (VEASS) was  developed  and  is  used  for  particulate  filter  and NOx control  system  studies.  A model  based control system is being simulated using VEASS to control the regeneration process.  A project is also underway to model the control of nitrogen oxides using a SCR catalyst which is modeled as part of the overall control system model. 

Areas of interest include:   Spray Combustion,   Fuel Flexibilities,   Soot Emissions,   Internal Combustion Engines,  Gas Turbine Engine,   Laser‐Based Combustion Diagnostics   

Research Highlights  

Spray combustion dynamics in combustion vessel and internal combustion engines 

Combustion instabilities, flame flashback and autoignition in premixed gas turbine engines 

Alternative fuels including biofuels, coal‐based fuel, jet fuel, syngas and their applications to advanced combustion engines 

Supercritical fuel combustion characteristics 

Soot formation processes in laminar and turbulent diffusion/premixed flames 

Pulse detonation engine (PDE) for advanced propulsion Development and application of laser‐based diagnostics for chemically reacting flows 

Seong‐Young Lee  Assistant Professor  PhD, Pennsylvania State University  Advanced Power Systems Research 

Center 

Page 17: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

17

APSRC Faculty 

DeSheng (Dennis) Meng  Assistant Professor  PhD, University of California —    Los 

Angeles 

Advanced Power Systems Research Center 

Areas of interest include:  Micro‐ and nano‐ technologies for 

energy and environmental applications,  

Microfluidics,   Micro fuel cells,   Microelectromechanical systems 

(MEMS),   Micro‐ and nano‐ fabrication 

Research Highlights  

Self‐regulating micro fuel cells for portable military/civilian electronics 

Nanostructured surfaces for energy and  environmental applications 

Micro‐ and Nano‐fluidics for energy harvesting  

Self‐healing materials 

Areas of interest include:   CFD,  Multi‐phase flow,  Atomization,   Environmentally responsible manu‐facturing 

Donna J. Michalek Associate Professor Assistant Provost PhD, University of Texas ‐Arlington Area Director, Energy, Thermal, Fluids 

Advanced Power Systems Research Center 

Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale  Materials   

Multi‐Scale Sensors & Systems  

Research Highlights  

Dr. Michalek's primary  research  interest  is  in  the area of computational  fluid dynamics centers on modeling multi‐phase fluid systems for automotive, biomedical and manufacturing applications.  These flows are modeled using modified versions  of  commercially  available  CFD  codes,  as well  as  algorithms  developed  at MTU.    Efforts  in  environmentally responsible manufacturing  involve  utilizing  both  analytical  and    computational models  to  evaluate  the  role  of metal working fluids  in machining processes with the goal of    improving air quality  in manufacturing environments.   Research efforts  in atomization and the examination of the flow  in the  injector body will result  in computational models that will aid  in  injector nozzle design.     Dr.   Michalek also has an  interest  in pedagogical research, which  involves the design and implementation of course‐related teaming activities for use both inside and  outside the classroom, and the assessment of their influence on student performance. 

Page 18: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

18

APSRC Faculty 

Scott A. Miers  Assistant Professor  Ph.D, Michigan Technological University 

Advanced Power Systems Research Center 

Areas of interest include:  Alternative and renewable transportation fuels, 

Internal  combustion engine efficiency,  

Performance and emissions,  Wireless data acquisition 

Research Highlights    

Dr. Miers joined the ME‐EM Department at Michigan Tech in August of 2008. He was previously employed by Argonne National Laboratory in the Engines and Emissions Research section where his research focus was on internal combustion engine efficiency, emissions, and performance. He was also closely involved with alternative and renewable fuels research investigating how the unique chemical compositions affect both engine and vehicle operation. 

His  research  interests  and  expertise  centers  on  experimental  internal  combustion  engine  research  focusing  on gasoline  and diesel  combustion  including  system efficiency  and emissions  reduction. He has experience with novel  IC engine  data  acquisition  techniques  such  as  piston‐mounted  wireless  microwave  telemetry  and  minimally  invasive combustion visualization. In addition, he has a significant  interest  in alternative and renewable transportation fuels and has worked with biodiesel, ethanol, butanol, and Fischer‐Tropsch synthetic fuels in both spark‐ignition and compression‐ignition engines.  

Areas of interest include:  Heat transfer,  Boiling,  Interfacial phenomena,  Micro– and nanofluidics 

Abhijit Mukherjee  Assistant Professor  Ph.D, University of California — Los 

Angeles 

Member, Advanced Power Systems Research Center 

Research Highlights  

     Dr. Mukherjee’s research focuses on numerical and experimental study of  liquid‐vapor  interface with  interfacial heat and mass transfer with applications in boiling, condensation, combustion and multiphase flows. His other areas of inter‐est  include micro‐ and nanofluidics.   Investigation  is being done to determine the effect of vapor bubble growth on the pressure drop and wall heat transfer mechanisms during flow boiling  inside microchannels.  Research is also being con‐ducted on the interaction of the air and the water  droplets inside the microchannels on the bi‐polar plates of fuel cells. 

Page 19: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

19

APSRC Faculty 

Jeffrey D. Naber  Associate Professor  PhD, University of Wisconsin‐Madison 

Director, Advanced Power  Systems Research Center 

Areas of interest include:   Internal combustion engines,  Hydrogen and biofuels,   After‐treatment 

Research Highlights  

Dr. Naber  joined MTU  in August of  2004. Prior  to  joining MTU, he worked  in  the automotive  industry on R&D of engine‐management‐systems  for  gasoline  and  diesel  engines.  He  also  worked  at  Sandia  National  Laboratories,  CRF investigating  sprays  and  combustion  processes  of  diesel,  natural  gas,  and  hydrogen  engines  utilizing  laser  based diagnostics. 

He and fellow colleagues direct the Advanced Internal Combustion Laboratories (AICE) at the University. His research interests  are  in  IC  engines  and  after‐treatment  and  the  development  and  application  of  advanced  experimental techniques,  signal  processing  technologies,  theoretical  models,  and  embedded  control  to  characterize  the  thermo‐physical processes. The areas under investigation include: 

Combustion processes and combustion control of hydrogen and hydrogen dual fuelled engines, 

Biofuels  including  ethanol with  production  from  forest  products  and  application  in  advanced  combustion engines, 

Gasoline IC engine research and the development of physical based correlations and models, 

Development of combustion measurement techniques for diesel, gasoline, and HCCI and PPCI engines. He  has  numerous  patents  in  the  area  of  controls,  on‐board‐diagnostics  and  exhaust  sensing  utilizing multilayer 

ceramics in an electro‐chemical calorimetric sensor for hydrocarbons and other constituents as applied to powertrain and engine systems. 

Research Highlights  

Dr. Narain’s current research  interest  is both computational and experimental  in nature and emphasizes the area of internal  condensing  flows.  Fluid  mechanics  and  heat  transfer  issues  along  with  free‐surface  phenomena  are  being investigated in the context of a condenser’s performance in a thermal system.  NSF and NASA  fund these investigations. His  secondary  interests  are  in  related  areas  of  transport  processes  such  as:  cavitation  signatures  in  an  automobile’s torque‐converter, computational simulations of turbulent flows through heat exchangers, displacement pumps, etc.   

The condensing  flow  research has demonstrated  the  significance of exit conditions on condenser operations. The experiments also demonstrate how exit‐condition effects can  lead to system‐instabilities. Such system‐instabilities may arise  in ground and space  thermal management systems,  looped heat pipes, Rankine power cycles, etc. Research and recent publications also emphasizes integration of experimental results with state of the art nearly exact computational code development  and  simulations  for  two dimensional  internal  condensing  flows  ‐ both  in  steady  and unsteady  (i.e. wavy‐interface)  regimes.  The  simulations  identify  various  instability mechanisms  and  flow  regimes.  For  condensation inside vertical tubes and inclined channels, the ongoing experiments employ modern electronic flow control techniques, fiber‐optic flow visualization techniques, a fluorescence and fiber‐optic based sensor (developed at MTU)  for measuring real time values of condensate thickness, etc.  

Areas of interest include: Condensing/phase‐change flows,  Computational  and  experimental fluid mechanics/heat transfer 

Amitabh Narain  Professor  PhD, University of Minnesota 

Advanced Power Systems Research Center 

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Page 20: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

20

APSRC Faculty 

Gordon G. Parker  John and Cathi Drake Professor of     

Mechanical Engineering 

Director of Research  PhD, State University of New York  Advanced Power System  Research 

Center 

Space Systems Research Group 

Areas of interest include:  Nonlinear controls,  Mechatronics and dynamics 

Research Highlights       

Dr.  Parker  specializes  in  control  system  design  and  methods  for  correlating  nonlinear  dynamic  models  to experimental       data. An emerging area of research is the utilization of inter‐spacecraft Coulomb forces for both position and attitude control. This has applications from spacecraft formation flying to active “virtual” structures that are highly reconfigurable and robust to individual spacecraft failure.  Spacecraft force coupling and the nonlinear electrostatic force behavior provide a variety of interesting technical challenges from nonlinear control to optimal formation design.  

Similar research topic areas such as, nonlinear control, system simulation, nonlinear system parameter identification and optimization, are present  in most of his ongoing projects. Examples  include active  control of diesel engine after‐treatment  systems, at‐sea  ship  crane  control, and hydraulic  system parameter  identification. Another  research area  is focused on increasing robot‐based, flexible material throughput for manufacturing applications. The system dynamics of the part are exploited, in conjunction with vision‐based trajectory optimization, to minimize maneuver time.  

Research Highlights    

Dr. Pandit's main areas of interest are systems analysis, forecasting, and control, with applications to manufacturing and design. Pandit's principal contribution has been the methodology of data dependent systems (DDS). He has taught courses on  this methodology  and undertaken  research  in  its  application  to  computer‐integrated manufacturing,  solar energy  simulation,  paper‐making,  blast  furnace  operation,    quality  control,  business  forecasting,  vibration  and modal analysis, machine vision, and  nanometrology. He has published more than 150 papers on the methodology, including two books  listed below. Pandit  served as  1993‐94 ASA/NSF/NIST Senior Research Fellow,  is  the  recipient of  the MTU  1994 Faculty Research Award, and was elected Fellow of the American Society of Mechanical Engineers in 1999. 

Sudhakar M. Pandit  Professor  PhD ,University of Wisconsin —   

Madison 

Advanced Power Systems Research Center 

Multidisciplinary Engineered     Dy‐namic Systems  

Areas of interest include:  Data‐dependent systems modeling,   Computer control,        Machine vision 

Page 21: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

21

Research Highlights  

Dr. Ponta  is doing  research  in wind‐turbine  technology  to  reduce  the uncertainties  related  to blade dynamics. His approach  is to create a Virtual Test Environment, where  innovative prototype blades may be tested at “real”  full‐scale conditions, by  combining  two  advanced numerical models  implemented  in  a parallel HPC  supercomputer platform: A model of the vortex dynamics of unsteady separated flows by Vorticity‐Velocity Self‐Adaptive algorithms; and a model of the structural response of heterogeneous composite blades by Variational‐Asymptotic Beam Theory techniques. 

Areas of interest include:   Theoretical and computational fluid 

mechanics,      Vortex dynamics,   Fluid‐structure interaction,       Wind‐turbine aerodynamics,   Renewable  energy sources,   Energy systems 

APSRC Faculty 

Fernando Ponta  Assistant Professor  PhD, University of Buenos Aires  Advanced Power Systems Re‐

search Center 

Research Highlights     Dr. Rao's areas of expertise include automotive noise, vibration, and harshness (NVH), damping of materials and joints, 

development of innovative concepts of damping enhancements for vibration control using viscoelastic damping materials, and    noise  control.  He  received  the  NASA  New  Technology  Award  in  1990  from  NASA‐Marshall  Space  Flight  Center, Huntsville, Alabama,  for  his  research  on  the  damping  of  composite materials  of  the Hubble  Space  Telescope. He  also received the NSF Research Initiation Award in 1989. 

Mohan D. Rao  Associate Professor  PhD, Auburn University  Advanced Power Systems         

Research Center  

Areas of interest include: Acoustics,  Vibrations,  Noise control,  Damping,  Auditory science 

Page 22: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

22

APSRC Faculty 

Research Highlights    

Chuck Van Karsen has been a member of the Department of Mechanical Engineering since August 1987. Prior to that he had a twelve year career as a practicing engineer in the Machine Tool, Automotive, and Software industries. 

He specializes in Experimental Vibro‐Acoustics, NVH, and Structural Dynamics. His research efforts have concentrated on  experimental  noise  and  vibration methods  related  to  automotive  systems  and  subsystems,  large  home  appliances, machine tools, and off‐highway equipment.  

Van Karsen regularly presents seminars and short courses on Experimental Modal Analysis, Digital Signal Processing, Acoustic Measurements and Sound Quality, and Source‐Path‐Receiver methods. 

At  Michigan  Tech  Van  Karsen  teaches  Mechanical  Vibrations,  Experimental  Vibro‐Acoustics,  Analytical  and Experimental Modal Analysis, Mechanical Engineering Laboratory, and Controls.  

Charles D. Van Karsen  Associate Professor MSME, University of Cincinnati 

Associate Chair and Director of      Undergraduate Studies 

Advanced Power Systems Research Center 

Engineering Education Innovation  

Areas of interest include:  Vibration,  Model analysis, and  Acoustics 

Research Highlights  

Jeremy Worm continues his research on  internal combustion engines focusing  in the area of alternative fuel com‐bustion.   His  recent  research  involves  the use of  ethanol, butanol, methanol, hydrogen, biodiesel,  and  syngas  from woody biomass to fuel internal combustion engines. He has been very involved in the coordination of the new Alterna‐tive Energy Research Building and the development of the an interdisciplinary master of engineering degree and gradu‐ate and undergraduate certificates in Advanced Electric Drive Vehicle Engineering.  

Jeremy Worm 

Research Engineer  Advanced Power Systems Research 

Center  Sustainable Futures Institute 

Areas of interest include:   Alternative fuel combustion  Electrification of vehicles  Hybrid vehicle technologies 

Page 23: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

23

APSRC Faculty 

Song‐Lin (Jason) Yang  Professor  PhD, University of Florida  Advanced Power Systems Research 

Center 

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:  Applied computational fluid  dynamics  Heat transfer,   Engine flow simulation,  DPF / DOC Modeling and  Simulation,   Computational aerodynamics 

Research Highlights  

Dr. Yang’s research interest is in the area of computational fluid dynamics (CFD), both in developing it as a tool and in using  it to study problems  in fluid mechanics, heat transfer, and combustion. He  is using the KIVA code along with the Reynolds‐stress  turbulence model  for engine  flow  simulation with  spray and  combustion.  In addition, Dr. Yang  is also working  on  the modeling  and  numerical  simulation  of  diesel  particulate  trap  (DPF)  performance  during  loading  and regeneration and the diesel oxidation catalyst (DOC) converter code development. 

Page 24: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

24

ME‐EM Research Projects through June 2009 Advanced Power Systems Research 

Investigator(s)  Sponsor Total Award 

Title 

Allen, Jeffrey ‐ PI Rochester Institute of 

Technology $991,930 

Visualization of Fuel Cell Water Transport and Performance Characterization 

Allen, Jeffrey ‐ PI National Science      

Foundation $701,921 

CAREER: Gas‐Liquid Interface Dynamics and Dissipation Mechanisms in Capillary‐Scale Two‐Phase Flow 

Allen, Jeffrey ‐ PI National Science          

Foundation $147,544 

Collaborative Research:  Interfacial Instability, Convective Motion and Heat Transfer in Evaporating Films 

Allen, Jeffrey ‐ PI National Aeronautics  

Space         Administration $64,138 

Dynamics and Heat Transfer of Evaporating Films in Reduced Gravity 

Allen, Jeffrey ‐ PI National Aeronautics 

Space         Administration $50,333 

Microscale Investigation of the Thermo‐Fluid Transport in the Transition Film Region of an Evaporating Capillary Meniscus 

Anderson, Carl ‐ PI                                                                    Yang, Song‐Lin ‐ Co‐PI 

Visteon Corporation  $393,980  Electronically Controlled Powertrain Cooling ‐‐ Year 4 

Anderson, Carl ‐ PI Blough, Jason ‐ Co‐PI 

General Motors Corp  $297,830 The Effect of Torque Converter Design Parameters on Noise and Cavitation Characteristics 

Anderson, Carl ‐ PI                                                                 Blough, Jason ‐ Co‐PI 

US Dept of Education  $163,980 GAANN: Enhancing the Position of the United States Through Interdisciplin ary Development of Fuel Efficient Hybrid Compatible Internal Combustion Engines 

Anderson, Carl ‐ PI                                                                 Blough, Jason ‐ Co‐PI 

General Motors Corp  $96,510 Experimental Determination of Turbine Blade Inlet Tip Loading 

Anderson, Carl ‐ PI                                      Johnson, John ‐ Co‐PI                                          Michalek, Donna ‐ Co‐PI                            Yang, Song‐Lin ‐ Co‐PI 

US Dept. of Energy  $54,074 Direct Injection Compression Ignition Diesel  Automotive Technology Education (GATE) Program 

Anderson, Carl ‐ PI Naber, Jeffrey ‐ Co‐PI 

Ford Motor Co Inc  $45,000 Ford Distance Learning Program ‐ PhD in Mechanical Engineering (MEEM) 

Beard, John ‐ PI  Delphi Corp  $113,124  Electric Power Steering Rack Modeling 

Beard, John ‐ PI Argonne National        

Laboratory $20,000 

Enterprise: EcoCar—The NeXt Challenge (Educational 

Activity) 

Blough, Jason ‐ PI Anderson, Carl ‐ Co‐PI Johnson, Mark ‐ Co‐PI 

General Motors Corp  $118,483 Torque Converter Noise Generation and Noise 

Characterization at Various  Speed Ratios 

Blough, Jason ‐ PI Naber, Jeffrey ‐ Co‐PI 

John Deere Company  $72,400 Prototype Development and Testing of a Combustion Sensing Technology for John Deere Powertrains (John Deere match) 

Blough, Jason ‐ PI Anderson, Carl ‐ Co‐PI 

General Motors Corporation 

$60,085 Characterizing Torque Converter Noise Generation at Various Speed Ratios to Enable Vehicle Efficiency Improvements 

Blough, J. ‐ PI Naber, J. ‐ Co‐PI Worm, J. ‐ Co‐PI 

PCB Piezotronics  $36,347  Combustion Pressure Engine Testbed Setup 

Diebel, John ‐ PI Allen, Jeffrey ‐ Co‐PI 

Michigan Universities                  Commercialization Initiative (MUCI) 

$60,949 Fuel Cell Water Control System  Prototype‐Alternative Energy 

Page 25: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

25

ME‐EM Research Projects through June 2009 Advanced Power Systems Research 

Name  Sponsor  Total Award  Title 

Johnson, John ‐ PI                                                                 Yang, Song‐Lin ‐ Co‐PI 

John Deere Co  $418,043 

Modeling of a Diesel Oxidation Catalyst and a  Catalyzed Particulate Filter (DOC‐CPF) System with Active Regeneration Using a Hydrocarbon Injection System 

Johnson, John ‐ PI                                                                 Yang, Song‐Lin ‐ Co‐PI 

John Deere Co  $224,915 Modeling of a Continuously Regenerating Particulate Trap in a Heavy‐Duty Diesel  Engine with Cooled Low Pressure EGR 

Johnson, John ‐ PI                                                                  Naber, Jeffrey ‐ Co‐PI 

Dow Automotive Corp  $128,361 Characterization and Performance of Dow Automotive Advanced Ceramic Material Substrate for Diesel Particulate Filter 

Keith, Jason (Chem. Eng.) – PI Allen, Jeffrey – Co‐PI Caspary, D. (Chem. Eng.) – Co‐PI 

Crowl, D. (Chem. Eng.) ‐ Co‐PI Meldrum, Jay‐ Co‐PI Meng Desheng‐ Co‐PI Mukherjee, Abhijit‐ Co‐PI Naber, Jeffrey ‐ Co‐PI 

U.S. Dept of Energy  $482,244 Hydrogen Education Curriculum Path at Michigan Technological University 

Lee, Seong‐Young Michigan Technological         

University. $5,000 

REF‐RS: Investigation of Direct Injection Flash Boiling 

Spray in a Combustion Vessel 

Meng, DeSheng ‐ PI  American Chemical Society  $78,000 Demulsification of Water‐Oil Emulsion by Nanostructured Surfaces 

Meng, DeSheng ‐ PI Michigan Technological         

University $10,000 

REF‐MG: Collaboration with UIUC on Innovative Micro Fuel Cells Architectures for Biomedical and Military Applications and the Development of Mentoring Relationship with Dr. Mark A. Shannon 

Miers, Scott ‐ PI Michigan Technological         

University $7,000 

REF‐RS: Development of a Novel Nucleate Boiling Identification Technique to Optimize Internal Combustion Engine Thermal Management 

Mukherjee, Abhijit ‐ PI Endres Machining Innovations 

LLC $44,603 

Empirical Modeling of Convective Heat‐Transfer     Coefficient in Micro‐Ducts 

Mukherjee, Abhijit ‐ PI Endres Machining Innovations 

LLC $36,117 

Empirical Modeling of Heat Transfer Coefficient in  Micro Ducts 

Mukherjee, Abhijit ‐ PI Michigan Technological          

University $15,000 

REF‐RS: Experimental Investigation of Bio‐mimetic Water Management in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell 

Naber, Jeffrey ‐ PI Michalek, Donna ‐ Co‐PI Beard, John ‐ PI Mukherjee, Abhijit ‐ Co‐PI 

State of Michigan— Public    Service Commission 

$2,575,109 Development of an Improved Efficiency Low Emission DI‐SI Ethanol Flex Fuel Powertrain for Hybrid Application 

Naber, Jeffrey ‐ PI Anderson, Carl ‐ Co‐PI Post, Scott ‐ Co‐PI 

National Science Foundation  $1,341,011 MRI: Development of Combustion Vessel for the Study of Gas and Dispersed Liquid Phase at Elevated Pressure and Temperature 

Naber, Jeffrey ‐ PI Beard, John ‐ Co‐PI Michalek, Donna ‐ Co‐PI 

General Motors Corp  $272,146 Direct Injection Ethanol Flex‐Fuel Engine Optimization and HC Cold‐Start Emissions Reduction for Hybrid Applications—Basic Research 

Naber, Jeffrey ‐ PI Blough, Jason ‐ Co‐PI 

University of Michigan—Michigan Universities 

Commercialization Initiative $193,986 

Prototype Development and Testing of a Combustion Sensing Technology for John Deere Powertrains 

Page 26: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

26

ME‐EM Research Projects through June 2009 Advanced Power Systems Research 

Name  Sponsor  Total Award  Title 

Naber, Jeffrey ‐ PI University of Michigan—Michigan Universities           

Commercialization Initiative $122,837 

A Novel Method of Stochastic IC Engine Combustion Knock Detection 

Naber, Jeffrey ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $98,262 Ionization Signal Analysis for Combustion Feedback 

Naber, Jeffrey ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $87,000 Investigation of In‐cylinder Ionization and Examination of Stochastic Analysis of SI Engine Combustion Knock 

Naber, Jeffrey ‐ PI Worm, Jeremy ‐ Co‐PI 

Ford Motor Co Inc  $66,284 Combustion Feedback, Knock Analysis, and Tools for SI IC Engines 

Naber, Jeffrey ‐ PI Beard, John ‐ Co‐PI Michalek, Donna ‐ Co‐PI 

General Motors Corp  $52,052 

Direct Injection Ethanol Flex‐Fuel Engine Optimization and HC Cold‐Start Emissions Reduction for Hybrid Applications‐Applied Research 

Naber, Jeffrey ‐ PI  Argonne National Laboratory  $51,169 Graduate Student Research in Hydrogen IC Engines 

Naber, Jeffrey ‐ PI Allen, Jeffrey ‐ Co‐PI Beard, John ‐ Co‐PI Blough, Jason ‐ Co‐PI Worm, Jeremy ‐ Co‐PI 

Michigan Technological         University 

$30,000 REF‐IE: Proposal for Facility Funding for a Laboratory Building Focused on Alternative Energy Research at Michigan Tech 

Naber, Jeffrey – PI Worm, Jeremy – Co‐PI 

Nostrum Energy, LLC  $29,921 Characterization of Combustion in an SI Engine with Water Injection 

Naber, Jeffrey ‐ PI Miers, Scott ‐ Co‐PI 

Argonne National Laboratory  $23,426 Research Collaboration: Graduate Student Research in Internal Combustion Engines 

Narain, Amitabh ‐ PI                             Evensen, Harold ‐ Co‐PI                          Van Karsen, Charles ‐ Co‐PI 

National Aeronautics Space    Administration 

$698,577 

Direct Computational Simulations and Experiments for Internal Condensing Flows' System‐Instabilities/Dynamics in Micro‐Gravity and Terrestrial Environments 

Parker, Gordon – PI Johnson, John‐Co‐PI 

Navistar, Inc (International Truck & Engine) 

$301,810 Development of a Multi‐Component Aftertreatment Simulation Environment in MATLAB 

Parker, Gordon ‐ PI Devarakonda, Maruthi ‐ Co‐PI Johnson, John ‐ Co‐PI 

International Truck & Engine  $252,830 System Level Modeling and Control for Diesel Engine PM and NOx After‐treatment 

Parker, Gordon ‐ PI  Craft Engineering  $159,101 Development of a Ship‐Launched Arial Delivery System 

Parker, Gordon ‐ PI                               Johnson, John ‐ Co‐PI                           Devarakonda, Maruthi ‐ Co‐PI 

International Truck & Engine  $119,644 Model Based Analysis and Investigation of Advanced Control Strategies for an Integrated Urea‐ SCR After‐Treatment System 

Parker, Gordon ‐ PI Johnson, John ‐ Co‐PI 

International Truck & Engine  $112,473 SCR Catalyst Modeling & Evaluation of Control Strategies for NOx Reduction in Diesel Engine Exhaust Aftertreatment Systems 

Parker, Gordon ‐ PI  BMT Designers & Planners  $9,712 Crane Pendulation Control System Specification Development 

Page 27: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

27

ME‐EM Research Projects through June 2009 

Advanced Power Systems Research 

Name  Sponsor Total Award 

Title 

Predebon, William ‐ PI Anderson, Carl ‐ Co‐PI Michalek, Donna ‐ Co‐PI Naber, Jeffrey ‐ Co‐PI 

Michigan Technological     University 

$34,158  MTU REF‐IE: ME‐EM Research Caucus Grant Writer 

Rao, Mohan ‐ PI South Florida Water           Management District 

(SFWMD) $44,730 

Design and Validation of an Acoustic Doppler Current Profiler Test Bench 

Sutherland, John, ‐ Co‐PI  National Science Foundation  $114,498 

BE/MUSES: Renewable Energy from Forest Resources: Investigating the Complex Interrelated Issues Associated with Generating Automotive Fuels from Lignocellulosic Biomass 

Worm, Jeremy – PI Blough, Jason – Co‐PI Naber, Jeffrey ‐ Co‐PI 

University of Michigan‐MI Initiative for Innovative and Entrepreneurship (MIIE) 

$227,100 

Development of a Trilateral Partnership Between Michigan Tech, AVL, and GM with an Integral laboratory to Explore and Incubate Innovative Powertrain and Instrumentation Concepts 

Worm, Jeremy – PI Miers, Scott – Co‐PI Naber, Jeffrey – Co‐PI 

General Motors Corp  $11,985 Investigation of Extreme Inlet Air Temperature on Thermal 

Efficiency of a Flex‐Fueled SI Engine 

Page 28: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

28

APSRC Publications 

Allen, J.S., Son, S.Y., and Collicott, S.J., "Chapter 46. PEMFC Flow‐Field Design for Improved Water Management," chapter in Handbook of Fuel Cells, Volume 5, Prof. Wolf Vielstich, Dr. Hubert A. Gasteiger and Dr. Harumi Yokokawa, eds., John Wiley & Sons, 2009.  

Allen, J.S., Son, S.Y., and Collicott, S.H., “Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) Flow‐field Design for Improved Water Management,” in Handbook of Fuel Cells: Advances in Electrocatalysis, Materials, Diagnostics and Durability, Vol. 5 & 6, Vielstich, W., Gasteiger H.A., and Yokokawa, H. (eds.). John Wiley & Sons Ltd., Chichester, UK, pp. 768‐698, 2009. 

Parikh, N., Allen, J.S., Yassar, R.A., “Effect of Deformation of Electrical Properties of Carbon Fibers used in Gas Diffusion Layer of Proton Exchange Membrane Fuel Cells,”  Journal of Power Sources, Vol. 139, No. 2, pp. 766‐768, September 2009. 

Medici, E., and Allen, J.S., “Existence of the Phase Drainage Diagram in PEM Fuel Cell Fibrous Diffusion Media,” Journal of Power Sources, Vol. 191, No. 2, pp. 417‐427, June 2009. 

Fultz, D.W., and Allen, J.S., “Visualization of Pressure in Microchannels,” Journal of Heat Transfer, Vol. 130, No. 8, 080907 (1 page), August 2008. 

Hernandez, J. and Allen, J.S., "Visualization and Tracking of Spontaneous Liquid‐Liquid Slug Flow in Microchannels", Journal of Heat Transfer, Vol. 129, pp. 937, 2007. 

Herescu, A., and Allen, J.S., "A Theoretical Investigation of an Electric‐Field‐Driven Menisci Micro‐Pump,” Journal of Fluids Engineering, Vol. 129, pp. 404‐411, 2007. 

Som, S.M., Kimball, J.T., Hermanson, J.C., and Allen, J.S., “Stability and Heat Transfer Characteristics of Unsteady Condens‐ing and Evaporating Films,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 1927‐1937, 2007. 

Allen, J.S., and Herescu, A., “A Theoretical Discussion of a Menisci Micropump driven by an Electric Field,” Journal of Fluids Engineering, Vol. 129, No. 4, 8 pages, April 2007. 

Allen, J.S., “Two‐Phase Flow in Small Channels and the Implications for PEM Fuel Cell Operation,” ECS Transactions, Vol. 3, No. 1, pp. 1197‐1206, 2006. 

Wee, S‐K, Kihm, K.D., Pratt, D.M. and Allen, J.S., “Micro‐Scale Heat and Mass Transport of Evaporating Thin Film of Binary Mixture,” Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 20, No. 2, pp. 320‐326, 2006. 

Robinette, D., Anderson, C., Blough J.R., and Johnson, M., “Characterizing the Effect of Automotive Torque Converter De‐sign Parameters on the Onset of Cavitation at Stall,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. (SAE Noise and Vibration Conference, Saint Charles, IL, May 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐2231.) 

Gandhi, A.H., Weaver, C.E.,  Curtis, E.W.,  Alger, T.F., Anderson, C.L., Abata, D.L., Chapter: “Spray Characterization in a DISI Engine During Cold Start: (1) Imaging Investigation” in “SI Combustion and Direct Injection SI Engine Technology,” ISBN No. 978‐0‐7680‐1751‐9, April 2006. 

Gandhi, A.H., Weaver, C.E.,  Curtis, E.W.,  Alger, T.F., Anderson, C.L., Abata, D.L., Chapter: “Spray Characterization in a DISI Engine During Cold Start: (2) PDPA Investigation” in “SI Combustion and Direct Injection SI Engine Technology,” ISBN No. 978‐0‐7680‐1751‐9, April 2006. 

Sweger, P., Anderson, C.L., Blough, J.R.,”Measurements of Strain on 310 mm Converter Turbine Blade,” International Jour‐nal of Rotating Machinery, Vol. 10, No.1, 55‐63, 2004. 

Anderson, C.L., Zeng, L., Sweger, P., Narain, A., and Blough, J.R., “Experimental Investigation of Cavitation Signatures in an Automotive Torque Converter Using a Microwave Telemetry Technique,” International Journal of Rotating Machinery, Vol. 9, No. 6, pp. 403‐410, September 2003. 

Beard, J., Weinmann, K.J., and Emblom, W.J., “Strains Generated In Selected Regions for an Intelligent Die During Stamp Forming,” Transactions of the NAMRI/SME, Vol. 37, May 2009. 

Dilworth, B. and Blough, J.R., “Implementation of the Time Variant Discrete Fourier Transform as a Real‐Time Order Track‐ing Method,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. (SAE Noise and Vibration Conference, Saint Charles, IL, May 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐2213.) 

Van Karsen, J., Blough, J.R., Ge, T., Johnson, D, and Rao, M., “Estimation of Powertrain Inertia Properties via an In‐situ Method,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. (SAE Noise and Vibration Conference, Saint Charles, IL, May 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐2410.) 

Blough, J., Naber J., Frankowski, D., Goble Monroe, Szpytman, J.E., “Analysis of Combustion Knock Metrics in Spark‐Ignition Engines,” SAE 2006 Transactions Journal of Engines, Document Number: 2006‐01‐0400, April 2006. 

Singh, N., Johnson, J.H., Parker, G.G., and Yang, S.‐L., “Vehicle Engine After‐treatment System Simulation (VEASS) Model: Application to a Controls Design Strategy for Active Regeneration of a Catalyzed Particulate Filter,” SAE 2005 Transactions Journal of Fuels and Lubricants, SAE Paper No. 2005‐01‐0970, April 2009. 

Page 29: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

29

Triana, A.P., Johnson, J.H., Yang, S.L., and Baumgard, K.J., “An Experimental and Computational Study of the Pressure Drop and Regeneration Characteristics of a Diesel Oxidation Catalyst and a Particulate Filter”, SAE 2006 Transactions Journal of Fuels and Lubricants, March 2007. 

Hasan, M., Triana, A.P., Johnson, J.H., and Yang, S.L., “An Advanced 1D 2‐Layer Catalyzed Diesel Particulate Filter Model to Simulate: Filtration by the Wall and Particulate Cake, Oxidation in the Wall and Particulate Cake by NO2 and O2, and Regen‐eration by Heat Addition”, SAE 2006 Transactions Journal of Fuels and Lubricants, March 2007. 

Huynh, C.T., Johnson, J.H., Yang, S.L., Bagley, S.T., and Warner, J.R., “A One‐Dimensional Computational Model for Studying the Filtration and Regeneration Characteristics of a Catalyzed Wall‐Flow Diesel Particulate Filter,” SAE Journal of Fuels and Lubricants, pp. 620 ‐ 646, 2004 (SAE 2003 Transactions). 

Litzinger, T., Colket, M., Kahandawala, M., Katta, V., Lee, S.‐Y., Liscinsky, D., McNesby, K., Pawlik, R., Roquemore, W., Santoro, R., Sidhu, S., Stouffer, S., Wu, J., “Fuel Additive Effects on Soot across a Suite of Laboratory Devices, Part 1: Etha‐nol,” Combustion Science and Technology, Vol. 181, pp. 310‐328, 2009. 

Balster, L., Coporan, E., Dewitt, M., Edwards, T., Ervin, J., Graham, J., Lee, S.‐Y., Pal, S., Phelps, D., Rudnick, L., Santoro, R., Schobert, H., Shafer, L., Striebich, R., West, Z., Wilson, G., Woodward, R., Zabarnick, S., “Development of an Advanced, Thermally Stable, Coal‐based Jet Fuel,” Fuel Processing Technology, 2008. 

Santoro, R., and Lee, S.‐Y., “Pulse Detonation Engines: Progress and Challenges,” in Book of Kenneth K. Kuo and Juan Rivera, "Advancement in Energetic Materials and Chemical Propulsions", Begell House Inc. Publishers, p. 436‐456, 2007. 

Lee, S.‐Y., Watts, J., Saretto, S., Pal, S., Conrad, C., Woodward, R., and Santoro, R.J., “Deflagration to Detonation Transition Processes by Turbulence‐Generating Obstacles in Pulse Detonation Engines,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 20, No. 6, pp. 1026‐1036, 2004. 

Lee, S.‐Y., Seo, S., Broda, J., Pal, S., and Santoro, R., “An Experimental Estimation of Mean Reaction Rate and Flame Struc‐ture in a Lean‐Premixed Gas Turbine Combustor,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 28, pp. 775‐782, 2000 

Meng, D., and Allen, J., “Micro– and Nanofluidics for Energy Conversion,” IEEE Nanotechnology Magazine, Vol. 2, No. 4, pp. 19‐23, December 2009. 

Meng, D.D., and Kim, C.‐J., "An Active Micro‐direct Methanol Fuel Cell with Self‐Circulation of Fuel and Built‐In Removal of CO2 Bubbles," Journal of Power Sources, Vol. 194, No. 1, pp. 445‐450, October 2009.  

Teng, F., Zhu, Y., He, G., Gao, G., and Meng, D., “Cataluminescence and Catalysis Properties of CO Oxidation Over Porous Network of ZrO2 Nanorods Synthesized by a Bio‐Template,” The Open Catalyst Journal, Vol. 2, pp. 86‐91, March 2009. 

Teng, F., Yao, W., Zhu, Y., Chen, M., Wang, R., Mho, S., and Meng, D., “Correlation Cataluminescence (CTL) Property with Reactivity of Hydrothermally Synthensized La0.8Sr0.2MnO3 Cubes and CTL as a Rapid Mode of Screening Catalyst,” The Jour‐nal of Physical Chemistry C., Vol. 113, No. 8, pp. 3089‐3095, January 2009. 

Meng , D.D., and Kim, C.‐J., "Micropumping of Liquid by Directional Growth and Selective Venting of Gas Bubbles," Lab on a Chip, Vol. 8, pp. 958 ‐ 968, 2008. 

Meng, D.D., Cubaud, T., Ho, C.‐H., and Kim, C.‐J., "A Methanol‐Tolerant Gas‐Venting Microchannel for a Micro Direct Metha‐nol Fuel Cell," Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 16, pp. 1403‐1410, 2007.  

Meng, D.D., Kim, J., and Kim, C.‐J., "A Degassing Plate with Hydrophobic Bubble Capture and Distributed Venting for Micro‐fluidic Devices," Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 16, pp. 419‐424, 2006. 

Meng, D.D., and Kim, C.‐J., "A Micro Direct Methanol Fuel Cell with Self‐Pumping of Liquid Fuel," Technical Digest Solid State Sensor, Actuator and Microsystems Workshop, Hilton Head Island, SC, pp. 120‐123, June 2006. (selected for oral presenta‐tion) 

Wallner, T., Miers, S.A., McConnell, S., “A Comparison of Ethanol and Butanol as Oxygenates Using a Direct‐Injection, Spark‐Ignition Engine,” Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 131, 03802‐1, May 2009. 

Miers, S. A., Barna, G. L., Anderson, C. L., Blough, J. R., Inal, M. K., Ciatti, S. A., “A Wireless Microwave Telemetry Data Trans‐fer Technique for Reciprocating and Rotating Components,” ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, GTP‐06‐1228, Vol.130, Issue 2, 2007. 

Miers, S.A., Anderson, C.L., Blough, J.R., Inal, M.K.,  “Impingement Identification in a High Speed Diesel Engine using Piston Surface Temperature Measurements,” SAE Special Publication 05M‐329, 2005. 

Miller, M.H., Perrault, J.A., Parker, G.G., Bettig, B.P., and Bifano, T.G., “Simple Models for Piston‐Type Micromirrror Behav‐ior,” Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 16, pp. 303‐313, January 2006. 

Mukherjee, A., Bayazitoglu, Y., “Contribution of Thin Film Evaporation during Flow Boiling Inside a Microchannel,” Interna‐tional Journal of Thermal Sciences, Vol. 48, No. 11, pp. 2025‐2035, November 2009. 

APSRC Publications 

Page 30: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

30

Mukherjee, A., and Naber, J.D., “Ionization Signal Response during Combustion Knock and Comparison to Cylinder Pressure for SI Engines,” SAE International Journal of Passenger Cars—Electrical and Electrical Systems, Vol. 1, No. 1, pp. 349‐364, April 2009. 

Mukherjee, A., and Kandlikar, S.G., “Numerical Study of Single Bubbles with Dynamic Contact Angle during Nucleate Pool Boiling”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, No. 1‐2, pp. 127‐138, January 2007. 

Mukherjee, A., and Kandlikar, S.G.., “Numerical Study of an Evaporating Meniscus on a Moving Heated Surface”, ASME Jour‐nal of Heat Transfer, Vol. 128, No. 12, 1285‐1292, December 2006. 

Mukherjee, A., and Kanlikar, S.G., “Numerical Simulation of Growth of a Vapor Bubble during Flow Boiling of Water in a Mi‐crochannel”, Journal of Microfuidics and Nanofluidics, Vol.1, No. 2, pp. 137‐145, May 2005. 

Kandlikar, S.G., Kuan, W.K., and Mukherjee, A., “Experimental Study of Heat Transfer in an Evaporating Meniscus on a Mov‐ing Heated Surface”, Journal of Heat Transfer, Vol. 127, No.3, pp. 244‐252, March 2005.  

Mukherjee, A., and Dhir, V.K.,  “Numerical and Experimental Study of Lateral Merger of Vapor Bubbles during Nucleate Pool Boiling”,  Journal of Heat Transfer, Vol. 126, No. 6, pp. 1023‐1039, December 2004. (Recipient of the 2006 ASME Journal of Heat Transfer Best Paper Award) 

Naber, J.D., and Worm, J., “Chapter 6: Application of Biomass Derived Fuels for Internal Combustion Engines with a Focus on Transportation,” in Renewable Energy from Forest Resources in the United States, Soloman, B.D., and V.A. Luzadis, edi‐tors, (Oxfordshire: Routledge, UK), 2008. 

Szwaja, S., and Naber, J.D., “Impact of Leaning Hydrogen‐Air Mixtures on Engine Combustion Knock,” Journal of KONES, Powertrain and Transportation, Vol. 15, No. 2, pp. 483‐491, 2008. 

Mathur, V.K., Moscherosch, B.W., Polonowski, C.J., and Naber, J.D., “Application and Comparison of Soy Based Biodiesel Fuel to Ultra Low Sulfur Diesel Fuel  in a HPCR Diesel Engine—Part  I: Engine Performance Parameters,” Journal of KONES, Powertrain and Transportation, Vol. 15, No. 3, pp. 327‐334, 2008. 

Mathur, V.K., Moscherosch, B.W., Polonowski, C.J., and Naber, J.D., “Application and Comparison of Soy Based Biodiesel Fuel to Ultra Low Sulfur Diesel Fuel in a HPCR Diesel Engine—Part II: Combustion and Emissions,” Journal of KONES, Power‐train & Transportation, Vol. 15, No. 4, pp. 311‐320, 2008. 

Polonowski, C., Naber, J., and Blough, J.R., “Accelerometer Based Sensing of Combustion in a High Speed HPCR Diesel En‐gine,” SAE 2007 Transactions—Journal of Passenger Cars—Mechanical Systems, Section 6, Vol. 16, pp. 592‐607, 2007. 

Naber, J., Johnson, J.H., Bagley, S.T., Singh, P., Thalagavara, A.M, “An Experimental Study of Active Regeneration of an Ad‐vanced Catalyze Particulate Filter by Diesel Fuel Injection Upstream of an Oxidation Catalyst,” SAE Transactions Journal of Fuels and Lubricants, Vol. 115, pp. 334‐357, April 2006. 

Kulkarni, S.D., Narain, A., Mitra, S., and Phan, L., “Forced Flow of Vapor Condensing over a Horizontal Plate (Problem of Cess and Koh*) Part 1—Steady Solutions of the Full 2D Governing Equations,” ASME Journal of Heat Transfer, 2009. 

Ng, T.W., Narain, A., and Kivisalu, M., “Fluorescence and Fiber‐Optics Based Real‐Time Thickness Sensor for Dynamic Liquid Films,” ASME Journal of Heat Transfer, 2009. 

Kulkarni, S.D., Narain, A., and Mitra, S., “Forced Flow of Vapor Condensing over a Horizontal Plate (Problem of Cess and Koh*) Part 2—Unsteady Solutions of the Full 2D Governing Equations Yielding Steady “Attractors” and their Unsteady Re‐sponses to Initial Disturbances and Noise,” ASME Journal of Heat Transfer, April 2009. 

Narain, A., Kulkarni, S.D., Mitra, S., Kurita, J.H., and Kivisalu, M., “Internal Condensing Flows in Terrestrial and Micro‐gravity Environments—Computational and Ground‐based Experimental Investigations of the Effects of Specified and Unspecified (Free) Conditions at Exit,” Interdisciplinary Transport Phenomena: Annals of New York Academy of Sciences, Vol. 1161, pp. 321‐360, January 2009. 

Phan, L. and Narain, A., “Non‐linear Stability of the Classical Nusselt Problem of Film Condensation and Wave‐Effects,” ASME Journal of Applied Mechanics, Vol. 74, No. 2, pp. 279‐290, 2007. 

Narain, A., Kurita, J.H., Kivisalu, M., Kulkarni, S.A., Siemionko, A., Ng, T.W., Kim, N., and Phan, L., “Internal Condensing Flows Inside a Vertical Pipe—Experimental/Computational Investigations of the Effects of Specified and Unspecified (Free) Condi‐tions at Exit,” ASME Journal of Heat Transfer, Vol. 129, No. 10, pp. 1352‐1372, Oct. 2007. 

Phan, L.,   Wang, X.,   and Narain, A., “Exit Condition, Gravity, and Surface‐Tension Effects on Stability and Noise‐sensitivity Issues for Steady Condensing Flows inside Tubes and Channels,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 49, No. 13‐14, pp. 2058‐2076, July 2006. 

Liang, Q., Wang, X., and Narain, A., “Effect of Gravity, Shear and Surface Tension  in  Internal Condensing Flows  ‐ Results from Direct Computational Simulations.” ASME Journal of Heat Transfer, Vol. 126, No. 5, pp. 676 – 686, October 2004. 

APSRC Publications 

Page 31: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

31

Narain, A., Liang, Q., Yu, G., and Wang, X.,  “Direct Computational Simulations for Internal Condensing Flows and Results on Attainability/Stability of Steady Solutions, Their Intrinsic Waviness, and Their Noise‐sensitivity, ” Journal of Applied Mechan‐ics, Vol. 71, No. 1, pp. 69‐88, January 2004. 

Devarakonda, M., Parker, G., Johnson, J.H., Strots, V., and Santhanam, S., “Model –Based Estimation and Control System Development  in Urea‐SCR Aftertreatment System,” SAE International Journal of Fuels and Lubricants, Vol. 1, No. 1, pp. 646‐661, April 2009. 

Bleck, J.C., Epp, D.S., Sumali, H., and Parker, G.G., “A Simple Learning Control to Eliminate RE‐MEMS Switch Bounce,”  Jour‐nal of Microelectromechanical Systems, Vol. 18, No. 2, pp. 458‐465, April 2009. 

Dhaliwal, A., Parker, G.G. and Blough, J.R., “Active Structural Acoustic Control of Road Noise in a Passenger Vehicle,” Inter‐national Journal of Vehicle Autonomous Systems, Vol. 2, 168‐188, 2004. 

Chen, W., Buehler, M., Parker, G.G., and Bettig, B.,  “Optimal Sensor Design and Control of Piezoelectric Laminate Beams,” IEEE Transactions on Control System Technology, Vol. 12, No. 1, 148‐155, 2004. 

Ponta, F.L., Jacovkis, P., “Marine‐current Power Generation by Diffuser‐augmented Floating Hydro‐turbines,” Renewable Energy, Elsevier, Vol. 33, No. 4, pp. 665‐673, April 2008. 

Ponta, F.L., and Lago, L.I., “Analyzing the Suspension System of VGOT‐Darrieus Wind Turbines,” Energy for Sustainable De‐velopment, International Energy Initiative, Vol. 12, No. 2, pp. 5‐16, June 2008. 

Ponta, F., Seminara,  J., Otero, A., “On  the Aerodynamics of Variable‐Geometry Oval‐Trajectory Darrieus Wind Turbines”, Renewable Energy, Elsevier; Vol. 32, 35‐56, 2007. 

Ponta, F., “The KLE Method: A Velocity‐Vorticity Formulation for the Navier‐Stokes Equations”, Journal of Applied Mechan‐ics, Transactions of the ASME, Vol. 73, pp. 1031‐1038, November 2006. 

Ponta, F., "Effect of Shear‐layer Thickness on the Strouhal‐Reynolds Number Relationship for Bluff‐body Wakes ," Journal of Fluids and Structures, Vol. 22, No. 8, pp.1133‐1138, November 2006. 

Ponta, F., Aref, H., “Numerical Experiments on Vortex Shedding from an Oscillating Cylinder”; Journal of Fluids and Struc‐tures, Elsevier; Vol. 22, No. 3, pp. 327‐344, April 2006. 

Ponta, F., “The Kinematic Laplacian Equation Method”; Journal of Computational Physics, Academic Press; Vol. 207, No. 2, pp. 405‐426, August 2005. 

Ponta, F., Aref, H., “Vortex Synchronization Regions  in Shedding  from Oscillating Cylinders”; Physics of  Fluids, American Institute of Physics, Vol. 17, p. 011703, November 2004. 

Ponta, F., Aref, H., “Strouhal‐Reynolds Number Relationship for Vortex Streets”; Physical Review Letters, American Physical Society; Vol. 93, p. 084501, 2004. 

Ponta, F., Otero, A., "On the structural behavior of variable‐geometry oval‐trajectory Darrieus wind turbines," Renewable Energy, Vol. 34, No. 3, pp. 827‐832, March 2003.  

Ponta, F.,  Jacovkis, P., “A Vortex Model for Darrieus Turbine Using Finite Element Techniques”; Renewable Energy, Elsevier;  Vol. 24, No. 1, pp. 1‐18, September 2001. 

 Holt, J.R., Rao, M.D., Blough, J.R., and Gruenberg, S., “Time History Based Excitation  in the Dynamic Characterization of Automotive Elastomers,” Journal of Automobile Engineering, Vol. 221, No.3, Part D, pp. 271‐284, 2007 

 Yeliana, Worm, J., Michalek, D., and Naber, J., “Property Determination for Ethanol‐Gasoline Blends with Application to Mass Fraction Burn Analysis in a Spark Ignition Engine,” Journal of KONES, Powertrain & Transportation, Vol. 15, No. 2, pp. 553‐561, 2008. 

Yeliana, Cooney, C., Worm, J., Michalek, D., and Naber, J.D., “Wiebe Function Parameter Determination for Mass Fraction 

Burn Calculation in an Ethanol‐Gasoline Fuelled SI Engine,” Journal of KONES, Powertrain & Transportation, Vol. 15, No. 3, pp. 

567‐574, 2008. 

Urip, E., Liew, K.H., and Yang, S. L., “Modeling IC Engine Conjugate Heat Transfer Using the KIVA Code,” Numerical Heat 

Transfer, Part A, Vol. 52, pp. 1‐ 23, 2007. 

Liew, K.H., Urip, E., Yang, S.L., Marek, C.J., Mattingly, J.D., “Performance Cycle Analysis of a Two‐spool Separate‐exhaust Turbofan with Interstage Turbine Burner,” AIAA Journal of Propulsion and Power, Vol. 22, No. 2, pp. 411‐416, 2006. 

Yang, S.L., Siow, Y.S., Teo, C.Y., and Hanjalic, K., “A KIVA Code with Re‐Stress Model for Engine Flow Simulation,” Energy – An International Journal, Vol. 30, No. 2‐4, pp. 427‐445, February‐March, 2005. 

APSRC Publications 

Page 32: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

32

APSRC Graduate Students 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Eggart, Brian  Anderson, Carl L.  Boiling Detection in an Internal Combustion EngineCooling System  2007 

Gandhi, Anand  Anderson, Carl L.   Spray Characterization in a Direct Injection Spark Ignition Engine During Cold Start 

2005 

Inal, Mehmet  Anderson, Carl L.  Thermal Loading and Surface Temperature Analysis of the Piston of a Small HSDI Diesel Engine 

2005 

Kowalski, Darin  Anderson, Carl L. Blough, Jason R. 

Characterization and Prediction of Cavitation Induced Torque Con‐verter Noise 

2004 

Miers, Scott  Anderson, Carl L.  Identification and Characterization of Impingement Signatures in a High Speed Diesel Engine using    Piston Surface Temperature Meas‐urements 

2004 

Robinette, Darrell  Anderson, Carl L.  Detecting and Predicting the Onset of Cavitation in Automotive Torque Converters 

2007 

Cheng, Huojin  Beard, John E.  Model Based Experimental Investigation on Powered Gait Orthosis (PGO) 

2005 

Keske, Justin  Blough, Jason R.  Investigation of a Semi‐Active Muffler System with Implementation on a Snowmobile 

2009 

Triana, Antonio  Johnson, John H. Yang, Song‐Lin 

Development of Models to Study the Emissions, Flow, and Kinetic Characteristics from Diesel Oxidation Catalysts and Particulate Fil‐ters 

2004 

Ng, Tian Wei  Narain, Amitabh  Development and Calibration of a Fluorescence and fiber‐Optics Based Real‐Time Thickness Sensor for Dynamic Liquid Films 

2006 

Phan, Lucas  Narain, Amitabh  Flow Simulations and Code Developments for        Internal/External Condensing Flows 

2007 

Liew, Ka Heng  Yang, Song‐Lin  Aerothermodynamic Cycle Analysis of a Dual‐Spool, Separate‐Exhaust Turbofan Engine with an Inter‐stage Turbine Burner 

2006 

Ting, Foo Chern  Yang, Song‐Lin Post, Scott L. 

Intra‐Parcel Collision Model  2006 

Urip, Egel  Yang, Song‐Lin  The KIVA Code with Conjugate Heat Transfer Model for IC Engine Simulation 

2006 

Page 33: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

33

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Fritz, David  Allen, Jeffrey  Coursework   2009 

Fultz, Derek  Allen, Jeffrey  Non‐Intrusive Pressure Measurement in Microchannels  2007 

Gorsalitz, Gary  Allen, Jeffrey  A Feasibility Analysis on Utilizing an Existing Environmental Chamber Laboratory for Freezing Studies Relating to Water Management in PEM Fuel Cells 

2005 

Hernandez, Joseph  Allen, Jeffrey  Bislug Flow in Circular and Noncircular Channels and the Role of Interface Stretching on Energy Dissipation 

2008 

Lechnyr, Joseph  Allen, Jeffrey  Imaging of Fuel Cell Diffusion Media Under  Compressive Strain     2009 

Padate, Swapnil  Allen, Jeffrey  Dynamics of Evaporating Films:  A Numerical Model and an Experimental Approach 

2006 

Tseng, Sheng Han  Allen, Jeffrey  Fluidic Oscillator Design for Water Removal Enhancement in a PEM Fuel Cell 

2006 

DeJesus, Edward  Anderson, Carl L.  Blade Tip Induced Loading on a 310mm Automotive Torque Converter Turbine Blade 

2005 

Eggart, Brian  Anderson, Carl L  Coursework  2007 

Kumpelis, John  Anderson, Carl L.  Coursework  2007 

Mankar, Sanjog  Anderson, Carl L.  Coursework  2007 

Weingartz, Christopher  Anderson, Carl L  Determination of Heat Transfer Augmentation Due to Fuel Spray Impingement in a High‐Speed Diesel Engine 

2007 

Rosso, Paul  Beard, John E Blough, Jason R. 

A Variable Displacement Engine with Independently Controllable Stroke Length and Compression Ratio 

2005 

Hadden, Robert  Blough, Jason R.  Study of Flow Characterization in Truck Exhaust    Systems  2008 

Johnson, David  Blough, Jason R Rao, Mohan 

In‐Situ Estimation of Powertrain Dynamic Properties  2005 

Arasappa, Rohith  Johnson, John H. Naber, Jeffrey D. 

Modeling the Filtration, Oxidation and Pressure Drop Characteristics of a Catalyzed Particulate Filter during Active Regeneration 

2008 

Dabhoiwala, Rayomand  Johnson, John H.  An Experimental and Modeling Study of Two Diesel Oxidation Catalyst‐Catalyzed Particulate Filter Systems and the Effects of the Cracked Filter on its Performance 

2007 

Hasan, Mohammed  Johnson, John H.  The Filtration and Oxidation Characteristics of a Diesel Oxidation Catalyst and a Catalyzed Particulate Filter:  Development of a 1‐D 2‐Layer Model 

2005 

Lakkireddy, Venkata  Johnson, John H.  The Effect of an Advanced Oxidation Catalytic Converter and a Catalyzed Particulate Filter on Emissions from a Heavy Duty Diesel Engine 

2004 

Page 34: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

34

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Nair, Rajesh  Johnson, John H.  Coursework  2007 

Nanjundareddy, Rajiv  Johnson, John H  Coursework  2006 

Peplinski, Andrew  Johnson, John H  Coursework  2007 

Premchand, Kiran  Johnson, John H.  An Experimental and Modeling Study of the Filtration and     Oxidation Characteristics of a Diesel Oxidation Catalyst and a Catalyzed Particulate Filter 

2006 

Singh, Paramjot  Johnson, John H. Naber, Jeffrey D. 

An Experimental Study of Active Regeneration of an Active Regeneration of an Advanced Catalyzed Particulate Filter by Diesel Fuel Injection Upstream of an Oxidation Catalyst 

2005 

Nie, Min  Meng, Desheng  Fabrication of Nanoparticles by Short‐Distance  Sputter        Deposition 

    2009 

Syed, Iltesham  Mukherjee, Abhijit  Experimental Study of Forced Convection Heat Transfer to    Water Flowing through a Short Micro Duct at the Tip of a      Cutting Tool at Turbulent Reynolds Number 

    2009 

Acharya, Nirav  Naber, Jeffrey D.  Start of Combustion Detection Using In‐Cylinder Ionization Feedback in a HPCR Direct Injection Diesel Engine 

2006 

Bhandary, Kirtan  Naber, Jeffrey D.  Characterization of Knock/Pre‐Ignition and Combustion Study of a Hydrogen Engine 

2006 

Chilumukuru, Krishna Pradeep 

Naber, Jeffrey D. Johnson, John H. 

An Experimental Study of Particulate Thermal Oxidation in a Catalyzed Filter during Active Regeneration 

2008 

LNU, Abhijit  Naber, Jeffrey D.  Ionization Waveform Characteristics as a Feedback Signal for Spark Ignited Engines 

2008 

LNU, Amandeep Singh  Naber, Jeffrey D.  Estimating Residual Gas Fraction for SI Engines with Dual       Independent Cam Systems 

2008 

Mathur, Vivek  Naber, Jeffrey D.  Experimental Investigation of Soy Based Biodiesel Fuel in Comparison to Ultra Low Sulfur Diesel Fuel in a HSDI Diesel Engine 

2008 

Moscherosch, Ben  Naber, Jeffrey D.  Combustion and Emissions Characterization of Soy Methyl Ester Biodiesel Blends in an Automotive Turbocharged Diesel Engine 

2008 

Nande, Abhijeet  Naber, Jeffrey D.  Combustion and Emissions Studies in Spark Ignition Engines Fuelled with Hydrogen 

2008 

Nesbitt, Jaclyn  Naber, Jeffrey D.  Combustion Vessel Laboratory Development Focusing on Optical Diagnostic Subsystem Integration through the Dynamic Characterization of Fuel Sprays 

2008 

Rajagopalan, Satheesh Rajh 

Naber, Jeffrey D.  Experimental Measure and Analysis for Determination of     Combustion Knock Intensity in Spark Ignition Engine 

2006 

Yeliana, Yeliana  Naber, Jeffrey D.  Coursework  2007 

Bilyeu, Jordan  Narain, Amitabh  Flow Simulations for Optimized Performance of Displacement Pumps Manufactured by Engineered Machined Products 

2006 

Page 35: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

35

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Chichester, Alan  Narain, Amitabh  CFD Modeling of Natural and Forced Convection Regimes for a Hull‐mounted U‐tube Marine Heat Exchanger 

2005 

Delgadillo Rocha, Hector  Narain, Amitabh  Measurement and Modeling of Film Thickness Variations for Annular In‐Tube Flows Through Design and Development of a Flow‐Loop Test Apparatus 

2006 

Kurita Nagasawa, Jorge  Narain, Amitabh  Experimental Investigation of Fully Condensing Downward Vapor Flows in a Vertical Tube ‐ Unspecified (Free) Exit Condi‐tion Cases 

2007 

Sikarwar, Sandeep  Narain, Amitabh  Recalibration and Modification of a  Real Time Optical Fiber and Fluorescence based Liquid Film Thickness Sensor 

2008 

Yang, Yung Tai  Yang, Song‐Lin  Implementation of a Third‐Order Monotonic Upwind‐Biased Scheme for Engine Flow Simulation Using the KIVA Code 

2007 

Page 36: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

36

Page 37: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

37

A s  the world  continues  to  change with  globalization and  technological  advances  so  must  engineering education  programs.  The  Engineering  Education 

Innovation research group seeks to understand and  improve the  total  educational  experience  in  order  to  prepare engineering  students  for  the  demands  of  a  changing workplace.  

Subjects  of  investigation  involve  analyzing  student motivation  and  gain  insight  into  their  emotional  state  as  a means  to  assess  the  effectiveness  of  current  educational practices.  In  the process  the group  is  required  to  shift  their methodology  from  familiar, numerical experiments  to more nuanced measurement  often  employed  by  social  scientists. With  their  findings  the  research  group  will  develop curriculum  improvement design  to  increase students' global competency  and  lifelong  learning  skills  to  better  prepare graduates for academic and professional work. 

Areas  of  focus  include  preparation  of  agile  engineering graduates who  adapt  quickly  to  new  job  assignments,  and increasing the number of students exposed to  international, entrepreneurial, and  research experiences.   Researchers are also  intent  on  attracting  more  young  people  including women  and  minorities,  to  engineering  and  providing continuing education of engineering professionals. 

Significant Newly Awarded Projects (Awarded after close of FY 09):  

Interdisciplinary  Educational  Program  for  the  Next Generation  of  Hybrid  Electric  Vehicles:    This  program develops  an  interdisciplinary master  of  engineering  degree and  graduate  and  undergraduate  certificates  in  Advanced Electric  Drive  Vehicle  Engineering.  The  program  will  train engineers  and  technicians  to  design  and  build  the  next generation of hybrid vehicles. It provides engineering degree programs  to  educate  on‐campus  students  and  train  the existing workforce of engineers in industry including those at our  partnering  institutions:  AVL,  GM,  Eaton  Corp,  Horiba, MathWorks, Schweitzer Engineering Labs and others through a comprehensive distance learning program.  

The  team aims  to design and build a mobile  laboratory  that will  be  the  platform  for  distance  learning  and  serve  as  a showcase  for  outreach  activities.  The  result  will  be  an interdisciplinary  program  that  meets  the  needs  of  the 

transportation  and  power  industries  and  provides  students with a unique  skill  set  that will accelerate  the advancement and development of electric drive vehicles.  

Current research highlights:  Multi‐Semester  Interwoven Project for Teaching Basic Core STEM  Materials  Critical  to  Solving  Dynamic  System Problems:    A  dynamic  system  project  is  developed  which spans  across  several  semesters  and  courses  to  interweave the  related  science,  technology,  engineering  and mathematics  (STEM)  material  in  a  coherent  fashion  to strongly  emphasize  the  interrelationship  between  course materials  that  the  students  perceive  as  unrelated  and disjointed.   The material developed  to  support  the dynamic system project will consist of the overall project description, the  individual  pieces  of  the  project,  multimedia  material along with  Java and MATLAB  scripts as appropriate  to help students  better  understand  basic  concepts  and  underlying theory to solve a complete problem.  Hands on Ability: Why it Matters and How to Improve It:  As educators  consider  curricular  changes  in  response  to emerging societal trends, where does hands‐on ability fit  in? Even  though  engineering  work  is  becoming  ever  more sophisticated,  practical  ability  and  intuition  about  physical phenomenon  seem  to be more  important  than ever. A  few problems  are  central  to  this  proposal.  First,  hands‐on  skills seem  to  be  important  for  engineers,  but we  don't  have  a good understanding of what it is about hands‐on skills that is important. Second, students come  to engineering programs with a wide variation  in hands‐on experience and ability. The inability of a typical lab class to accommodate that variability likely has an  impact on student motivation, confidence, and interest in engineering. Third, the number of women studying mechanical and electrical engineering is frustratingly low, and hands‐on  ability  may  play  a  role  in  that.  The overarching goal of  this  research  is  to  improve  student preparation in the hands‐on practical aspects of engineering. Related  to  this  goal  are  the  following  four  objectives:  1) Define hands‐on ability and determine  its value, 2) Develop a performance  model  for  hands‐on  ability,  3)  Develop  a motivation  and  emotion  model,  4)  Determine  the effectiveness  of  solitary  lab  activity  as  a  way  to  improve hands‐on ability.  

Engineering Education  Innovation Research  

Page 38: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

38

Research Highlights *  

A microwave  telemetry  technique  for making wireless measurements  in  reciprocating and  rotating machinery has been developed. The technique is being used to study a variety of phenomena in both automotive torque converters and I. C. engines. 

Cavitation signatures, turbine blade strain, torque converter noise, and static pressure maps on the suction side of the stator blade are being studied in separate projects. Static pressure maps on other blade elements, thermal maps, and flow visualization of the cavitation zones are planned for the future. 

Piston thermal loading is also studied in a high‐speed direct‐injection diesel. Fast‐response surface thermocouples are used  to measure  crank  angle‐resolved  surface  temperature  and  calculate  instantaneous  surface  heat  flux.  The  same sensors are being used to identify spray impingement signatures on the piston crown of the running diesel.    

Areas of interest include:  Heat transfer,   Internal combustion engines,   Torque converter,   Infrared   radiometry,        Infrared and microwave telemetry  

Carl L. Anderson  Professor Associate Dean of  Engineering  PhD, University of  Wisconsin‐Madison 

Advanced Power Systems Research Center 

EEIR Faculty 

William J. Endres  Associate Professor  PhD, University of Illinois —           

Urbana‐Champaign 

Director, Senior Design  Advanced Power Systems  Research 

Center                   

Engineering Education Innovation  Sustainable Manufacturing & Design 

Areas of interest include:  Machining dynamics,   Cutting mechanics,              Manufacturing processes 

Research Highlights  

Dr.  Endres'  expertise  is  in manufacturing  and  design.  He  teaches  courses  in mechanical  design, manufacturing process, machining process, machining process modeling, and machining dynamics. 

Endres'  research  is  in  the  areas  of  machining  dynamics,  cutting  mechanics  and  mechanistic  process  modeling techniques. His experimental research and associated model developments are contributing to an improved fundamental understanding of  the effects of  the blunt edge and wear‐land  found on most cutting  tools.   His work also  focuses on dynamic modeling of machine‐tool joints and analytical machining dynamics, including solutions for vibration level as well as  stability  in  the  presence  of  multiple/parallel  processes,  real  tooling  geometry,  periodic  time  variation,  high  and ultrahigh speeds, and multi‐dimensional machine‐tool dynamics. 

 

*  Research funding and publication information for all faculty in the Engineering Educational 

Innovation Group starts on page 42. 

Page 39: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

39

EEIR Faculty 

Research Highlights  

In recent years, Dr. Lumsdaine's  interests have been  in how to enhance  learning,  innovation, engineering design, quality, and teamwork in academia and industry. He has developed and taught contextual heat transfer, as well as math review  and NVH  (noise,  vibration,  and harshness)  courses  in  industry. As  a management  consultant  for  Ford Motor Company, he has been heavily  involved  in the development of the C3P education and training program, heading up a coalition  of  several Michigan  universities  and  colleges  participating  in  the  program.  His work  in  heat  transfer  has focused on alternative energy sources and machines. To facilitate technology transfer and economic development, he has developed a practical course in entrepreneurship and effective problem solving needed for business startup. 

Edward Lumsdaine  Professor  DSc, New Mexico State University 

Engineering Education Innovation  

Areas of interest include:   Engineering education,  High‐tech training,  Noise and vibrations,  Heat transfer,   Entrepreneurship 

Research Highlights  

Dr. Michalek's primary  research  interest  is  in  the area of computational  fluid dynamics centers on modeling multi‐phase fluid systems for automotive, biomedical and manufacturing applications.  These flows are modeled using modified versions  of  commercially  available  CFD  codes,  as  well  as  algorithms  developed  at MTU.  Efforts  in  environmentally responsible manufacturing  involve  utilizing  both  analytical  and  computational models  to  evaluate  the  role  of metal working fluids  in machining processes with the goal of    improving air quality  in manufacturing environments.   Research efforts  in atomization and the examination of the flow  in the  injector body will result  in computational models that will aid  in  injector nozzle design.     Dr. Michalek also has an  interest  in pedagogical research, which  involves the design and implementation of course‐related teaming activities for use both inside and  outside the classroom, and the assessment of their influence on student performance. 

Areas of interest include:  CFD,  Multi‐phase flow,  Atomization,  Environmentally responsible manufacturing 

Donna J. Michalek  Associate Professor  Assistant Provost  PhD, University of Texas ‐Arlington  Area Director, Energy, Thermal, Fluids 

Advanced Power Systems Research Center 

Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale Materials   

Multi‐Scale Sensors & Systems  

Page 40: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

40

Research Highlights  

Dr. Miller has used analytical and experimental methods to develop models for the grinding of brittle materials while developing  techniques  that  improve  material  removal  rates.  Specifically,  she  and  her  students  have  investigated intermittent grinding and water‐jet assisted grinding, as well as wheel wear and wheel loading mechanisms. Dr. Miller has also conducted research on the design and fabrication of optical MEMS. Additional research interests include machine tool dynamics and human factors in design. 

Areas of interest include:  Grinding, Precision Engineering, MEMS, Human factors 

Michele H. Miller  Associate Professor  PhD, North Carolina State University 

EEIR Faculty 

Ibrahim Miskioglu  Associate Professor  PhD, Iowa State University 

Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:   Engineering mechanics,  Experimental stress analysis,  Composite materials 

Research Highlights  

Use of severe plastic deformation to alter properties of materials 

Failure studies of random fiber composites with applications to structural problems 

Failure of sandwich panels with applications to structural problems 

Nanoscale properties of interphase in polymer matrix composites 

Photomechanics integrated with digital image processing for thermomechanical stress analysis 

Page 41: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

41

EEIR Faculty 

Research Highlights    

Chuck Van Karsen has been a member of the Department of Mechanical Engineering since August 1987. Prior to that he had a twelve year career as a practicing engineer in the Machine Tool, Automotive, and Software industries. 

He specializes in Experimental Vibro‐Acoustics, NVH, and Structural Dynamics. His research efforts have concentrated on  experimental  noise  and  vibration methods  related  to  automotive  systems  and  subsystems,  large  home  appliances, machine tools, and off‐highway equipment.  

 Van Karsen regularly presents seminars and short courses on Experimental Modal Analysis, Digital Signal Processing, Acoustic Measurements and Sound Quality, and Source‐Path‐Receiver methods. 

At  Michigan  Tech  Van  Karsen  teaches  Mechanical  Vibrations,  Experimental  Vibro‐Acoustics,  Analytical  and Experimental Modal Analysis, Mechanical Engineering Laboratory, and Controls.  

Charles D. Van Karsen  Associate Professor MSME, University of Cincinnati 

Associate Chair and Director of Undergraduate Studies 

Advanced Power Systems Research    Center 

Engineering Education Innovation  

Areas of interest include:  Vibration,  Model analysis,   Acoustics 

Research Highlights    

Her research interests include advanced composite materials for use in civil infrastructure, and 3‐D computer graphics for visualization of complex behaviors. Her current research project  is titled Visualization of Groundwater Pollutant Fate and Transport.  

Areas of interest include:   Advanced Structural Analysis,   Finite Elements,  

Computer Applications/Mechanics 

Sheryl A. Sorby  Professor  PhD, Michigan Technological 

University 

Director, Engineering Education         Innovation Research Group 

Page 42: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

42

ME‐EM Research Projects through June 2009 Engineering Education Innovation Research 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Keith, Jason ‐ PI 

Allen, Jeffrey ‐ Co‐PI 

Caspary, David ‐ Co‐PI 

Crowl, Daniel ‐ Co‐PI 

Meldrum, Jay ‐ Co‐PI 

Meng, Desheng ‐ Co‐PI 

Mukherjee, Abhijit ‐ Co‐PI 

Naber, Jeffrey ‐ Co‐PI 

US Department of Energy  $482,244 Hydrogen Education Curriculum Path at Michigan 

Technological University 

Charlesworth, Debra ‐ PI 

Beard, John ‐ Co‐PI 

National Science Foundation 

$156,405 Senior Engineering Design Projects to Assist Disabled Persons 

in Michigan’s Copper Country 

Beard, John ‐ PI Argonne National 

Laboratory $120,525  Enterprise: EcoCar—The NeXt Challenge 

Wright, Debra ‐ PI 

Nelson, David ‐ Co‐PI 

Beard, John ‐ Co‐PI 

National Science Foundation 

$16,089  Senior Engineering Design Projects to Assist Disabled Persons 

Endres, William ‐ PI  Caterpillar Inc  $23,739  Senior Design: Team #4 Oil Leak Detection & Quantification 

Endres, William ‐ PI  GHSP  $23,739 Senior Design: Design Team #15 Automated Vision 

Maintenance System 

Endres, William ‐ PI  HGS Aerospace  $23,349  Senior Design Team #29 Multi‐Axis Head Design 

Gershenson, John ‐ PI  SRAM Corp  $4,070 Senior Design: Accelerometer Based Data Acquisition System 

for Bicycles 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI  Champion Marine Inc  $23,400  Senior Design: Side‐Life‐Tandem Boat Hoist 

LaCourt, Michael ‐ PI  SAF Holland Inc  $23,739 Senior Design: Design Team #10 Next Generation Tractor‐

Trailer Interface 

Lumsdaine, Edward ‐ Co‐PI National Science 

Foundation $659,108  Creating an Entrepreneurial Culture in a Rural Setting 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $397,633  2004 C3PNG PTO Support 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $326,147  2005 Support of C3P Powertrain Training 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $293,294  2005 Support of C3P Level Training 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $279,779  2005 Support of C3P 200 Level Training 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $240,140  2007 Staffing for the C3P ISD 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $234,301  2006 200 Level C3P Training 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $231,204  2006 Support of C3P Powertrain Training 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $194,309  2004 C3PNG Support 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $148,434  Graduate Studies in Entrepreneurship 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $143,034  2006 C3P Technical Administrative Support 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $140,914  2005 C3P Technical Administrative Support 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $137,026  2004 Funding for a C3PNG Technical Administrator 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $7,400  2005 Support of C3P Power Training 

Page 43: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

43

ME‐EM Research Projects through June 2009 Engineering Education Innovation Research 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Lumsdaine, Edward ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $5,819  2006 Funding for a C3P Subject Matter Expert 

Margraves, Charles ‐ PI  Catepillar Inc  $23,739  Senior Design: On‐Machine Mass Air Flow Measurement 

Margraves, Charles ‐ PI  Nu‐Vu Foodservice Systems  $20,348  Senior Design Team #11 Convection Oven Design Optimization 

Michalek, Donna ‐ PI 

Lovett‐Doust, Leslie ‐ Co‐PI 

Predebon, William ‐ Co‐PI 

National Science Foundation  $532,786  ADVANCE: Changing the Face of Michigan Tech 

Miller, Michelle ‐ PI  

Bohmann, Leonard ‐ Co‐PI 

Helton, William ‐ Co‐PI 

National Science Foundation  $396,309  Hands‐on Ability: Why It Matters and How to Improve It 

Jaszczak, John ‐ PI 

Miller, Michele ‐ Co‐PI National Science Foundation  $134,396 

NUE: Undergraduate Exploration of Nano‐Science, Applications, and Societal Implications at Michigan Tech 

Miskioglu, Ibrahim ‐ PI 

Berkey, Richard ‐ Co‐PI Altair Engineering Inc.   $10,852  Enterprise: Altair Hyperworks Tutorial Development Project 

Odegard, Gregory ‐ PI  Anchor Coupling Inc  $23,739 Senior Design: #17 Lightweight Hydraulic (Fitting) Coupling 

Design Optimization 

Odegard, Gregory ‐ PI Volvo Construction 

Equipment, North America $23,739 

Senior Design Team #18 Selective Grade‐Ability Control System for an Excavator 

Anderson, Christine ‐ PI 

Predebon, William ‐ Co‐PI 

Henry Luce Foundation/        Clare Boothe Luce Program 

$295,612  Clare Boothe Luce Scholar Program 

Predebon, William ‐ PI 

D’Souza, Roshan ‐ Co‐PI 

Endres, William ‐ Co‐PI 

Friedrich, Craig ‐ Co‐PI 

Michalek, Donna ‐ Co‐PI 

Miller, Michele ‐ Co‐PI 

Sutherland, John ‐ Co‐PI 

State of Michigan  $34,700 Nationally Visible Infrastructure: The MTU Machining Education 

& Research Laboratories (MERL) 

Rao, Mohan ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $20,348 Senior Design: Design, Testing and Construction of a Hemi‐Anechoic Chamber for the Chassis‐Roll Dynamometer Test 

Facility at MTU 

Rao, Mohan ‐ PI 

Berkey, Richard ‐ Co‐PI 

General Dynamics Land Systems 

$13,159 NVH Enterprise: E‐Vehicle Noise Suppression and Exhaust 

System Acoustic Profile Optimization Projects 

Sorby, Sheryl ‐ PI  National Science Foundation  $721,994  IPA Assignment for Sheryl Sorby 

Sorby, Sheryl ‐ PI 

Sutherland, John ‐ Co‐PI National Science Foundation  $601,294  Implementing a Curriculum for Service Systems Engineering 

Sorby, Sheryl ‐ PI 

Sutherland, John ‐ Co‐PI National Science Foundation  $99,976  Defining a Curriculum for Service Systems Engineering 

Van Karsen, Charles ‐ PI 

Endres, William ‐ Co‐PI Continental Teves Inc  $23,739  Senior Design: Backup Accident Avoidance System 

Van Karsen, Charles ‐ PI  Bayer MaterialScience LLC  $23,739 Senior Design: Design/Development of Polycarbonate Rear 

Slider Window System 

Van Karsen, Charles ‐ PI  Catepillar Inc  $23,739  Senior Design Team #3 Sealing Contact Pressure Measurement 

Van Karsen, Charles ‐ PI 

Endres, William ‐ Co‐PI 

General Dynamics Land Systems 

$17,160  Senior Design: Exhaust System Acoustic Profile Optimization 

Van Karsen, Charles ‐ PI 

Endres, William ‐ Co‐PI 

General Dynamics Land Systems 

$17,160  Senior Design: E‐Vehicle Noise Suppression System 

Page 44: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

44

EEI Publications 

Manor,   N., Anderson, J., Beard, J., “Design and Development of the 2003 Michigan Tech Futuretruck, a Parallel Hy‐brid Electric Vehicle,” SAE Publication, No. 2003‐01‐1257. 

Wright, D.D., Beard, J.E., Nelson, D.A.,  Michigan Tech University,  In: Enderle JD and Hallowell B, editors.  NSF 2002 Engineering Senior Design Projects  to Aid Persons with Disabilities. Mansfield Center, CT: Creative Learning Press, 2003. 

Lumsdaine, E., and Binks, M.,  “Entrepreneurship from Creativity to Innovation”, Trafford Publishing, Canada 2006, 2007, 206 pages.  

Lumsdaine, E., and Binks, M., “Keep on Moving! Entrepreneurial Creativity and Effective Problem Solving”, McGraw‐Hill Higher Education, 2003. 

Lumsdaine, E., Lumsdaine, M., and Shelnutt, J.W., “Creative Problem Solving and Engineering Design”, McGraw‐Hill, 1999. 

Lumsdaine, E. and Lumsdaine, M., "Prerequisites for Organizational Innovation," Chapter 2 in Break‐Out Creativity (Rick Crandall, ed.), Select Press, 1998. 

Lumsdaine, E., and Lumsdaine, M., “Creative Problem Solving: Thinking Skills for a Changing World”, McGraw‐Hill, 1995. 

Lumsdaine, M. and Lumsdaine, E., "Thinking Preferences of Engineering Students: Implications for Curriculum Re‐structuring," Journal of Engineering Education, Vol. 84, No. 2, pp. 193‐204, April 1995. 

Jiao, J, Gershenson, J.K., and Michalek, D.J., “Managing Modularity and Commonality in Product and Process Devel‐opment,” Concurrent Engineering, Vol. 15, pp. 81‐83, 2007. 

Sorby, S., “Educational Research  in Developing 3‐D Spatial Skills for Engineering Students,”  International Journal of Science Education, Vol. 31, No. 3, pp. 459‐480, February 2009. 

Sutherland, J.W., Sorby, S., Bohmann, L., Drummer, T., Frendewey, J., Johnson, D., Mattila, K., and Warrington, R., "Defining a Curriculum in Service Systems Engineering," Service Science, Management and Engineering for the 21st Cen‐tury, pp. 115‐122, 2008. 

Sorby, S.A., and Schumaker‐Chadde, “Partnering  to Bring Engineering Concepts  to Elementary Students,”  Interna‐tional  Journal of Engineering Education, Vol. 23, No. 1, pp. 65‐72, 2007. 

Sorby, S.A. and Bulleit, W.M., Engineer’s Guide to Technical Communication, Prentice‐Hall, p. 242, 2006.  

Sorby, S.A., Drummer, T., and Molzon, R.L., “Experiences  in Using Spatial Skills Testing  Instruments with Younger Audiences,” International Journal for Geometry and Graphics, Vol. 10, No. 2, pp. 227‐235, 2006. 

Sorby, S.A., Oppliger, D.E., and Boersma, N., “Design and Assessment of an  ‘Engineering’ Course  for Non‐Majors,” Journal of STEM Education: Innovations and Research, Vol. 7, , pp. 5‐14, 2006, www.jstem.org. 

Sorby, S.A., “Assessment of a ‘New and Improved’ Course for the Development of 3‐D Spatial Skills,” Engineering De‐sign Graphics Journal, Vol. 69, No. 3, pp. 6‐13, 2005. 

Sorby, S., “Impact of Changes in Course Methodologies on Improving Spatial Skills,” International Journal for Geome‐try and Graphics, Vol. 9, No. 1, pp. 99‐105, 2005. 

Sorby, S., Solid Modeling with I‐DEAS‐2nd Edition, Prentice‐Hall, Englewood Cliffs, NJ, p. 242, January 2003.  

Hamlin, B.H. and Sorby, S.A., Solid Modeling with Pro/E, Prentice‐Hall, April 2000. 

Sorby, S. A., Solid Modeling with I‐DEAS, Prentice‐Hall, August 1999. 

Sorby,  S.A., Manner,  K.J.,  and  Baartmans,  B.,  3‐D  Visualization  for  Engineering Graphics,  Prentice‐Hall, December 1997. 

Gimmestad Baartmans, B., and Sorby, S.A., The Development of 3‐D Spatial Visualization Ability, Prentice‐Hall, July 1995. 

 

Page 45: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

45

T he Mechanics of Multi‐Scale Materials research group uncovers the relationships of structures across the full range of engineering scales, from the molecular to the 

macro. In addition to established practices of nanoscale mod‐eling  and  large‐scale  structural  mechanics,  the  research group  is bridging  the gap between  these scales by develop‐ing  accurate  constitutive modeling  and  characterization  of each  intermediate  level.  The  research  group  identifies  the critical parameters that  lead to success or failure of material for  a  particular  application.  For  example,  to  better  under‐stand  how  the material  properties  of  polymer‐based  struc‐tural  composites  affect  airfoil performance,  researchers  are using advanced modeling and experimental methods to pat‐tern  the  relevant  materials  mechanics  operating  at  each scale. Others are working  to model  structural  foam designs for aerospace and automotive products, with the goal of  im‐proving  thermal  insulation,  impact absorption, and moment of inertia. Uncovering how the nano‐ and micro‐level mechan‐ics play into the millimeter and meter level structures enables advanced composite materials to be optimized for structural performance.   Through advanced multi‐scale modeling,  simulation, and ex‐perimentation,  research  is  focused  on  developing methods that will inform emerging technologies including nano‐, micro‐, and biomedical engineering and science. The Mechanics of Multi‐Scale  Materials  research  group  is  well  positioned  to advance the state‐of‐the‐art  in this rapidly emerging field. As functions  of  intermediate  scales  between  the  nano‐  and macro‐ are characterized, novel materials and composites can be created and optimized. Researchers are working on novel experiments, MEMS/NEMS, atomistic and continuum model‐ing, multifunction materials  and devices, microfluidic,  tissue engineering,  nanostructured material, material  characteriza‐tion,  biological  transport,  cell mechanics  and  physics‐based modeling .  Current Research Highlights:  Equivalent‐Continuum Modeling of Nanostructured Polymer Composites: Nanostructured polymer composite materials have the potential to provide significant increases in mechani‐cal properties relative to current materials used for aero‐space applications.  To facilitate the development on nanos‐tructured materials, modeling techniques must be developed 

that predict the bulk mechanical properties of the composite as a function of the molecular structure of the individual con‐stituents.  Project M‐Contact Mechanics in the Human Knee Joint: Using existing finite element model of the human knee joint to study the effects of adding magnets to the knee. The output will determine how the magnets effect the kinematics and contact mechanics of the human knee.  This will require an iterative approach because as the kinematics changes, the magnetic field also changes.  Structure and Function of Meniscal Horn Attachments: Me‐nisci function to distribute load and increase stability of the knee joint.  Both partial and complete meniscectomy have been shown to increase the incidence of osteoarthritis.  Me‐niscal replacement with allograft, synthetic or tissue engi‐neered replacements, could act to reduce the incidences of osteoarthritis.  The success of meniscal replacements de‐pends on their ability to restore normal meniscal function both biologically and biomechanically.  Meniscal attachments are critical for proper meniscal function.  Since rupture of the horn attachments of the menisci are rare it is likely that a gradient in mechanical and biochemical make‐up exists through the attachment.  Previous studies have not yet iden‐tified the mechanism by which a transition from meniscus fibrocartilage to subchondral bone occurs.  The goals of this project are to quantify the relationship between structure and function for meniscal attachments, and to validate a fibril‐reinforced finite element model of the meniscal horn attach‐ments.  Specifically the project will 1) determine the local fluid pressures during both physiological loading level and failure testing using a fibre‐optic pressure microsensor, 2) quantify the collagen orientation in the transition zone from fibrocarti‐lage to ligamentous attachment using scanning electron mi‐croscopy, and 3) determine the mechanical properties of the transistion zones into the subchondral bone at the nanolevel and the concentration of chondroitin sulfate in these zones.  The results will then be used to quantify a relationship be‐tween the structure and function of the native meniscal at‐tachments and validate the current finite element model of the attachments.  This data can then be used to develop, de‐sign and evaluate the meniscal replacements, including tissue engineered constructs.  A successful meniscal replacement will work to prevent joint degeneration following meniscec‐

Mechanics of Multi‐Scale Materials  Research  

Page 46: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

46

Multi‐Scale Modeling of the Effects of Physical, Chemical, and Hydrothermal Aging on Failure of Graphite/Epoxy Com‐posites: Graphite fiber/epoxy composites are one of the pri‐mary structural materials used in modern civilian and military aircraft.  Their excellent specific‐stiffness and specific‐strength properties are due to a sophisticated microstructure on constituent materials.  However, the presence of the com‐plex microstructure leads to several possible failure modes, including the formation of craze zones in the polymer matrix and the degradation of the polymer/fiber interface.  Further‐more, the potential for mechanical failure of these materials increases significantly when they are exposed to elevated temperatures and possibly moisture for long periods of time (aging).  An improved understanding of the failure modes of aged composites at the atomic level can lead to improve‐ments in the development and durability of graphite/epoxy composite materials used in many aircraft structures.  The development of a multi‐scale modeling approach that relates physical, chemical, and hydrothermal aging mechanisms on the molecular level with mechanical behavior of graphite/epoxy composites on the structural level.  Specifically, the modeling approach will predict the onset of crazing in the crosslinked epoxy resin, the elastic properties of the epoxy resin, and the stiffness and strength properties of the fiber‐matrix interface in graphite/epoxy composites as a function of aging level and type.  The results of this research can be used directly in current NASA damage models to assist the agency in understanding and predicting the effects of aging on current and future civilian and military aircraft. 

M3 Research Laboratory Facilities 

Photomechanics Laboratory 

Two  bench  polariscopes with white  and monochro‐matic  light  sources  for  static  testing  using  transmis‐sion photoelasticity. 

Two  reflection  polariscopes  equipped  with  tele‑‐microscopes  for  stress  analysis  using  photoelastic coatings. 

EyeCom  II Digital  image  analyzer with  complete  po‐lariscope/light  source  to conduct digital  image analy‐sis  to enhance  the  resolution of photoelasticity. This system  has  a  digitizer with  8  bit  resolution,  one  re‐fresh memory, an  integral PDP‑11 computer with LSI 11/73 operating  system, and  it  is networked with  the Sun  systems  in  the ME‑EM department.    The  image analyzer  is  also  used  to  enhance  the  resolution  of other  optical  techniques  such  as  interferometric moire and shadow moire. 

Four beam moire interferometry set up to investigate in‑plane displacements on a specimen along  two or‐thogonal directions. This system offers very high reso‐lution of in‑plane displacements. 

Darkroom  to  support  the  optical methods  of  stress analysis.  

Specimen preparation  room, with  vented hood.  This room  also  houses  ProLight  Machining  Center  PLM 1001  (2.5  axes  numerically  controlled machining  cen‐ter),  stress  freezing  oven  (used  in  3‑D  photoelastic analysis) a band‑saw, and a router. 

Photomicrography  System  including  an  Olympus BX60  polarizing microscope  retrofitted with  quarter wave plates and a monochromatic filter to function as a conventional    polariscope.   

Dr. Tammy Haut Donahue and a PhD student study           Meniscal  Attachments in the Biomechanics Research Lab. 

Page 47: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

47

Materials Testing Laboratories MTS servo‑hydraulic universal testing system: 

Frame:  100,000‑lb  Tension/Compression  static  force; 50,000‑lb Tension/Compression dynamic force 

Grips: 110‑kip hydraulic grips with alignment head 

5‑kip hydraulic grip 

Hydraulic Actuator:  6‑inch stroke, 70 kip force 

Controller:  TestStar  II  Control  system,  with TestWare‑SX  multi‑purpose  testing  software  (both products of MTS Systems Corp.) 

  MTS 3‑axes structural testing system: The main portion of this laboratory area consists of a large 15618‑foot‑bed‑plate suspended on self‑leveling air cylin‐ders so that all the applied dynamic loads are not transmit‐ted into the building. The bed plate comes equipped with six 8‑inch H‑type beams with cross members and add‑on supports, which allow a variety of different testing setups in the vertical and horizontal directions.   

Hydraulic Actuators:   

Two‑6‑inch stroke, 35 kip force 

One‑6‑inch stroke, 12 kip force 

Controller:  TestStar  II  Control  System  (3  channel  si‐multaneous  control  available)  with  TestWare‑SX multi‑purpose testing software 

Instron 20 kip screw‑driven testing system:  

Controller:    Sintech  digital  controller,  with    West‐Works monotonic testing program 

Cincinnati environmental chamber  (heating and cool‐ing) 

Instron environmental chamber (heating only) 

Accessories: 

15% strain MTS extensometer 

100% strain MTS extensometer 

MTS transverse extensometer 

MTS COD gage 

Three/four point bending fixture 1K (2), 5K, 20K, 50K (2) load cells.  

*  Hydromat Test System (two dimensional panel testing)      Testing  laboratories  are  supported  by  a  fully  equipped machine shop.   High Strain Rate Laboratory The laboratory consists of facilities to conduct research on dynamic behavior of metals, ceramics, and soft materials. The facilities include: 

A modified split Hopkinson pressure bar to study ma‐terial  response  under  dynamic  loads  at  strain‑rate range of 102 to 103/s 

Polymer split Hopkinson pressure bar for testing soft materials 

Dynamic Indentation Hardness Tester 

High‑speed digital oscilloscope, Nicolet Pro40 

High‑speed  Infra‑red  detectors  to  measure  rise  in temperature during dynamic deformation 

Dynamic Scratch Tester to study wear & scratch resis‐tance of metals & ceramics. 

Laser Profilometer   Biomechanics Research Laboratory The biomechanics research laboratory caters to the needs of research activities  in the fields of biomechanics, sports mechanics,  ergonomics,  and  rehabilitation  engineering.  The laboratory houses the following facilities: 

Testing machines for biological and orthopaedic mate‐rials 

Impact test bed/instrumentation 

Baseball pitching machine/instrumentation 

Gait kinematic/dynamic analyzer 

Inclinator ‐ a total gym therapeutic system 

Cybex ‐ upper body strength testing machine    Nanoindentation Laboratory MTS  NanoIndenter  XPS  System  with  the  following  op‐tions: 

Continuous Stiffness Measurement (CSM) 

Lateral Force Measurement 

High Load System 

High Performance Table   Dynamic Contact Module (DCM) With the above options the specifications : 

Displacement  resolution  <0.01  nm  (XP),  0.0002  nm (DCM) 

Maximum  load 500 mN  (XP),  1 kg  (XP‐High Load),  10 mN (DCM) 

Load  resolution  50  nN  (XP  and  XP‐High  Load),  1nN (DCM) 

Page 48: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

48

PhD student performing research experiments in the     Bio‐Chemistry Lab. 

Skeletal Tissue Mechanics and Mechanotransduction  Labo‐ratory Instron  Axial  Servohydraulic  Dynamic  Testing  System (Model 8872) 

10 kN Tension/Compression 

10 kN Dynamic loadcell 

FastTrack 8800 controller with Merlin software 

Adaptive PID control 

Screw Side Action Grips, 500 N capacity    Ultra 80 Sun Workstation (4 processors)  Bioreactor  

Load & Displacement Control 

Physiological Environment    Cell culture facilities: Water baths, gel electrophoresis equipment,  ‐20º freezer,  ‐80º  freezer,  light microscope and  fluorescent microscope, microplate  reader,  centrifuges, microcentrifuges,  cell  cul‐ture  hood,  incubators,  a  fluid  flow  system  for  exposing cells  to  shear  stress  and  a  fluorescent  microscopy/imagining  system  for  real‐time  measurement  of  fluores‐cently labeled biosignaling molecules.   Nanomechatronics Laboratory 

Atomic Force Microscope 

Nanoindenter on Nanomechatronics Laboratory 

Micro‐manipulator 

Laser induced micro‐etching machine 

Optical table 

Page 49: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

49

Research Highlights *  

FE model of human knee joint 

Microstructural model of meniscus 

Material properties of menisci, tendons and ligaments 

How musculoskeletal cells respond to mechanical stimuli 

Areas of interest include:  Biomedical engineering,  Orthopaedic biomechanics,  Finite elements,   Computational and experimental mechanics 

Tammy L. Haut‐Donahue  Associate Professor  PhD, University of California –Davis  Director, Solid Mechanics Area 

Director, Mechanics of Multi‐Scale                                           Materials Research Group 

M3 Faculty

Gopal Jayaraman  Professor  PhD, University of Iowa 

Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Areas of interest include:  Biomechanics,  Orthopaedic mechanics,  Sports safety 

Research Highlights  

Dr.  Jayaraman’s on‐going  research projects are  in  the areas of biomechanics and  solid mechanics.    In  the area of biomechanics the focus is on injury mechanisms in human joints and organs due to impact and fatigue and prevention of injuries by prophylactic gears and braces.   

In  the  area of  solid mechanics  the  focus  is on  structural  failure  and material  failure  due  to buckling,  impact  and fatigue. 

*  Research funding and publication information for all faculty in the Mechanics of Multiscale 

Materials Group starts on page 53. 

Page 50: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

50

 M3  Faculty 

Research Highlights    

Predictive modeling and large scale simulation of deformation and failure of advanced materials 

Multi‐Scale modeling to investigate the effect of microstructure on the macroscopic behavior of materials 

Design and analysis of biologically inspired materials 

Characterization of failure of ceramics, metallic glasses and polymers over multiple time scales 

Areas of interest include:   Computational Solid Mechanics, Multi‐scale modeling, Biomechanics, Dynamic failure and fracture,  Fatigue response of advanced mate‐rials 

Spandan Maiti Assistant Professor  PhD, University of Illinois — Urbana‐Champaign 

Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multidisciplinary Engineered Dynamic Systems  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Research Highlights  

Dr. Michalek's primary  research  interest  is  in  the area of computational  fluid dynamics centers on modeling multi‐phase fluid systems for automotive, biomedical and manufacturing applications.  These flows are modeled using modified versions  of  commercially  available  CFD  codes,  as  well  as  algorithms  developed  at MTU.  Efforts  in  environmentally responsible manufacturing  involve  utilizing  both  analytical  and  computational models  to  evaluate  the  role  of metal working fluids  in machining processes with the goal of    improving air quality  in manufacturing environments.   Research efforts  in atomization and the examination of the flow  in the  injector body will result  in computational models that will aid  in  injector nozzle design.     Dr. Michalek also has an  interest  in pedagogical research, which  involves the design and implementation of course‐related teaming activities for use both inside and  outside the classroom, and the assessment of their influence on student performance. 

Areas of interest include:  CFD,  Multi‐phase flow,  Atomization,  Environmentally responsible manufacturing 

Donna J. Michalek  Associate Professor  Assistant Provost  PhD, University of Texas ‐Arlington  Area Director, Energy, Thermal, Fluids 

Advanced Power Systems Research Center 

Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale Materials   

Multi‐Scale Sensors & Systems  

Page 51: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

51

M3  Faculty

Gregory M. Odegard  Assistant Professor  PhD, University of Denver Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Space Systems  

Areas of interest include:  Mechanics of materials, Materials science 

Research Highlights  

Theoretical and Computational Mechanics  

Computational Chemistry 

Multi‐Scale Computational and Experimental Mechanics 

Biological Materials 

Multifunctional Materials 

Ibrahim Miskioglu Associate Professor PhD, Iowa State University 

Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:   Engineering mechanics,  Experimental stress analysis,  Composite materials 

Research Highlights  

Use of severe plastic deformation to alter properties of materials 

Failure studies of random fiber composites with applications to structural problems 

Failure of sandwich panels with applications to structural problems 

Nanoscale properties of interphase in polymer matrix composites 

Photomechanics integrated with digital image processing for thermomechanical stress analysis 

Page 52: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

52

 M3  Faculty 

Research Highlights    

Dr. Shahbazian‐Yassar  is currently doing research on the  in‐situ microscopy and mechanical characterization of novel boron nitride and carbon nanotubes using MEMS technology. Also working  in the area of mechanics of biomaterials and nanomaterials. Application of MEMS technology is an essential part of his research programs.  

Areas of interest include:  Microstructure e‐mechanical property relationship in Nano– and bio‐materials 

Reza Shahbazian‐Yassar  Assistant Professor  PhD, Washington State University 

Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Research Highlights  

Dai’s primary  research  area  is  computer modeling  and  analysis of multi‐phase heterogeneous  composites  such  as infrastructure  materials,  based  on  the  image  processing  of  composite  specimens.  Numerically  and  experimentally investigates  the  link  between  microstructure  and  macro  mechanical  properties,  damage/fracture  mechanisms,  and nonlinear  constitutive behaviors of  heterogeneous  composites. Additional  research  interests  include micromechanics, nanostructured materials, biomechanics, computer‐aided design, pavement technology and infrastructure engineering. 

Areas of interest include:  Computational mechanics, Mechanics of materials, Multi‐scale modeling, Composite materials 

Qingli (Barbara) Dai  Research Assistant Professor  PhD, University of Rhode Island Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Areas of interest include computational mechanics, mechanics of materials, multi‐scale modeling, composite materials 

Page 53: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

53

ME‐EM Research Projects through June 2009 Mechanics of Multi‐Scale Materials Research 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Aifantis, Elias ‐ PI Odegard, Gregory ‐ Co‐PI 

National Science Foundation  $256,164 Novel Experiments and Models for Nanomechanical Analyses of Metallic Nanowires and Polymeric/Collagenic Nanofibers 

D’Souza, Roshan ‐ PI  National Science Foundation—IIS  $523,644 CAREER: Towards Interactive Simulation of Giga‐Scale Agent‐Based Models on Graphics Processing Units 

D’Souza, Roshan ‐ PI  National Science Foundation  $109,630 SGER: Exploring Data‐Parallel Techniques for Mega‐Scale Agent Based Model Simulations on Graphics 

You, Zhanping ‐ PI 

Dai, Qingli ‐ Co‐PI 

Van Dam, Thomas ‐ Co‐PI 

National Science Foundation  $216,819 A Microstructure‐Based Modeling Approach to Characterize Asphalt Materials 

You, Zhanping ‐ PI 

Dai, Qingli ‐ Co‐PI 

Michigan Department of Transportation 

$190,001  Laboratory Evaluation of Warm Mix Asphalt 

You, Zhanping ‐ PI 

Dai, Qingli ‐ Co‐PI Michigan Dept of Transportation  $152,358 

Development of New Test Procedures for Measuring Fine and Coarse Aggregate Specific Gravities 

You, Zhanping ‐ PI 

Dai, Qingli ‐ Co‐PI Texas A & M University  $30,587 

Using Imaging Technology to Improve the Laboratory and Field Compaction of HMA 

Ligon, John ‐ PI 

Evensen, Harold ‐ Co‐PI 

Van Karsen, Charles ‐ Co‐PI 

USDA Forest Products Laboratory  $184,806 A Study to Examine the Use of Transverse Vibration Nondestructive Techniques to Determine Residual Stiffness and Strength of Timber Bridges 

Gao, Xin‐Lin ‐ PI  Ohio University  $163,000  Science and Engineering of Carbon Foams 

Gao, Xin‐Lin ‐ PI  US Dept of Defense ‐ Air Force ‐ OSR  $31,935  Modeling of Nanotube‐Reinforced Polymer Composites 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI  The Whitaker Foundation  $522,931  Mechanotransduction in the Meniscus 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI US Dept of Health & Human Services  $244,545  Structure and Function of Meniscal Horn Attachments 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI                                                                      Odegard, Gregory ‐ Co‐PI 

Mayo Clinic  $221,000  Microsensor for Intramuscular Pressure Measurement 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI  Mayo Clinic  $63,190  Project M ‐ Contact Mechanics in the Human Knee Joint 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI  Pennsylvania State University  $46,140  Finite Element Analysis of Small Blood Pumps 

Haut Donahue, Tammy ‐ PI  Pennsylvania State University  $41,640  New Methodologies in Blood Pumps 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI  Stryker  $26,700 Tension and Compression Tests of Polyvinyl Alcohol Hydrogel for Meniscal Replacement 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI  Tutogen Medical Inc  $17,600  Mechanical Properties of Bone‐Patellar Tendon‐Bone 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI University of Michigan—                 

Michigan Space Grant Consortium $2,500  Exploring the Meniscal Tissue of the Knee Joint 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI University of Michigan—                  

Michigan Space Grant Consortium $2,500 

The Consequences of Spaceflight on the Mechanical Properties of the Knee Joint Meniscus 

Haut‐Donahue, Tammy ‐ PI 

Swanson, Tara ‐ Co‐PI 

University of Michigan—                Michigan Space Grant Consortium 

$2,500 Recovery of the Meniscal Tissue Following a Period of Spaceflight or Disuse 

Jayaraman, Gopal ‐ PI MI State Governor’s Task Force 

Committee $125,000 

An Experimental Study to Investigate Fracture Pattern Differences in the Pediatric Skull for Internationally 

Jayaraman, Gopal ‐ PI National Collegiate Inventors &         Innovators Alliance (NCIIA) 

$24,180  Enhanced Bio‐Morphic Helmet 

Maiti, Spandan ‐ PI  American Chemical Society  $141,939 Grain Size Dependence of Fracture Toughness for Geological Materials 

Page 54: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

54

ME‐EM Research Projects through June 2009 Mechanics of Multi‐Scale Materials Research  

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Maiti, Spandan ‐ PI Michigan Technological 

University $34,318 

REF‐RS: Deformation and Failure Behavior of Cellular Solids and Biopolymer Networks 

Maiti, Spandan ‐ PI  University of Michigan  $18,835 Bio‐mimetic Design of Low Density Foams Subjected to Thermal and Mechanical Shock 

Ligon, John ‐ PI 

Miskioglu, Ibrahim ‐ Co‐PI Daimlerchrysler Corp  $123,333 

Development of Mechanical Fastener Systems for Joining Glass‐Fiber Reinforced Polyethelne Terephtalate (PET) Composite Components to Steel  

Odegard, Gregory ‐ PI National Aeronautics Space                

Administration $265,548 

Multiscale Modeling of the Effects of Physical, Chemical, and Hydrothermal Aging on Failure of Graphite/Epoxy Composites 

Odegard, Gregory ‐ PI National Aeronautics Space                

Administration $201,254 

Multi‐Scale Modeling of the Effects of Physical, Chemical, and Hydrothermal Aging on Failure to Graphite/Epoxy Composites 

Odegard, Gregory ‐ PI  US Department of Defense  $195,000 Multiscale Modeling of Failure and Damage of Thermosetting Polymer Networks (Polymer Matrix Composites: Dr. Charles Lee) 

Odegard, Gregory ‐ PI  Titan Tire  $95,784 Tire Testing and Computational Design for Improved Performance 

Odegard, Gregory ‐ PI National Aeronautics Space                

Administration $165,000 

Equivalent‐Continuum Modeling of Nanostructured Polymer Composites 

Odegard, Gregory ‐ PI  Mayo Clinic Rochester  $135,350 Finite Element Modeling of Intraneural Ganglion Cysts 

Odegard, Gregory ‐ PI  State of Michigan  $29,815 REF: Multi‐Scale Modeling of Fracture Toughness of Nanostructured Viscoelastic Foam Materials 

Odegard, Gregory ‐ PI  Arizona State University  $28,000 Active Structural Fibers for Multifunctional Composite Materials 

Shahbazian, Yassar, Reza ‐ PI 

Odegard, Gregory ‐ Co‐PI National Science Foundation  $320,090 

MRI: Acquisition of an In‐Situ AEM/STM‐TEM System for Interdisciplinary Nano‐Reseach and Education at Michigan Tech 

Shahbazian Yassar, Reza ‐ PI  University of Michigan  $15,600 Mechanics of Hydrogen Storage in Nanostructured Materials for Spacecrafts 

Green, Sarah ‐ PI 

Bates, Dallas ‐ Co‐PI 

Heiden, Patricia ‐ Co‐PI 

Liu, Haiying ‐ Co‐PI 

Murthy, Pushpalatha ‐ Co‐PI 

Shahbazian Yassar, Reza ‐ Co‐PI 

Michigan Technological University 

$12,000 REF‐IE Adding Chemical Microwave Reactor Capability to the Department of Chemistry 

Shahbazian Yassar, Reza ‐ PI Michigan Technological 

University $10,000 

REF‐MG Mentoring Grant: Michigan Tech/UIUC Mentoring Program on Mechanics of Single Cells 

Subhash, Ghatu ‐ PI  National Science Foundation  $451,318 GOALI: Ultrafine Grained and Nanostructured Ceramics: Influence of Processing Grain Size and Strain Rate on Fracture Characteristics 

Subhash, Ghatu ‐ PI  Hydro Aluminum/Sintef  $299,506  Hydroforming of Aluminum Extrustions 

Subhash, Ghatu ‐ PI  US Dept of Defense ‐ Army  $279,820 High Strain Rate Characterization of Bulk Amorphous Metals 

Subhash, Ghatu ‐ PI  Oak Ridge National Laboratory  $220,259 Plasticity Limits for Structural Ceramics Under Instrumented Single‐Grit Scratch Testing 

Subhash, Ghatu ‐ PI  Sandia National Laboratories  $62,000  Sabbatical at Sandia National Laboratories 

Page 55: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

55

 M3  Publications 

Parikh, N., Allen, J.S., Yassar, R.S., “Effect of Deformation on Electrical Properties of Carbon Fibers used  in Gas Diffusion Layer of PEM Fuel Cells,” Journal of Power Sources, Vol. 193, No. 2, pp. 766‐768, September 2009. 

Liu, Y., Dai, Q., and You, Z., “Development of a Viscoelastic Model for Discrete Element Simulation of Asphalt Mixtures,” Journal of Engineering Mechanics, American Society of Civil Engineers (ASCE), Vol. 35, No. 4, pp. 324‐333, April 2009. 

You, Z., Adhikari, S., Masad, E., and Dai, Q., “Microstructural and Micromechanical Properties of Field and Lab‐compacted Asphalt Mixtures,” Journal of Association of Asphalt Paving Technologist (AAPT), Vol. 78, (Minneapolis, MN), March 2009. 

You, Z., Mills‐Beale, J., Williams, R.C., and Dai, Q., “Measuring the Specific Gravities of Fine Aggregates in Michigan: An Auto‐mated Procedure,” International Journal of Pavement Research and Technology, Vol. 2, No. 2, pp. 37‐50, March 2009. 

Mills‐Beale, J., You, Z., Williams, R.C., and Dai, Q., “Determining the Specific Gravities of Coarse Aggregates in Michigan Util‐izing Vacuum Saturation Approach,” Construction & Building Materials, Elsevier, Vol. 23, No. 3, pp. 1316‐1322, March 2009. 

You, Z., Adhikari, S., and Dai, Q., “Three‐Dimensional Discrete Element Models for Asphalt Mixtures,” Journal of Engineering Mechanics, American Society of Civil Engineers (ASCE), Vol. 134, No. 12, pp. 1053‐1063, December 2008. 

Dai, Q., and You, Z., “Micromechanical Finite Element Framework for Predicting Viscoelastic Properties of Heterogeneous Asphalt Mixtures,” Materials and Structures, (Springer Netherlands), Vol. 41, No. 6, pp. 1025‐1037, July 2008.  

You, Z., Buttlar, W.G. and Dai, Q.  “Aggregate Effect on Asphalt Mixture Properties by Modeling Particle‐to‐Particle Interac‐tion,” Geotechnical Special Publication 176: Emerging Methods for the Analysis of Asphalt Pavement Materials and Systems, pp. 14‐21, American Society of Civil Engineers (ASCE), 2007. 

You, Z., and Dai, Q., “Dynamic Complex Modulus Predictions of HMA Using a Micromechanical‐Based Finite Element Model,” Canadian Journal of Civil Engineering /Rev. can. génie civ., Vol. 34, No. 12, pp. 1‐10, December 2007. 

Jiao, J, Gershenson, J.K., and Michalek, D.J., “Managing Modularity and Commonality in Product and Process Develop‐ment,” Concurrent Engineering, Vol. 15, pp. 81‐83, 2007. 

Killian, M., Isaac, D., Dejardin, L., Leetun, D., Haut, R., Haut Donahue, T.L., “Traumatic Anterior Cruciate Ligament Tear and its Implications on Meniscal Degradation: A Preliminary Novel Lapine Osteoarthritis Model,” Journal of Surgical Research, 2009, (in Press). 

Morrow, D.A., Haut Donahue, T.L., Odegard, G.M., Kaufman, K.R., “Transversely Isotropic Tensile Material Properties of Skeletal Muscle Tissue,” Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2009, (in Press). 

Hauch, K.N., Oyen, M.L., Odegard, G.M., Haut Donahue, T.L., “Nanoindentation of the Insertional Zones of Human Meniscal Attachments into Underlying Bone,” Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol 2, pp. 339‐347, 2009. 

Haut Donahue, T.L., Gillespie, J., Dehlin, W., Weiss, W., Rosenberg, G., “Finite Element Analysis of Blood Sac Stresses Devel‐oped in the Blood Sac of LVAD,” Medical Engineering and Physics, Vol. 31, pp. 454‐460, 2009. 

Miller, E.J., Riemer, R.F., Haut Donahue, T.L., Kaufman, K.R., “Experimental Validation of a Tibiofemoral Model for Analyzing Joint Force Distribution,” Journal of Biomechanics, Vol. 42, No. 9, June 2009. 

Haut Donahue, T., Miller, E.J., Riemer, R.F., and Kaufman, K.R., "Experimental Validation Model for Analyzing Joint Force Distribution," Journal of Biomechanics, Vol. 42, No. 9, pp. 1355‐1359, June 2009.  

Odegard, G.M., Haut Donahue, T.L., Morrow, D.A., Kaufman, K.R., “Constitutive Modeling of Skeletal Muscle Tissue with an Explicit Strain Energy Function,” Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 130, No. 6, 061017, 2008. 

Gupta, T., Zielinska, B., McHenry, J., Kadmiel, M., Haut Donahue, T.L., “IL‐1 and iNOS Gene Expression and NO Synthesis in the Superior Region of Meniscal Explants is Dependent on Magnitude of Compressive Strains,” Osteoarthritis and Cartilage, Vol. 16, pp. 1213‐1219, 2008. 

Villegas, D., Hansen, T.A., Liu, D.F., Haut Donahue, T.L., “A Quantitative Study of the Microstructure and Biochemistry of the Medical Meniscus Horn Attachments,”  Annals of Biomedical Engineering,, Vol. 36, No. 1, pp. 123‐31, 2008.   

Villegas, D., Maes, J.A., Magee, S.D., Haut Donahue, T.L., “Failure Properties and Strain Distribution Analysis of Meniscal Attachments,” Journal of Biomechanics, Vol. 40, No. 12, pp. 2655‐2662, 2007.  

Haut Donahue, T.L., Hull, M.L., Howell, S.M., “A New Algorithm for Selecting Meniscal Allografts that Best Match the Size and Shape of the Damaged Meniscus”, Journal of Orthopaedic Research, Vol. 24, No. 7, pp. 1535‐1543, 2006. 

MeHenry, J.A., Zielinska, B., Haut Donahue, T.L., “Proteoglycan Breakdown of Meniscal Explants Following Dynamic Com‐pression Using a Novel Bioreactor”, Annals of Biomedical Engineering, Vol. 34, No. 11, pp. 1758‐66, 2006. 

Zielinska, B., Haut Donahue, T.L., “3D Finite Element Model of Medial Meniscus Meniscectomy ‐ Changes in the Contact Be‐havior”, Journal of Biomechanical Engineering, Vol.128, No. 1, pp. 115‐23, 2006. 

 

Page 56: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

56

 M3  Publications 

Eifler, R.L., Mroz, J. Blough, J.R., Haut Donahue, T.L., “Glycosaminoglycan Production in Rabbit Meniscal Cells Due to Fluid Flow”, Journal of Orthopaedic Research, Vol. 24, pp. 375‐384, 2006. 

Maes,  J.A.,  Haut  Donahue,  T.L.,  “Time  Dependent  Properties  of  Bovine Meniscal  Attachments:  Stress  Relaxation  and Creep”, Journal of Biomechanics, Vol. 39 , No. 16, pp. 3055‐3061, 2006. 

Gupta, T., Haut Donahue, T.L., “Role of Matrix Material Properties, Cell Location and Morphology on the Mechanical Envi‐ronment Within Meniscal Tissue and Around the Cell”, Acta Biomaterialia, Vol. 2, No. 5, pp. 483‐492, 2006. 

Haut Donahue,T.L., Donahue, H.J., Jacobs, C.R., Yellowley, C.E.,  “A role for Annexin V in Bone Cell Mechanotransduction”; Bone, Vol. 35, pp. 656‐663, 2005. 

Haut Donahue, T., Genetos, D.C., Donahue, H.J., Jacobs, C.R., Yellowley, C.E, "Annexin V Disruption  Impairs Mechanically Induced Calcium Signaling in Osteoblastic Cells," Bone, Vol. 35, No. 3, pp. 656‐663, September 2004. 

Haut Donahue, T.L., Weiss, B., Rosenberg, G., Jacobs, C.R., “Finite Element Analysis of Stresses Developed in Blood Sacs of a Pusherplate Blood Pump”, Computer Methods in Biomechanics and Bioengineering, Vol. 6(1): 7‐15, 2003. 

Haut Donahue, T.L., Haut, T.R., Yellowley, C.E., Donahue, H.J., Jacobs, C.R., “Mechanosensitivity of Bone Cells to Oscillating Fluid Flow (OFF) Induced Shear Stress may be Modulated by Chemotransport”, Journal of Biomechanics, Vol. 36, pp. 1363‐1371, 2003. 

Jayaraman, G., Struthers, A., “Divergence and Flutter Instability of Elastic Specially Orthotropic Plates Subject to Follower Forces”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 281, 357‐373, 2005. 

Schuster P.J., Chore C.C., Prasad P., Jayaraman G.,   “Development and Validation of the Finite element Model for the Hu‐man Lower Limb of Pedestrians”,  Stapp Car Crash Journal , Vol. 44, pp. 315‐334, 2004. 

Bowers,  K.W.,  Edmunds,  J.L.,  Girod, D.A.,  Jayaraman,  G.,  Chua,  C.P.,  Toby,  E.B.,  “Osteocutaneous  Radial  Forearm  Free Flaps”, Journal of Bone and Joint Surgery, Vol. 82‐A, No.5, 694‐704, 2000. 

Maiti, S., Farahmand, B., and Shih, G., “Cohesive Technology Applied to the Modeling and Simulation of Fatigue Fracture,” in Virtual Testing and Predictive Modeling: For Fatigue and Fracture Mechanics Allowables, Farahmand, B., and G. Shih, editors, (Spring US), Chapter 3, pp. 47‐71, 2009. 

Nittur, P.G., Maiti, S., and Geubelle, P.H., “Grain‐level Analysis of Dynamic Fragmentation of Ceramics under Multiaxial Com‐pression,” Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 56:993‐1017, 2008. 

Zhang, H., Maiti, S., and Subhash, G., “Evolution of Shear Bands in Bulk Metallic Glasses under Dynamic Loading,” Accepted, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 56, No. 6, pp. 2171‐2187, June 2008. 

Das, N.C., and Maiti, S., “Electromagnetic Interference Shielding of Carbon nanotube/ethylene vinyl Acetate Composites,” Journal of Materials Science, Vol. 43, No. 6, pp. 1920‐1925, March 2008. 

Danuluri, V., Maiti, S., Geubelle, P.H., Patel, R., and Kili, H., “Cohesive Modeling of Dealmination in Z‐pin Reinforced Compos‐ite Laminates,” Composites Science and Technology, Vol. 67, No. 3‐4, pp. 616‐631, 2007. 

Maiti, S., Shankar, C., Geubelle, P.H., and Keiffer, J., “Continuum and Molecular‐level Modeling of Fatigue Crack Retardation in Self‐healing Polymers”,  Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 128, No. 4, pp. 595‐602, 2006. 

Parks, M.L., de Sturler, E., Mackey, G., Johnson, D.D., and Maiti, S. “Recycling Krylov Subspaces for Sequenced of Linear Systems”, SIAM Journal on Scientific Computing, Vol. 28, No. 5, 1651‐1674, 2006. 

Maiti, S., and Geubelle, P.H., “Cohesive Modeling of Fatigue Crack Retardation in Polymers: Crack Closure Effect”, Engineer‐ing Fracture Mechanics, Vol. 73, pp. 22‐41, 2006. 

Maiti, S., Geubelle, P.H. , "A Cohesive Model for Fatigue Failure of Polymers," Engineering Fracture Mechanics, Vol. 72, No. 5, pp. 691‐708, March 2005. 

Ju, C., Sun, J., Michalek, D.J., and Sutherland, J.W., “Development of an Imaging System and Its Application in the Study of Cutting Fluid Atomization in a Turning Process,” Particle Science and Technology, Vol. 26, No. 4, pp. 318‐336, July 2008. 

Rivera,  J.L., Michalek,  D.J.,  Sutherland,  J.W.,    “Air Quality  in Manufacturing”,  Environmentally Conscious Manufacturing, Myer Kutz, John Wiley & Sons, Inc, (Hoboken, NJ), Vol. 7, pp. 145‐178, 2007. 

Galley, S., Michalek, D.J., Donahue, S.W., “A Fatigue Microcrack Alters Fluid Velocity  in a Computationals Model  in  Inter‐stiitial Fluid Flow in Cortical Bone”, Journal of Biomechanics, Vol. 39, No. 11, pp. 2026‐2033, 2006. 

Adler, D.P., Hii, W.W.‐S., Michalek, D.J., Sutherland, J.W.,  “Examining the Role of Cutting Fluids in Machining and Efforts to Address Environmental/Health Concerns,” Machining Science and Technology, Vol. 10, No. 1, pp. 23‐58, 2006. 

Keith, J.M., King, J.A., Grant P.W., Cole, A.J., Klett, B.M., Miskioglu, I., “Tensile Properties of Carbon Filled Liquid Crystal Polymer Com‐posites,” Polymer Composites, Vol. 29, No. 1, pp. 15‐21, April 2009. 

Purcek, G., Bacaksiz, E., and Miskioglu, I., “Structure and Nanomechanical Properties of CdTe Thin Films,” Journal of Material Processing Technology, Vol. 198, No. 1‐3, pp. 202‐206, March 2008. 

Page 57: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

57

 M3  Publications 

King, J.A., Keith, J.M, Glenn Jr., O.L., Miskioglu, I., Cole, A.J., McLaughlin, S.R., and Pagel, R.M., “Synergistic Effects of Carbon Filled on Tensile and Flexural Properties  in Liquid‐Crystal Polymer Based Resins,” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 108, No. 3, pp. 1657‐1666, March 2008.  

King, J.A., Miskioglu, I., Wright‐Charlesworth, D.D., Van Karsen, C.D., “Nano‐Scratch Testing of Short Carbon Fiber Composites to As‐sess Fiber Adhesion”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, No. 1, 328‐335, 2007. 

Baker, K.C., Drelich, J., Miskioglu, I., Israel, R., Herkowitz, H.N., “Effect of Polyethyelene Pretreatments on the Biomimetic Deposition and Adhesion of Calcium Phosphate Films”, Acta Biomaterialia, Vol. 3, No. 3, 391‐401, May 2007. 

Peers, W.J., Wright‐Charlesworth, D.D., Miskioglu, I., “Pin‐on‐Disc Evaluations of Self‐Reinforced Composite Poly (Methyl Methacrylate) for Total Hip Replacements”, Journal of Biomedical Materials Research: Part B—Applied Biomaterials, Vol. 79B, No. 1, 16‐24, March 2006. 

Altan, B.S., Purcek, G., and Miskioglu, I., "An Upper Bound Analysis for Equal‐Channel Angular Extrusion," Journal of Material Processing Technology, Vol. 168, No. 1, pp. 137‐146, September 2005. 

Miskioglu, I., Altan, B.S., Patil, A., Purcek, G., "Mechanical Properties of Severely Deformed ZA‐27 Alloy using Equal‐channel Angular Extrusion," Materials Science and Technology, Vol. 21, No. 9, pp. 1044‐1048, September 2005.  

Wright‐Charlesworth, D.D., Miller, D.M., Miskioglu, I., King, J.A.,  "Nanoindentation of Injection Molded PLA and Self‐Reinforced Com‐posite PLA After in Vitro Conditioning," Journal of Biomedical Materials Research Part A, Vol. 74A, No. 3, pp. 388‐396, July 2005. 

Elangovan, S., Odegard, G.M., Morrow, D.A., Wang, H., Heberg‐Blouin, M.N., and Spinner, R.J., “Intraneural Ganglia: A Clini‐cal Problem Derserving a Mechanistic Explanation and Model,” Neurosurgical Focus, Vol. 26, No. 2, February 2009. 

Valavala, P.K., Clancy, T.C., Odegard, G.M., Gates, T.S., and Aifantis, E.C., “Multiscale Modeling of Polymer Materials using a Statistics‐Based Micromechanics Approach,” Acta Materialia, Vol. 57, No. 2, pp. 525‐532, January 2009. 

Elangovan, S., Altan, B.S., Odegard, G.M., “An Elastic Micropolar Mixture Theory for Predicting Elastic Properties of Cellular Materials”, Mechanics of Materials, Vol. 40, No. 7, pp. 602‐615, July 2008. 

Odegard, G.M., and Valavala, P.K., "Thermodynamically‐Consistent Multiscale Constitutive Modeling of Glassy Polymer Ma‐terials," Book Chapter in IUTAM Symposium on Modelling Nanomaterials and Nanosystems, May 2008. 

Valavala, P.K., Clancy, T.C., Odegard, G.M., Gates, T.S., “Nonlinear Multi‐scale Modeling of Polymer Materials”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 44, No. 3‐4, pp. 1161‐1179, February 2007. 

Odegard, G.M., "Equivalent‐Continuum Modeling of Nanostructured Materials," Book Chapter  in Handbook of Theoretical and Computational Nanotechnology, 2006.  

Odegard, G.M., Gates, T.S., Su, X., Abdi, F., Herring, H.M., "Facesheet Delamination of Composite Sandwich Materials at Cryogenic Temperatures," Composites Science and Technology, Vol. 66, No. 14, pp. 2423‐2435, November 2006. 

Odegard, G.M., and Gates, T.S., "Modeling and Testing of a Graphite Nanoplatelet/Epoxy Composite," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 17, No. 3, pp. 239‐246, March 2006.  

Momeni, K., and Shahbazian Yassar, R., “Analytical Formulation of Stress Distribution in Cellulose Nanocomposites,” Jour‐nal of Computational and Theoretical Nanoscience, Vol. 6, pp. 1‐6, 2009. 

Shahbazian Yassar, R., and Ghassemi, H.M.S., “Advanced Experimental Techniques for Multiscale Modeling of Materials,” in Virtual Testing and Predictive Modeling: Fatigue and Fracture Mechanics Allowables, Farahmand, B., editor, (Springer US), Chapter 13, pp. 371‐398, 2009. 

Subhash, G., Maiti, S., Geubelle, P.H., and Ghosh, D., “Recent Advances in dynamic indentation fracture, impact damage and fragmentation of ceramics,” Journal of the American Ceramic Society, Vol. 91, No. 9, pp. 2777‐2791, September 2008. 

Zhang, H., Subhash, G., and Maiti, S., “Local Heating and Viscosity Drop during Shear Band Evolution in Bulk Metallic Glasses under Quasistatic Loading,” Journal of Applied Physics,  102, 043519, 2007. Nominated for publication  in Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology, Vol. 16, No. 11, 2007. 

Jing, X., Subhash, G., and Maiti, S., “A New Analytical Model for Estimation of Scratch  Induced Damage  in Brittle Solids,” Journal of the American Ceramic Society, Vol. 90, No. 3, pp. 885‐892, 2007. 

Yao, S., Subhash, G., and Maiti, S., “Nanoindentation Response of Diatom Frustules,” Journal of Nanoscience and Nanotech‐nology, Vol. 7, No. 12, pp. 4465‐4472, December 2007. 

Subhash, G., Marszalek, M.A., and Maiti, S., “Sensitivity of Scratch Resistance to Grinding‐Induced Damage Anisotropy  in Silicon Nitride”, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 89, No. 8, 2528‐2536, 2006. 

Yeliana, Worm, J., Michalek, D., and Naber, J., “Property Determination for Ethanol‐Gasoline Blends with Application to Mass Fraction Burn Analysis in a Spark Ignition Engine,” Journal of KONES, Powertrain & Transportation, Vol. 15, No. 2, pp. 553‐561, 2008. 

 

Page 58: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

58

 M3  Publications 

Yeliana, Cooney, C., Worm, J., Michalek, D., and Naber, J.D., “Wiebe Function Parameter Determination for Mass Fraction Burn Calculation in an Ethanol‐Gasoline Fuelled SI Engine,” Journal of KONES, Powertrain & Transportation, Vol. 15, No. 3, pp. 567‐574, 2008. 

Yassar, R.S., Horstemeyer, M.F., Wang, P.T., Baird, J.C., Murphy, J., Stolting, K., “Evolution of In‐grain Orientation Gradient in Plastically Strained Precipitation Hardened Polycrystals,” Metallurgical and Materials Transactions  A, Vol. 517, No. 1‐2, pp. 286‐292, August 2009. 

Yassar, R.S., Baird, J.C., Horstemeyer, M.F., “Evolution of In‐Grain Orientation Gradient in Plastically Strained Particle Materi‐als,” Material Science Engineering A, December 2008. 

Yassar, R.S., Wang, P.T, Horstemeyer, M.F., “Microstructure History Effect During Sequential Thermomechanical Process”, Materials Science and  Engineering A , Vol. 494, No. 1‐2, pp. 52‐60, October 2008.  

El Kadiria, H., Wang, L., Horstemeyer, M.F., Yassar, R.S., Felicelli, S., Wang, P.T., “Phase Transformations in Low Alloy Steel Laser Deposits”, Materials Science and  Engineering A , Vol. 494, No. 1‐2, pp. 10‐20, October 2008. 

Shahbazian Yassar, R., Liu, J., Agnew, S.R., Poole, W.J., and Kostorz, G., “Preface: Advances in Microstructure‐based Model‐ing and Characterization of Deformation Microstructures,” Materials Science and Engineering A, Vol. 494, No.  1‐2, pp.  1‐2, October 2008. 

Yassar, R.S., Murphy, J., Burton, B., Horstemeyer, M.F., El Kadiri, H., and Shokuhfar, T., "Microstructure History Effect Dur‐ing  Sequential  Thermomechanical  Processing," Material Science and Engineering A,  Vol.  494, No.  1‐2,  pp.  52‐60, October 2008. 

Yassar, R.S., Mesarovic, S.D., Field, D.P., “Micromechanical Hardening of Elastic‐plastic Crystals Containing Elastic Inclusions. I – Dilute Concentration”, International Journal of Plasticity, Vol. 23, No. 10‐11, pp. 1901‐1917, October 2007. 

Page 59: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

59

 M3  Graduate Students 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Galley, Sarah  Donahue, Seth W.  The Role of Fluid Flow in Targeted Remodeling  2006 

Gupta, Tumul  Haut‐Donahue, Tammy L.   Mechanotransduction of Cellular Loading into Catabolic Activity in Meniscal Tissue 

2007 

Zielinska, Barbara  Haut‐Donahue, Tammy L.   Mechanotransduction in Meniscal Tissue  2007 

Patil, Akshay  Miskioglu, Ibrahim  Mechanical and Tribological Properties of Ultrafine Grained Zn‐3%Cu‐9%Al Alloy Obtained by Equal Channel Angular Extrusion 

2008 

Li, Shengjian  Miskioglu, Ibrahim  Contact Problems in a Simple Strain Gradient Theory of Elasticity and Application to Nano‐indentation 

2004 

Valavala, Pavan  Odegard, Gregory M.  Multiscale Constitutive Modeling of Polymer Materials  2008 

Page 60: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

60

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Godin, Lindsay  Donahue, Seth W.   A Mechanotransduction Pathway in Bone ‐ The Role of Calcium‐Calmodulin Dependent Protein Kinase 2 (CaMKII) and Calcineurin in Bone Adaptation 

2005 

Hauch, Karen  Haut‐Donahue, Tammy L.  Time Dependent, Failure, and Nanomechanical Properties of Human Meniscal Attachments 

2008 

McHenry, Jeffrey  Haut‐Donahue, Tammy L.  Nitric Oxide Production by Menical Explants Following Dynamic Compression 

2005 

Steele, Mike  Haut‐Donahue, Tammy L.  Design and Development of a Self‐Assisted, Semi‐Supportive, Dynamic Walker for Gait‐Training and Rehabilitation Purposes 

2005 

Maes, Jason  Haut‐Donahue, Tammy L.  The Time Dependent and Failure Properties of Bovine Meniscal Attachments 

2004 

LNU, Reena Thomas  Jayaraman, Gopal  A Finite Element Study of the Human Proximal Femur Bone Fracture Patterns Due to Impact 

2008 

Altan, Amanda  Jayaraman, Gopal  An Impact Experiment Study on Biomechanical Surrogate Human Femur to Identify Impact Mechanisms for Clinically Observed Hip Fractures Due to Falls 

2008 

Grattan, David  Jayaraman, Gopal  The E‐N Curve: A Relationship Between Sub‐Fractural Impact Loading and Material Durability 

2007 

Herrera, Kevin  Jayaraman, Gopal 

Predebon, William  

Design of an Automated Motorcycle Laced Wheel Truing Machine 

2007 

Bhushan, Kangana  Jayaraman, Gopal   A Finite Element Study on the Efficacy of Football Helmet for Direct Versus Oblique Impacts 

2006 

Oswal, Sumeet  Jayaraman, Gopal  A Finite Element Study of the Human Skull Fracture Pattern Due to Free Falls 

2006 

Lemon, Robert  Jayaraman, Gopal 

Haut‐Donahue, Tammy L. 

Testing and Computational Modeling of Steering Wheels for Maxillofacial Impact Loads During Crash Event 

2006 

Calder, Patrick  Jayaraman, Gopal  Studies to Determine Ideal Use and Positioning of an Airdam and Simulations to Predict Pedestrian Trajectories During Automotive Collisions 

2005 

Piaget, Thomas  Jayaraman, Gopal  Finite Element Method Analysis of a Tie Rod Bumper System for Improved Automotive Crash Energy Management 

2005 

Page 61: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

61

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Grattan, Patrick  Jayaraman, Gopal   Finite Element Study to Interpret the Fracture Pattern on the Patella Resulting form Knee Impact Due to an Automobile Crash 

2005 

Utkur, Aniket  Maiti, Spandan  Cohesive Model Based Prediction of Near Threshold Fatigue Crack Behavior 

2008 

Hittepole, Philip  Maiti, Spandan  Course Work  2006 

Wellnitz, Casey  Miskioglu, Ibrahim  Assessment of Extruded Polystyrene Foam for Sandwich Composite Applications 

2007 

Walter, Timothy  Miskioglu, Ibrahim  Evaluation of Sandwich Panel Parameters with Hydromat Testing Method 

2006 

Miller, Samuel  Odegard, Gregory M.  Finite Element Analysis and Optimization of a Plate‐Type Piezoelectric Composite Actuator 

2008 

Richards, Andrew  Odegard, Gregory M.  Constitutive Modeling of Electroactive Materials  2007 

Page 62: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

62

Page 63: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

63

T he Multi‐Scale Sensors and Systems Research Group 

specialize  in  the design,  fabrication,  integration, and 

testing of physically and  functionally  compatible de‐

vices and components that differ in size by thousands or mil‐

lions of  times. With decades of multi‐scale  research and ex‐

pertise,  the group  is poised  to dramatically change  the  face 

of  technology  across  the  full  range  of  engineering  and  sci‐

ence  applications.  The Multi‐Scale  Sensors  and  Systems  re‐

search  focuses  on  developing  sensors  that  allow  real‐time 

monitoring and control to ensure system stability for applica‐

tions  that  require  feedback at each process stage,  from  the 

molecular scale detection of phenomena to wide area meas‐

urement.  Currently, a major area of research for the group is 

the  development  of  distributed 

sensing  for sustainable  fuel produc‐

tion  and  utilization.    The  increase 

the  efficiency  and  optimization  of 

energy  conversion  from  biomass, 

the group is developing sensors that 

will support the operation of biofuel 

production  plants  and  ethanol     

engines.   Their goal  is to detect and 

report  feedback  at  every  stage  of 

energy  use,  from  the  nanoscale  re‐

actions  at  the moment  of  combus‐

tion  to  the  reactions  as  exhaust  leaves  an  automobile.  The 

Multi‐Scale Sensors and Systems research group encourages 

interdisciplinary  research  and  implementation  of  nanotech‐

nologies  and  microtechnologies  into  deployable  systems.  

Researchers  collaborate with  cross‐departmental  colleagues 

on  projects  that  include  biosensing  technologies, microflu‐

idics for fuel cells, and micro‐scale metal forming.  The future 

of multi‐scale sensors and systems research lies in the use of 

biological materials and processes that are able to function in 

non‐biological systems. 

Current research highlights  Optimizing Chemo‐Mechanical Structures  for MEMS Chemi‐cal Vapor Sensor Arrays: Michigan Tech  faculty are collabo‐

rating  with  researchers  at  the  University  of West  Virginia, Sandia National Labs, and several Michigan MEMS companies to  improve  sensitivity,  selectivity  and  reliability  of  MEMS based  sensors  for  detecting  nerve  gas  and  other  chemical vapors. One goal of  the project  is  to  fabricate novel porous structures  for  increasing  sensing  surface  area. Another  key goal is to incorporate chemical and structural behavior into a multi‐regime  design  optimization.  Expected  outcomes  are new MEMS  sensors with  superior  performance  and  a  new design methodology for dealing with the vast design parame‐ter space of chemo‐mechanical devices.    Real  Time  Electrical  Characterization  of  Carbon  Nanotube Deposition onto Electrode Gaps: The goal of the research  is to verify  that  carbon nanotubes deposited  across electrode 

gaps can be verified in real time by simultane‐ously measuring the changing electrical char‐acteristics of the gap impedance. A simulation method of the assembly processes of carbon nanotubes by dielectrophoresis  is  introduced which  considers  the  effect  of  carbon  nano‐tubes on  the  field. A calculation model of di‐electrophoresis  force  has  been  developed. The  model  divides  a  carbon  nanotube  into segments  to  reduce  the  field  non‐uniformity around  each  physical  unit  for  dielectropho‐retic force calculations and increases the com‐putational  accuracy.  The  numerical  results 

have been used to analyze CNT assembly processes between electric conductors and help to optimize controlling parame‐ters.  Investigation  of  Two‐Phase  Flow  at  the  Capillary  Scale:  A systematic experimental and analytical  investigation of  two‐phase flow at the capillary scale  is underway. High speed mi‐croscopy  is used  to examine  the effects of  surface  tension, interface curvature, interface shear, and gas phase inertia on the morphology  of  two‐phase  flow  through microchannels. The  result will  be  a more  thorough  understanding  of  two‐phase  flow  in  systems where capillary  forces are  important. The knowledge gained may be applied to the design and de‐velopment of advanced MEMS technologies and to improved water management strategies  for more  reliable  fuel cell op‐eration.  

Multi‐Scale Sensors and Systems Research  

Page 64: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

64

Investigation of Two‐Phase Flow at the Capillary Scale: A systematic  experimental  and  analytical  investigation  of two‐phase  flow  at  the  capillary  scale  is  underway.  High speed microscopy  is used  to examine  the effects of  sur‐face tension,  interface curvature,  interface shear, and gas phase  inertia  on  the  morphology  of  two‐phase  flow through microchannels.  The  result  will  be  a more  thor‐ough understanding of two‐phase flow  in systems where capillary forces are important. The knowledge gained may be  applied  to  the  design  and  development  of  advanced MEMS technologies and to  improved water management strategies for more reliable fuel cell operation.  Protein‐Based  Toxin  Nanosensors:  Nanosensors  utilizing the  unique  properties  of  the  optical  protein  bacteri‐orhodopsin  and  functionalized  semiconductor  quantum dots are being developed to detect minute concentrations of airborne  toxins. A generic nanoscale  sensing platform with  the capability  to detect a wide array of select parti‐cles will  have  several  applications  including  smart muni‐tions and enhanced soldier security. The work has resulted in  an  innovative  method  to  activate  bacteriorhodopsin‐based sensors with quantum dots, allowing these sensors to operate on the nanoscale. 

MSS Research Laboratory Facilities 

Multi‐Scale Systems and Sensors research is closely linked with the Multi‐Scale Technologies  Institute and  its faculty members  have  access  to  laboratories  across  campus  for collaborative research.   Applied  Chemical  and Morphological  Analysis  Laboratory (ACMAL) is a university facility which is part of the Materi‐als  Characterization  &  Fabrication  Facilities.  ACMAL houses an extensive array of electron microanalytical and X‐ray instruments. ACMAL is managed by the Department of Materials Science and Engineering. 

 Microfabrication  Facility  –  The  Microfabrication  Facility (MFF)  is Michigan Technological University’s resource  for micro‐  and  nano‐  scaled  research  and  development  of solid  state electronics, micro electro mechanical  systems (MEMS), and micro system materials and devices. 

 Micromechanical Machining Laboratory 

Dover high precision micromilling/microdrilling ma‐chine 

Precitech diamond turning machine 

ADE‐Phase Shift interferometric microscope 

Ultrasonic milling machine 

Precitech LVDT tool probes 

Electroplating bath 

Microembossing tool  Manufacturing Computations Laboratory 

Parasolid and ACIS solid modeling libraries 

CADshell/wxWindows  CAD  software  framework libraries 

iSight integration/optimization program 

GPSS geometric problem solving libraries with inte‐grated  solvers:  D‐Cubed, Newton‐  Raphson  itera‐tion, bi‐partite graph network flow algorithm, and advanced  sub‐graphisomorphism  algorithm  (most develop in‐house) 

MPI distributed computing code  In‐House Genetic Algorithm Library 

n‐House Topology Optimization Library 

Unigraphics NX, I‐DEAS, ABAQUS, and Matlab inte‐gration code 

 Biochemistry & Molecular Biology Lab  Computational  Solid  State  Theory  and Materials  Science Facility 

PhD student conducts research in nanotechnology as part of the Multi‐Scale Technology & Systems  Institute. 

Page 65: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

65

Research Highlights  

Dr. Beard's research includes design for manufacturing in two areas. He is investigating the influence of  manufacturing variation  on  the  response  of  planar  and  three‐dimensional mechanisms.    He  has  examined  the    influence  of  design parameters on  the wear  rates of gerotor  types, and developed a pump  that demonstrates    the potential  for decreased wear  rates  and manufacturing  cost. Vehicle  suspension  systems  are being modeled    to determine  the  influence of  the kinematic parameters on the tire/road interactions.  In this way, the impact of manufacturing and assembly variation on the vehicle  performance may  be  assessed.  The model  can  be  used  as  a  design  tool  to  develop  a  suspension  system with improved handling  characteristics and decreased production  costs. Beard  is Faculty Advisor  for Challenge‐X,  the hybrid vehicle  design  competition  sponsored  by  GM  and  DOE.    He  advised  the  team  that  designed  and  built  a  power‐split transmission  for  the Future Truck Competition and was  the 2002 NSF Faculty Advisor of  the Year. Beard  is applying his manufacturing experience in tool‐and‐die design, forming, turning, and grinding to teach effective design in manufacturing for preliminary design courses as well as capstone design courses. The creative teaching process  in the capstone design courses produced three patents. 

 

*  Research funding and publication information for all faculty in the Multi‐Scale Technologies and 

Systems Group starts on page 72. 

John E. Beard  Associate Professor  PhD, Purdue University  Advanced Power Systems Research 

Center  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:  Design of mechanical systems,  Hybrid electric powertrains,  Biomedical engineering,         Manufacturing 

MSS Faculty 

Research Highlights  *  

Jeff  Allen is an experimentalist interested in the study of two‐phase flow in capillary systems; such as found in  the gas flow  channels  and diffusion media of PEM  fuel  cells.   The behavior of  liquid water  in  the  internal passages of Proton Exchange  Membrane  (PEM)  fuel  cells,  a  class  of  low  temperature  fuel  cells,  presents  a  serious  challenge  to  the development of reliable and efficient power units.  The factors which influence capillary flow are well established (contact angle, geometry and surface tension), but the behavior of gas‐liquid flows subject to capillary phenomena in the complex, manifolding  passages  of  PEM  fuel  cells  is  not  fully  understood.   Other  active  research  involves  investigations  of  the stability of  evaporating  and  condensing  liquid  films, microfluidic  systems  such  as  lab‐on‐a‐chip, microfluidic diagnostic development, design and optimization of micro‐fuel reformers, and low‐gravity fluid dynamics.  

Areas of interest include:  Capillary flow,    Interfacial transport phenomena,  Fuel cells,   Phase‐change heat transfer,  Microgravity fluid physics 

Jeffrey S. Allen Associate Professor  PhD University of Dayton Advanced Power Systems    Research Center,  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Page 66: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

66

MSS Faculty 

Research Highlights  

Dr. Choi has extensive experience  in the development and use of Confocal Laser Scanning Microscopy, Optical Serial Sectioning Microscopy, Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy. 

His recent research was focused on visualization of cellular proliferation/movement/division as well as cytotoxic and apaptotic morphology changes under the conditions of toxic agents and non‐steroidal anti‐inflammatory drugs. 

He  has  also  developed  an  opto‐electric  Indium  Tin Oxide  biosensor  to  examine  the  intercellular  and  extracellular interaction of endothelial cells and colorectal cancer cells.  This biosensor allows for the acquisition of optical images while simultaneously measuring electrical impedance. 

Dr. Choi is currently working on the development of chemical patterning to understand molecular transports by using Carbon Nano‐Fiber membrane. 

Areas of interest include:  Micro‐/Nano– optical imaging, Microfluidics,  Cytometric analysis using and developing opto‐electric biosensors, 

Cell proliferation and cytotoxicity 

Chang Kyoung Choi Assistant Professor  PhD, University of Tennessee  Multi‐Scale Sensors and Systems 

Studies using Biochemical Sensors 

Research Highlights  

Micromechanical machining  processes  are  direct material  removal  processes  with microcutting  tools  or  energy processes.  They  include milling,  drilling,  diamond machining,  laser machining,  focused  ion  beam machining,  etc.,  to produce  component  features  in  the micrometer  regime.  These  are  very  rapid  removal  processes  and  are  therefore suitable  for  low‐  cost design  concept development and prototyping at  the micro‐Scale. Bio‐inspired nanotechnologies offer solutions to many challenges in sensing.  Of particular interest is protein‐based sensing and energy transduction for signal output.  

Areas of interest include:  Micromechanical systems, Nanotechnology 

Craig R. Friedrich  Professor  PhD Oklahoma State University 

Associate Chair and Director of      Graduate Studies 

Director, Multi‐Scale Sensors and      Systems Group 

Director, Multi‐Scale  Technologies    Institute (MuSTI) 

Page 67: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

67

Research Highlights   

FE model of human knee joint 

Microstructural model of meniscus 

Material properties of menisci, tendons and ligaments 

How musculoskeletal cells respond to mechanical stimuli 

Areas of interest include:  Biomedical engineering,  Orthopaedic biomechanics,  Finite elements,   Computational and experimental mechanics 

Tammy L. Haut‐Donahue  Associate Professor  PhD, University of California –Davis  Director, Solid Mechanics Area 

Director, Mechanics of Multi‐Scale                                           Materials Research Group 

MSS Faculty 

Research Highlights  

Development of new design tools to enable engineers to more efficiently and effectively create designs that meet functional  requirements while  addressing  the manufacturing  and  assembly    requirements. Use of  rapid prototyping techniques  to evaluate designs with  the goal of providing  rapid  structural modeling  capabilities.   Application of  the finite  element  method  and  other  numerical  techniques  to  the  solution  of  problems  in  biomechanics  and  sports mechanics with emphasis on design of prosthetic implants and equipment to help prevent injuries from contact sports. 

Investigation  of  fatigue  failures  in  high  strength  threaded  fasteners  subjected  to  varying  levels  of  preload  and fluctuating external loads.  The objective of this work is to help establish a  well defined design methodology for bolted joint design.   Additional work  is being conducted  in the design of special test equipment for fatigue and wear studies related to both tracked and wheeled ground vehicles. 

Thomas R. Grimm Associate Professor  PhD Michigan Technological University 

Member, Multi‐Scale Sensors and Systems Research Group 

Areas of interest include:  Mechanical engineering design,   Computer‐aided design Biomechanics 

Page 68: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

68

Research Highlights  

Dr.  Jayaraman’s on‐going  research projects are  in  the areas of biomechanics and  solid mechanics.    In  the area of biomechanics the focus is on injury mechanisms in human joints and organs due to impact and fatigue and prevention of injuries by prophylactic gears and braces.   

In  the  area of  solid mechanics  the  focus  is on  structural  failure  and material  failure  due  to buckling,  impact  and fatigue. 

MSS Faculty 

Gopal Jayaraman  Professor  PhD, University of Iowa 

Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Areas of interest include:  Biomechanics,  Orthopaedic mechanics,  Sports safety 

Research Highlights    

Predictive modeling and large scale simulation of deformation and failure of advanced materials 

Multi‐Scale modeling to investigate the effect of microstructure on the macroscopic behavior of materials 

Design and analysis of biologically inspired materials 

Characterization of failure of ceramics, metallic glasses and polymers over multiple time scales 

Areas of interest include:   Computational Solid Mechanics, Multi‐scale modeling, Biomechanics, Dynamic failure and fracture,  Fatigue response of advanced

materials

Spandan Maiti Assistant Professor  PhD, University of Illinois — Urbana‐Champaign 

Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multidisciplinary Engineered Dynamic Systems  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Page 69: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

69

Research Highlights  

Dr. Michalek's primary  research  interest  is  in  the area of computational  fluid dynamics centers on modeling multi‐phase fluid systems for automotive, biomedical and manufacturing applications.  These flows are modeled using modified versions  of  commercially  available  CFD  codes,  as  well  as  algorithms  developed  at MTU.  Efforts  in  environmentally responsible manufacturing  involve  utilizing  both  analytical  and  computational models  to  evaluate  the  role  of metal working fluids  in machining processes with the goal of    improving air quality  in manufacturing environments.   Research efforts  in atomization and the examination of the flow  in the  injector body will result  in computational models that will aid  in  injector nozzle design.     Dr. Michalek also has an  interest  in pedagogical research, which  involves the design and implementation of course‐related teaming activities for use both inside and  outside the classroom, and the assessment of their influence on student performance. 

Areas of interest include:  CFD,  Multi‐phase flow,  Atomization,  Environmentally responsible manufacturing 

Donna J. Michalek  Associate Professor  Assistant Provost  PhD, University of Texas ‐Arlington  Area Director, Energy, Thermal, Fluids 

Advanced Power Systems Research Center 

Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale Materials   

Multi‐Scale Sensors & Systems  

MSS Faculty 

Research Highlights  

Dr. Miller has used analytical and experimental methods to develop models for the grinding of brittle materials while developing  techniques  that  improve  material  removal  rates.  Specifically,  she  and  her  students  have  investigated intermittent grinding and water‐jet assisted grinding, as well as wheel wear and wheel loading mechanisms. Dr. Miller has also conducted research on the design and fabrication of optical MEMS. Additional research interests include machine tool dynamics and human factors in design. 

Areas of interest include:  Grinding, Precision Engineering, MEMS, Human factors 

Michele H. Miller  Associate Professor  PhD, North Carolina State University  Director, Engineering Education Innovation Research Group 

Page 70: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

70

MSS Faculty 

Ibrahim Miskioglu  Associate Professor  PhD, Iowa State University 

Engineering Education Innovation  Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:   Engineering mechanics,  Experimental stress analysis,  Composite materials 

Research Highlights  

Use of severe plastic deformation to alter properties of materials 

Failure studies of random fiber composites with applications to structural problems 

Failure of sandwich panels with applications to structural problems 

Nanoscale properties of interphase in polymer matrix composites 

Photomechanics integrated with digital image processing for thermomechanical stress analysis 

Research Highlights  

Dr. Narain’s current research  interest  is both computational and experimental  in nature and emphasizes the area of internal  condensing  flows.  Fluid  mechanics  and  heat  transfer  issues  along  with  free‐surface  phenomena  are  being investigated in the context of a condenser’s performance in a thermal system.  NSF and NASA  fund these investigations. His  secondary  interests  are  in  related  areas  of  transport  processes  such  as:  cavitation  signatures  in  an  automobile’s torque‐converter, computational simulations of turbulent flows through heat exchangers, displacement pumps, etc.   

The condensing  flow  research has demonstrated  the  significance of exit conditions on condenser operations. The experiments also demonstrate how exit‐condition effects can  lead to system‐instabilities. Such system‐instabilities may arise  in ground and space  thermal management systems,  looped heat pipes, Rankine power cycles, etc. Research and recent publications also emphasizes integration of experimental results with state of the art nearly exact computational code development  and  simulations  for  two dimensional  internal  condensing  flows  ‐ both  in  steady  and unsteady  (i.e. wavy‐interface)  regimes.  The  simulations  identify  various  instability mechanisms  and  flow  regimes.  For  condensation inside vertical tubes and inclined channels, the ongoing experiments employ modern electronic flow control techniques, fiber‐optic flow visualization techniques, a fluorescence and fiber‐optic based sensor (developed at MTU)  for measuring real time values of condensate thickness, etc.  

Areas of interest include: Condensing/phase‐change flows,  Computational  and  experimental fluid mechanics/heat transfer 

Amitabh Narain  Professor  PhD, University of Minnesota 

Advanced Power Systems Research Center 

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Page 71: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

71

MSS Faculty 

Gregory M. Odegard  Assistant Professor  PhD, University of Denver Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Space Systems  

Areas of interest include:  Mechanics of materials, Materials science 

Research Highlights  

Theoretical and Computational Mechanics  

Computational Chemistry 

Multi‐Scale Computational and Experimental Mechanics 

Biological Materials 

Multifunctional Materials 

Song‐Lin (Jason) Yang  Professor  PhD, University of Florida  Advanced Power Systems Re‐

search Center 

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:  Applied computational fluid         dy‐namics  

Heat transfer,   Engine flow simulation,  DPF / DOC Modeling and         Simula‐tion,  

Computational aerodynamics 

Research Highlights  

Dr. Yang’s research interest is in the area of computational fluid dynamics (CFD), both in developing it as a tool and in using  it to study problems  in fluid mechanics, heat transfer, and combustion. He  is using the KIVA code along with the Reynolds‐stress  turbulence model  for engine  flow  simulation with  spray and  combustion.  In addition, Dr. Yang  is also working  on  the modeling  and  numerical  simulation  of  diesel  particulate  trap  (DPF)  performance  during  loading  and regeneration and the diesel oxidation catalyst (DOC) converter code development. 

Page 72: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

72

ME‐EM Research Projects through June 2009 

Multi‐Scale Sensors and Systems Group 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Allen, Jeffrey ‐ PI  State of Michigan  $28,176 REF: Technique for Non‐Intrusive Pressure Measurements in Microfluidic‐Based MEMS Devices ‐‐ A Feasibility Study 

Friedrich, Craig ‐ PI  US Dept of Defense  $5,748,139 Research and Infrastructure Development Center for Nanomaterials Research 

Warrington, Robert ‐ PI 

Friedrich, Craig ‐ Co‐PI University of Michigan  $5,433,107 

An Engineering Research Center in Wireless Integrated Microsystems 

Friedrich, Craig ‐ PI 

Bergstrom, Paul ‐ Co‐PI Mott Community College  $338,928 

IOFIS Phase 1 ‐ Instrumented Intramedullary Nail and Smart Orthopedic Membrane 

Greip, Mark ‐ PI                                       Friedrich, Craig ‐ Co‐PI 

National Science Foundation 

$121,500 Utilizing Quantum Dots as an Onboard Light Source for Bacteriorhodopsin Based Nanosensors 

Miller, Michele ‐ PI 

Bettig, Bernhard ‐ Co‐PI 

Parker, Gordon ‐ Co‐PI 

Sodano, Henry ‐ Co‐PI 

Michigan Economic Development Corp 

$1,362,337 Optimizing Chemo‐Mechanical Structure for MEMS Chemical Vapor Sensor Arrays 

Sodano, Henry ‐ PI National Science 

Foundation $281,160 

Biologically Inspired Autonomic Structural Materials with Controlled Toughening and Healing 

Sodano, Henry ‐ PI  NanoSonic Inc  $42,002 Harvesting Electric Power Through an Instrumented PVDF Backpack Harness 

Sodano, Henry ‐ PI  State of Michigan  $41,064  REF: Multifunctional Piezoelectric Carbon Fibert 

Page 73: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

73

MSS Publications 

Allen, J.S., Son, S.Y., and Collicott, S.J., "Chapter 46. PEMFC Flow‐Field Design for Improved Water Management", chapter in Handbook of Fuel Cells, Volume 5, Prof. Wolf Vielstich, Dr. Hubert A. Gasteiger and Dr. Harumi Yokokawa, eds., John Wiley & Sons, 2009.  

Allen, J.S., Son, S.Y., and Collicott, S.H., “Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) flow‐field design for improved wa‐ter management,” in Handbook of Fuel Cells: Advances in Electrocatalysis, Materials, Diagnostics and Durability, Vol. 5 & 6, Vielstich, W., Gasteiger H.A., and Yokokawa, H. (eds.). John Wiley & Sons Ltd., Chichester, UK, pp. 768‐698, 2009. 

Parikh, N., Allen, J.S., Yassar, R.S., “Effect of Deformation of Electrical Properties of Carbon Fibers used in Gas Diffusion Layer of Proton Exchange Membrane Fuel Cells,”  Journal of Power Sources, Vol. 139, No. 2, pp. 766‐768, September 2009. 

Medici, E., and Allen, J.S., “Existence of the Phase Drainage Diagram in PEM Fuel Cell Fibrous Diffusion Media,” Journal of Power Sources, Vol. 191, No. 2, pp. 417‐427, June 2009. 

Fultz, D.W., and Allen, J.S., “Visualization of Pressure in Microchannels,” Journal of Heat Transfer, Vol. 130, No. 8, 080907 (1 page), August 2008. 

Hernandez, J. and Allen, J.S., "Visualization and Tracking of Spontaneous Liquid‐Liquid Slug Flow in Microchannels", Journal of Heat Transfer, Vol. 129, pp. 937, 2007. 

Herescu, A., and Allen, J.S., "A Theoretical Investigation of an Electric‐Field‐Driven Menisci Micro‐Pump",  Journal of Fluids Engineering, Vol. 129, pp. 404‐411, 2007. 

Som, S.M., Kimball, J.T., Hermanson, J.C.,  and Allen, J.S.,  “Stability and Heat Transfer Characteristics of Unsteady Condens‐ing and Evaporating Films”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 1927‐1937, 2007. 

Allen, J.S., and Herescu, A., “A Theoretical Discussion of a Menisci Micropump driven by an Electric Field,” Journal of Fluids Engineering, Vol. 129, No. 4, 8 pages, April 2007. 

Allen, J.S.,  “Two‐Phase Flow in Small Channels and the Implications for PEM Fuel Cell Operation” ECS Transactions, Vol. 3, No. 1, pp. 1197‐1206, 2006. 

Wee, S‐K, Kihm, K.D., Pratt, D.M. and Allen, J.S.,  “Micro‐Scale Heat and Mass Transport of Evaporating Thin Film of Binary Mixture”, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 20, No. 2, pp. 320‐326, 2006. 

Sukhthankar, M., Choi, C.K., English, A., Kim,  J., Baek, S., “A Potential Proliferative Gene, NUDT6,  is Down‐regulated by Green Tea Catechins at the Post‐transcription Level,” Journal of Nutritional Biochemistry, (in Press). 

Green, B., Stewarad, R., Kim, I., Choi, C.K., Liaw, P., Kihm, K., Yokoyama, Y., “In Situ Observation of Pitting Corrosion of the Zr50Cu40Al10 Bulk Metallic Glass,” Intermetallics, Vol. 17, No. 7, pp. 568‐571, July 2009. 

Park, G., Choi, C.K., English, A., Sparer, T., “Electrical Impedance measurements Predict Cellular Transformation,” Cell Biol‐ogy International, Vol. 33, No. 3, pp. 429‐433, March 2009. 

Choi, C.K., Baek, S.J., Bahn, J.H., English, A.E., Lee, S.‐H., Safe, S., Whitlock, N.C., "ESE‐1/EGR‐1 Pathway Plays a Role in Tolf‐enamic Acid‐induced Apoptosis  in Colorectal Cancer Cells," Molecular Cancer Therapeutics, Vol. 7, pp. 3739‐3750, December 2008.  

Choi, C.K., Margraves, C., English, A.E., Kihm, K.D., "Multicontrast Microscopy Technique to Dynamically Fingerprint Live‐cell Focal Contacts during Exposure and Replacement of a Cytotoxic Medium,"  Journal of Biomedical Optics, Vol.  13,  Issue 5, 054069, October 2008.  

Choi, C.K., English, A.,   Kihm, K., and Margraves, C., “Dynamic Optical and Electrical Properties of Endothelial Cell Attach‐ment on Indium Tin Oxide Bio‐electrodes,” Journal of Biomedical Optics, Vol. 12, Issue 6, 064028, 2007. 

Choi, C.K., Margraves, C.H., and Kihm, K.D., “Examination of Near‐wall hindered Brownian Diffusion of Nanoparticles: Ex‐perimental Validation of Theories by Brenner (1961) and Goldman et al. (1967),” Physics of Fluids, Vol. 9,  Issue 10,  103305, 2007. 

Choi, C.K., Kihm K., and English, A., “Opto‐electric Indium‐tin‐oxide (ITO) Biosensor for Simultaneous Cellular Imaging and Micro‐impedance Analyses,” Optics Letters, Vol. 32,  Issue  11, pp  1405‐1407, 2007.    [Selected  for the June  15, 2007  issue of Virtual Journal of Biological Physics Research.] 

Choi, C.K., English, A., Jun, S., Kihm, K., and Rack, P., “An Endothelial Cell Compatible Biosensor Fabricated Using Optically Thin Indium Tin Oxide Silicon Nitride Electrodes,” Biosensors and Bioelectronics, Vol. 22, pp 2582‐2590, 2007. 

Choi, C.K., Kihm, K.D., English, A.E., "Optoelectric Biosensor using Indium‐tin‐oxide Electrodes," Optics Letters, Vol. 32, No. 11, pp. 1405‐1407, April 2007.  

Margraves,  C.H., Choi,  C.K.,  and Kihm, K.D.,  “Examination of  the  Effect of  Salinity on  the Minimum  Elevation of Nano‐particles using Ratiometric Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (R‐TIRFM),” Experiments in Fluids, Vol. 41, pp 173‐183, 2006. 

Choi, C.K., Margraves, C., Kihm, K.D., "Measurements of the Minimum Elevation of Nano‐particles by 3D Nanoscale Tracking using Ratiometric Evanescent Wave Imaging ," Experiments in Fluids, Vol. 41, No. 2, pp. 173‐183, August 2006.  

 

Page 74: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

74

MSS Publications 

Park, J.S., Choi, C.K., and Kihm K.D., “Temperature Measurement for Nanoparticle Suspension by detecting the Brownian Motion Using Optical Serial Sectioning Microscopy  (OSSM),” Measurement Science and Technology, Vol.  16, pp  1418‐1429, 2005. [Selected as one of the 2005 highlighted articles in MST– one of the very best contributions of the last year, and the most highly‐downloaded article throughout 2005.] 

An, L., and Friedrich, C., “Process Parameters and Their Relations for the Dielectrophoretic Assembly of Carbon Nanotubes,” Journal of Applied Physics, Vol. 105, No. 7, 074314, 2009. 

An, L., Cheam, D., and Friedrich, C., “Controlled Dielectrophoretic Assembly of Multiwalled Carbon Nanotubes,” Journal of Physical Chemistry C, Vol. 113, pp. 37‐39, 2009. 

Wallner, J, Nagar, N, Friedrich, C., Bergstrom, P, “Macro Porous Silicon as Pump Media for Electro‐Osmotic Pumps”,  Physica Status Solidi A Applications and Materials Science, Vol. 204, No. 5, pp. 1327‐1331, March 2009.   

An, L., Friedrich, C., “Real‐Time Gap Impedance Monitoring of Dielectrophoretic Assembly of Multiwalled Carbon Nanotubes,” Applied Physics Letters, Vol. 92, No. 17, 173103, April 2008. 

Wise, K., Bhatti, P., Wang, J., Friedrich, C., “High‐Density Cochlear Implants With Position Sensing and Control”, Hearing Research, Vol. 242, No. 1‐2, pp. 22‐30, August 2008. 

Arcand, B., Shyamsunder, S., Friedrich, C., “A Fluid Actuator for Thin Film Electrodes”, ASME Journal of Medical Devices, Vol. 1, 70‐78, March 2007. 

Friedrich, C., Avula, R, Gugale, S, “A Fluid Microconnector Seal for Packaging Applications,” Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 15, 1115‐1124, 2005. 

Friedrich, C., Kulkarni, V.P., "Effect of Workpiece Springback on Micromilling Forces," Microsystems Technology Journal, Vol. 10, No. 6‐7, pp. 472‐477, October 2004.  

Friedrich, C., Li, J., and Keynton, R.S., "Design and Fabrication of a Miniaturized, Integrated, High Frequency Acoustical Lens‐Transducer System," Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 12, No. 3, pp. 219‐228, March 2002. 

Grimm, T R., Beard, J. E., and Minor, M. A., "Finite Element Analysis of a Powered Gait Orthosis," Proceedings of the ASME Advances in Bioengineering, ASME Publication, Book No. H010041995. 

Das, N.C., and Maiti, S., “Electromagnetic Interference Shielding of Carbon nanotube/ethylene vinyl Acetate Composites,” Journal of Materials Science, Vol. 43, No. 6, pp. 1920‐1925, March 2008. 

Keith,  J.M., King,  J.A., Grant P.W., Cole, A.J., Klett, B.M., Miskioglu,  I., “Tensile Properties of Carbon Filled Liquid Crystal Polymer Composites,” Polymer Composites, Vol. 29, No. 1, pp. 15‐21, April 2009. 

Purcek, G., Bacaksiz, E., and Miskioglu, I., “Structure and Nanomechanical Properties of CdTe Thin Films,” Journal of Material Processing Technology, Vol. 198, No. 1‐3, pp. 202‐206, March 2008. 

King, J.A., Keith, J.M, Glenn Jr., O.L., Miskioglu, I., Cole, A.J., McLaughlin, S.R., and Pagel, R.M., “Synergistic Effects of Carbon Filled on Tensile and Flexural Properties  in Liquid‐Crystal Polymer Based Resins,” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 108, No. 3, pp. 1657‐1666, March 2008.  

King,  J.A., Miskioglu,  I., Wright‐Charlesworth, D.D., Van Karsen, C.D., “Nano‐Scratch Testing of Short Carbon Fiber Composites  to Assess Fiber Adhesion”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, No. 1, 328‐335, 2007. 

Baker, K.C., Drelich, J., Miskioglu, I., Israel, R., Herkowitz, H.N., “Effect of Polyethyelene Pretreatments on the Biomimetic Deposition and Adhesion of Calcium Phosphate Films”, Acta Biomaterialia, Vol. 3, No. 3, 391‐401, May 2007. 

Peers, W.J., Wright‐Charlesworth, D.D., Miskioglu, I., “Pin‐on‐Disc Evaluations of Self‐Reinforced Composite Poly (Methyl Methacrylate) for Total Hip Replacements”, Journal of Biomedical Materials Research: Part B—Applied Biomaterials, Vol. 79B, No. 1, 16‐24, March 2006. 

Altan, B.S., Purcek, G., and Miskioglu, I., "An Upper Bound Analysis for Equal‐Channel Angular Extrusion," Journal of Material Processing Technology, Vol. 168, No. 1, pp. 137‐146, September 2005. 

Miskioglu, I., Altan, B.S., Patil, A., Purcek, G., "Mechanical Properties of Severely Deformed ZA‐27 Alloy using Equal‐channel Angular Extrusion," Materials Science and Technology, Vol. 21, No. 9, pp. 1044‐1048, September 2005.  

Wright‐Charlesworth, D.D., Miller, D.M., Miskioglu,  I., King,  J.A.,    "Nanoindentation  of  Injection Molded  PLA  and  Self‐Reinforced Composite PLA After in Vitro Conditioning," Journal of Biomedical Materials Research Part A, Vol. 74A, No. 3, pp. 388‐396, July 2005. 

Meng, D., and Allen, J., “Micro– and Nanofluidics for Energy Conversion,” IEEE Nanotechnology Magazine, Vol. 2, No. 4, pp. 19‐23, December 2009. 

Zhang, H., Subhash, G., and Maiti, S., “Local Heating and Viscosity Drop during Shear Band Evolution in Bulk Metallic Glasses under Quasistatic Loading,” Journal of Applied Physics,  102, 043519, 2007. Nominated for publication  in Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology, Vol. 16, No. 11, 2007. 

Yao,  S.,  Subhash,  G.,  and  Maiti,  S.,  “Nanoindentation  Response  of  Diatom  Frustules,”  Journal  of  Nanoscience  and Nanotechnology, Vol. 7, No. 12, pp. 4465‐4472, December 2007. 

 

Page 75: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

75

MSS Graduate Students 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Walczak, Karl  Friedrich, Craig R.  Immobilizing Bacteriorhodopsin on a Single Electron Transistor  2009 

Griep, Mark  Friedrich, Craig R.  Quantum Dot / Optical Protein Bio‐Nano Hybrid System Biosensing 

2008 

Anton, Christopher  Friedrich, Craig R.  Photolithography Based Patterning of Bacteriorhodopsin Films  2008 

An, Libao  Friedrich, Craig R.  Real‐time Electrical Characterization of Carbon Nanotube Deposition onto Electrode Gaps by Dielectrophoresis 

2007 

Arcand, Benjamin  Friedrich, Craig R.  An Active Surgical Positioning Device for a Cochlear Implant Electrode Array 

2005 

Page 76: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

76

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Patel, Mehulkumar  Friedrich, Craig R.  Fixture Design and Evaluation for a Cochlear Implant Insertion Tool 

2007 

Tewari, Radheshyam  Friedrich, Craig R.  Force Characterization and Rigidity Analysis of a Monolithic Cochlear Prosthesis Actuator 

2007 

Kulkarni, Abhay  Friedrich, Craig R.  A Multi‐Chambered Monolithic Actuated Cochlear Prosthesis Insertion Tool 

2006 

Nagar, Nishit  Friedrich, Craig R.  Development of Electrokinetic Micro‐Pump for an Actuated Cochlear Prosthesis Insertion Tool 

2006 

Baker, Erin  Friedrich, Craig R.  Micro‐Electrode Fabrication and Ion Implantation by Focused Ion Beam Machining 

2005 

Thomas, Sudip  Friedrich, Craig R.  Focused Ion Beam System Characterization for Rates of Material Removal in Silicon 

2005 

Gugale, Shaileshkumar 

Friedrich, Craig R.  A Monolithic Actuated Cochlear Prosthesis Insertion Tool  2005 

Shyamsunder, Sudeep 

Friedrich, Craig R.  An Electrokinetic Pumping System for a Cochlear Implant Insertion Tool 

2004 

Puranik, Anand  Parker, Gordon G.   Course Work  2008 

Gan, Jing Voon  Parker, Gordon G.  

Blough, Jason R.  

Actuator Characterization and Design Improvement  2004 

Page 77: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

77

T he Space Systems Research group is creating innova‐

tive electric propulsion systems to make space travel 

more feasible, efficient and economical.  These sys‐

tems have a higher potential exhaust velocity than their 

chemical counterparts and require less fuel to reach orbit.  

The Space Systems Research group is home to the Ion Space 

Propulsion Laboratory, where the group designed and built 

the first bismuth‐fueled Hall‐Effect thruster demonstrated 

outside of the Soviet Union.  Work continues toward a full 

bismuth system.  The Space Systems group also addresses 

the immediate challenge of integrating plasma propulsion 

systems into existing satellite technology.  The group is devel‐

oping methods and devices to improve real‐time perform‐

ance; they are building micro‐thrusters using electron emitter 

arrays with self‐regenerating nanotips, solving the problem 

of nanotip degradation and allowing an extended system 

lifetime.  Researchers are also creating methods to identify 

and mitigate common issues associated with electric propul‐

sion, with projects that investigate refractory powder metal‐

lurgy, thruster thermal modeling, magnetic field topology, 

electron trapping, and sputter erosion. The Space Systems 

research group intends to expand their research expertise 

and build a foundation of experimentalists in altitude control 

technology, robotics, chemical propulsion, power systems, 

lightweight structures, and astrodynamics. The Space Sys‐

tems group is poised to shape the future of space explora‐

tion. 

Current research highlights:  Optimal Orbit Design  for Ground Surveillance Missions Us‐ing Genetic Algorithms The problem of visiting a given set of locations on the surface of Earth within a given time frame is considered.  Solutions  to  this  problem  in  literature  require thrusters  to  continuously maneuver  the  satellite  from  one location to another. A natural solution is a set of orbit(s) that enables  the  spacecraft  to  satisfy  the mission  requirements without the use of propulsion. Optimization of a penalty func‐tion is performed to find natural solutions. This penalty func‐tion depends on  the mission objectives, which  in  this  study are assumed to be: maximum observation time for each loca‐

tion  and  maximum  resolution.  The  penalty  function  poses multi minima  and  a Genetic Algorithm  technique  is  used  to solve  this problem.  In  the  case  that  there  is no  single orbit satisfying  the mission  requirements,  then  a multi‐orbit  solu‐tion  is proposed.  In  a multi‐orbit  solution,  the  set of  target sites is split into two groups. Then the developed algorithm is used to search for a natural solution for each group. The sat‐ellite has to be maneuvered between the two solution orbits. A  new  formulation  is  developed  to  solve  the  general  orbit transfer  problem  using  Genetic  Algorithms.  The  developed formulation guarantees  that  the  satellite will be  transferred exactly  to  the  final orbit even  if  the solution  is non‐optimal. Results demonstrated  the  feasibility of  finding natural  solu‐tions for many case studies.  Spacecraft  Interaction  Studies  for  a  20‐kW  Bismuth‐fueled Hall Thruster:   As part of the Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers L. Brad King received a five‐year, $500,000 grant to continue his research on high‐powered ion propulsion  engines  which  someday  could  be  used  for manned space missions to Mars.  Ion propulsion engines cur‐rently  rely  on  xenon  gas  for  fuel.  However,  xenon’s  price tag—about $3,200 a pound—gives new meaning to the cliché “skyrocketing  energy  costs.”  In  his  state‐of  the‐art  lab  at Michigan Tech, King is experimenting with an alternative fuel that could slash the cost of  ion propulsion. Bismuth, a brittle white metal, goes for about $3.60 a pound and is much easier to  handle  and  store.  He  has  developed  the  critical  system that enables bismuth to be used as a propellant—something that could greatly reduce the cost of space travel.  Self‐regenerating Nanotips  as  Indestructible  Field Emission Cathodes  for Low‐power Electric Propulsion: Field‐emission cathodes  have  recently  received  much  interest  for  use  as zero‐flow “cold” electron emitters  for  sub‐100‐W EP Thrust‐ers.   Field emission cathodes rely on Fowler‐Nordheim emis‐sion  from very sharp  (10‐nm‐radius) electrode  tips.   The  life‐time of microfabricated field emitters  is, so far, incompatible with EP applications.  Because of the fragility of the nanome‐ter‐sized  tips,  the structures are susceptible  to damage  that blunts the tip and destroys the device  functionality.   Recent efforts  have  attempted  to  extend  lifetime  by  reducing  tip wear.   The goal of research  is to develop field‐emission cath‐

(Continued on page 78)

Space Systems Research  

Page 78: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

78

odes for use in EP that solve the tip degradation problem not through attempts to minimize tip wear, but instead by  incor‐porating self‐assembling nanostructures  that can  repeatedly re‐generate damaged emitter tips.   The proposed structures are  created  by  forming  an  ion‐emitting  Taylor  cone  from  a low‐melting‐temperature liquid metal in a method identical to a FEEP thruster.  Studies have shown that if the ion emission current  is  extinguished by  cooling  and quenching  the  liquid metal, a nanometer‐scale protrusion forms at the apex of the cone.   By  reversing  the polarity of  the extraction electrode, the  now‐solidified  Taylor  cone/protrusion  structure  exhibits stable Fowler‐Nordheim emission of the electrons.  The tech‐nique provides a mechanism  to heal damaged or destroyed emitters:  by  re‐melting  the  cone  and  repeating  the  ion‐emission/quenching cycle, the functionality of the cathode  is restored.  Work proposed here will examine the fundamental operating  characteristics  of  quenched  liquid‐metal‐ion sources  operated  as  cathodes  in  environments  representa‐tive  of  EP  thrusters.  Architectures  to  be  examined  include cones formed on single needle emitters, on the ends of micro‐machined  capillaries  fabricated  from  bulk  metal,  and  on metal‐coated macroporous silicon.  Nanosatellite  for  Space  Situational  Awareness:  Michigan Tech’s  Enterprise  curriculum  for  undergraduate  design  will develop  a  nanosatellite  in  a  balanced  research  and  educa‐tional program.  Undergraduates organized into a 50‐member virtual business,  the proposed effort will develop and  fabri‐cate a  flight‐quality vehicle  for  space  situational awareness.  Working  closely  with  industry  partner  Raytheon,  the  team will  integrate  a psce  sensor  suite, delivered by Raytheon at no cost, capable of tracking, ranging, and  imaging space tar‐gets from a three‐axis stabilized nanosatellite platform.  Sen‐sor  capabilities will  be  evaluated  by  tracking  1)  a  nanosta‐deployed  imaging  target, 2)  the primary  launch vehicle pay‐load, 3) in‐space targets of opportunity such as satellites, the Space Shuttle  and the ISS, and 4) ground‐launched targets of 

opportunity to evaluate plume tracking ability.

(Continued from page 77)

PhD students in the Ion Space Propulsion Laboratory. 

Page 79: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

79

Ion Space Propulsion  The  ISP Lab has the capability for ground‐testing of gaseous propellant  Electric  Propulsion  (EP)  systems  (Xenon/Krypton Facility)  with  available  diagnostics  to  measure  several thruster parameters such as  thrust, specific  impulse, electri‐cal efficiency and discharge oscillation.   A second chamber was completed in the summer of 2004 for dedicated studies of advanced propellants (Condensable Pro‐pellant  Facility).  The  new  ground‐test  facility  is  specifically designed to evaluate EP thrusters operating on condensable propellants such as iodine, cadmium, bismuth, indium and tin.  A third facility was completed in the winter of 2008 for stud‐ies  of  liquid metal  ion  sources  and  field  emission  electron sources. The Ultra‐high Vacuum facility is capable of achieving a base pressure of 1E‐11 Torr.  The entire facility is a unique laboratory capable of evaluating either  gaseous  or  condensable  propellant  EP  systems with power levels up to 20 kW.  Xenon/Krypton Facility  The centerpiece of the Xenon/Krypton laboratory is a 2‐meter‐diameter  by  4‐meter‐long  space  simulation  chamber  for ground‐testing flight‐scale ion propulsion systems.  The chamber is evacuated to ultimate pressure using two 48‐inch diameter liquid nitrogen‐assisted liquid helium cryogenic vacuum pumps.  With the cryopumps the chamber can achieve a vacuum bet‐ter than 1E‐6 Torr (equivalent to 0.000000001 atmosphere or comparable  to  the  space  shuttle  environment)  and  remove propellant gas emitted by the thruster at a speed of 60,000 L/s. The facility also utilizes a mechanical vacuum pump to back the cryopump.  The facility is equipped with a NASA‐Glenn‐style inverted pen‐dulum thrust measurement stand (shown to the left), a dedi‐cated gaseous mass  flow control system  for propellant sup‐ply, cooling water, power supplies and a comprehensive com‐puter  controlled data acquisition  system. With  the available diagnostics,  thruster parameters  such as  thrust,  specific  im‐pulse,  electrical  efficiency,  and  discharge  oscillation  can  be readily measured.  Condensable Propellant  A  second  space  simulation  vacuum  chamber  facility  is dedi‐cated to the study of advanced propellants. Construction for the  condensable propellant  facility began  in  the  summer of 2003  and was  completed  in  2004.  The  condensable  propel‐lant facility adds the capability of handling a variety of propel‐lants including iodine, cadmium, bismuth, indium and tin.  The new chamber utilizes three magnetically levitated turbo‐molecular pumps with pumping speeds of 2,000 L/s each for 

a robust, oil‐free space environment simulation. The chamber will include a custom designed thruster beam stop to capture and pump the exhausted propellant to allow for large propel‐lant  flow  rates while  still maintaining  a  space‐like  environ‐ment.  In order to study the potential for contamination and metalli‐zation  of  surrounding  components,  a  remotely  controlled diagnostic manipulation  system was  constructed  in  the  ex‐haust plume of the thrusters. The system is capable of 1‐m by 1.5‐m  linear  translation  on  two  axes  as well  as  rotation  for motion control of assets during testing.  Remotely  controlled  motion  tables  are  shown  to  the  left. They  are  installed  in  both  the  Xenon  Test  Facility  and  Con‐densable Propellant Facility and are capable of  rotation and translation on two axes for various plume diagnostics.   The facility  is capable of operating thrusters with power  lev‐els up to 20 kW and thruster performance measurements will be made possible  through  instrumentation  shared between the Condensable Propellants Facility and  the Xenon/Krypton Facility.   Nanosat Assembly Lab  The Michigan Tech Aerospace Enterprise maintains a labora‐tory for fabrication and testing of 30‐kg‐class nanosatellites. Capabilities include complete CAD/CAM/CAE machining, PCB fabrication, and clean assembly. Past projects include the design and construction of HuskySat, a spacecraft designed to perform passive L‐band radiometry for a NASA‐GSFC mis‐sion to document soil moisture. Currently the lab is the home for project Oculus, which will achieve high‐resolution imaging and characterization of resident space objects  Ultra‐High Vacuum  A UHV vacuum facility was added to the Isp lab to research liquid metal ion sources and field emission electron sources.  The facility was designed in the fall of 2007 and completed in the winter of 2008.  The chamber is roughly 0.5‐meter‐diameter by 0.5‐meter‐long and is capable of pressures as low as 1E‐11 Torr.  The chamber  is evacuated using a single 300  l/s magnetically levitated  turbomolecular pump  that  is backed by a  110  l/min dry scroll pump.  The tank is also equipped with a 300 l/s ion‐sublimation  combination  pump  to  reach  ultra‐high  vac‐uum.   With  the  addition  of  the  titanium  sublimation  pump (TSP)  to  the  ion pump, higher pumping speeds are possible due to the TSP pump’s ability to handle getterable gases. An  additional  component  to  the UHV  facility  is  a  trinocular stereo microscope.  The microscope has an optical magnifica‐tion  up  to  90x  and  is  equipped  with  a  color  digital  cam‐era.   The camera provides the ability to perform in situ  imag‐ing,  as well  as  the  ability  to  record  video  directly  through USB2.0. 

Space Systems Research Laboratory Facilities 

Page 80: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

80

Research Highlights  *  

Optimal N‐Impulse Orbit Transfers Using Genetic Algorithms 

Optimal Orbit Design for Remote Sensing Missions Using Genetic Algorithms 

Spacecraft Formation Flying Navigation and Control 

Spacecraft Orbit Maintenance 

Satellite Constellation Design for Earth Observation Missions 

Two‐Way Orbits, It is possible to build Two‐way constellations that have simultaneously, two spacecraft passing over the same point with tangent ground tracks 

SSR Faculty 

Ossama Abdelkhalik  Assistant Professor  PhD, Texas A & M University  Space Systems Research 

Areas of interest include:   Space mechanics,   Space craft dynamics 

Research Highlights    

Jeff  Allen is an experimentalist interested in the study of two‐phase flow in capillary systems; such as found in  the gas flow  channels  and diffusion media of PEM  fuel  cells.   The behavior of  liquid water  in  the  internal passages of Proton Exchange  Membrane  (PEM)  fuel  cells,  a  class  of  low  temperature  fuel  cells,  presents  a  serious  challenge  to  the development of reliable and efficient power units.  The factors which influence capillary flow are well established (contact angle, geometry and surface tension), but the behavior of gas‐liquid flows subject to capillary phenomena in the complex, manifolding  passages  of  PEM  fuel  cells  is  not  fully  understood.   Other  active  research  involves  investigations  of  the stability of  evaporating  and  condensing  liquid  films, microfluidic  systems  such  as  lab‐on‐a‐chip, microfluidic diagnostic development, design and optimization of micro‐fuel reformers, and low‐gravity fluid dynamics.  

  

*  Research funding and publication information for all faculty in the Space Systems ResearchGroup 

starts on page 83. 

Areas of interest include:  Capillary flow,    Interfacial transport phenomena,  Fuel cells,   Phase‐change heat transfer,  Microgravity fluid physics 

Jeffrey S. Allen Associate Professor  PhD University of Dayton Advanced Power Systems    Research Center,  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Page 81: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

81

Research Highlights    

Dr. King is an experimentalist interested in studying electric space propulsion systems, including  Hall‐effect thrusters, ion engines, and arcjets. By utilizing strong electromagnetic  forces  to accelerate an  ionized plasma propellant, electric thrusters  take advantage of on‐orbit solar power generation  to enjoy significant  fuel savings over  traditional chemical rockets. King's research experience in the broader field of plasma physics includes such diverse subjects as the design of the  in‐situ  electrostatic    probes,  ion‐energy  analysis  and  time‐of‐flight mass  spectrometry,  Doppler  laser  cooling  of trapped ions, optical flow diagnostics, and antimatter confinement. 

SSR Faculty 

Lyon (Brad) King  Associate Professor  PhD, University of Michigan 

Director, Space Systems Research 

Areas of interest include:   Space propulsion, Plasma physics, Optical fluid diagnostics 

Gregory M. Odegard  Assistant Professor  PhD, University of Denver Mechanics of Multi‐Scale Materials  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Space Systems  

Areas of interest include:  Mechanics of materials, Materials science 

Research Highlights  

Theoretical and Computational Mechanics  

Computational Chemistry 

Multi‐Scale Computational and Experimental Mechanics 

Biological Materials 

Multifunctional Materials 

Page 82: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

82

Gordon G. Parker  John and Cathi Drake Professor of     

Mechanical Engineering 

Director of Research  PhD, State University of New York  Advanced Power System  Research 

Center 

Space Systems Research Group 

Areas of interest include:  Nonlinear controls,  Mechatronics and dynamics 

Research Highlights       

Dr.  Parker  specializes  in  control  system  design  and  methods  for  correlating  nonlinear  dynamic  models  to experimental       data. An emerging area of research is the utilization of inter‐spacecraft Coulomb forces for both position and attitude control. This has applications from spacecraft formation flying to active “virtual” structures that are highly reconfigurable and robust to individual spacecraft failure.  Spacecraft force coupling and the nonlinear electrostatic force behavior provide a variety of interesting technical challenges from nonlinear control to optimal formation design.  

Similar research topic areas such as, nonlinear control, system simulation, nonlinear system parameter identification and optimization, are present  in most of his ongoing projects. Examples  include active  control of diesel engine after‐treatment  systems, at‐sea  ship  crane  control, and hydraulic  system parameter  identification. Another  research area  is focused on increasing robot‐based, flexible material throughput for manufacturing applications. The system dynamics of the part are exploited, in conjunction with vision‐based trajectory optimization, to minimize maneuver time.  

SSR Faculty 

Page 83: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

83

ME‐EM Research Projects through June 2009 

Space Systems Group 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Abdelkhalik, Ossama ‐ PI Advanced Technical Solutions 

Gmbh $27,539  Proposal Preparation For A Space Mission Design 

Abdelkhalik, Ossama ‐ PI 

University of Michigan—Michigan Universities           

Commercialization Initiative (MUCI) 

$20,622 Autonomous Non‐GPS Auto Navigation System: Initial Analysis for a Proposed Non‐GPS Navigation System for Ground Vehicles 

King, Lyon ‐ PI  National Science Foundation  $610,443 CAREER: Electron Fluid Dynamics in a Hall‐effect Accelerator: Using Fundamental Research to Enhance Education and Technology 

King, Lyon ‐ PI Air Force Office of Scientific 

Research $603,000  PECASE: High‐Power Hall Thrusters Using Condensable Metal Propellants 

King, Lyon ‐ PI  National Science Foundation  $600,000  CAREER: Electron Mobility in a Hall‐effect Accelerator 

King, Lyon ‐ PI  US Dept of Defense  $472,859 PECASE:  Spacecraft Interaction Studies of a 20‐kW Bismuth‐Fueled Hall Thruster 

King, Lyon ‐ PI  US Dept of Defense  $324,667 Self‐Regenerating Nanotips: Indestructible Field‐Emission Cathodes for Low‐Power Electric Propulsion 

King, Lyon ‐ PI  US Dept of Defense  $151,069  Microplasma Device Characterization Facility 

King, Lyon ‐ PI Air Force Office of Scientific 

Research $149,000  Nanosatellite Technology Demonstrator 

King, Lyon ‐ PI  US Department of Defense  $145,410  A Nanosatellite for Space Situational Awareness 

King, Lyon ‐ PI  US Department of Defense  $134,958  A Nanosatellite Calibration Target for Attitude and Shape Recognition 

King, Lyon ‐ PI Air Force Office of Scientific 

Research $67,479 

A Nanosatellite Calibration Target for Attitude and Shape Recognition Models 

King, Lyon ‐ PI  ERC, Inc  $29,268  FRC Translation Experiments for Space Propulsion 

King, Lyon ‐ PI  National Science Foundation  $10,000  Collaborative Research: I/UCRC in Space Power and Propulsion 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $6,400  MISNER: Aerospace Enterprise CanSat Development 

Massey, Dean ‐ PI                                                        King, Lyon ‐ Co‐PI  

University of Michigan Space Grant Consortium 

$5,500  Experimental Investigation of High Power Bismuth Thrusters 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $5,000  High Altitude Glider Telecommunications and Power 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $3,900  Aerospace Enterprise Nanosatellite Design 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $2,500 

SNOES ‐ Self Navigating Optics Enhancement System CanSat Project ‐ Aerospace Enterprise 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $2,500  Metal Nanotip Formation in Zero Gravity 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $2,500 

Fabrication and Testing of Regenerable Field Emitter Tips for Electric Propulsion 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $2,500  An Investigation of Model Characteristics of an Inflatable Space Station 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $2,500  Design of Device for Electromagnetic Lunar Dust Removal 

King, Lyon ‐ PI 

Meyer, Edmond ‐ Co‐PI 

University of Michigan Space Grant Consortium 

$2,500  Electromagnetic Lunar Dust Removal 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $2,500  Design of High Altitude Glider Using Composite Materials 

King, Lyon ‐ PI University of Michigan Space 

Grant Consortium $2,500  High Altitude Glider 

Page 84: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

84

SSR Publications 

Abdelkhalik, O., Mortari, D., “On The N‐Impulse Orbit Transfer Using Genetic Algorithms”, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 44, No 2, March‐April 2007. 

Abdelkhalik, O., Mortari, D., “Orbit Design  for Ground Surveillance Missions Using Genetic Algorithms”,  Journal of Guidance Dynamics and Control, Vol. 29, No 3, Sep. 2006. 

Abdelkhalik, O., Mortari, D., “On The Two‐Way Orbits”, Journal of Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, Vol. 94, No 4, pp 399‐410, April 2006. 

Abdelkhalik, O., Mortari, D., “Space Surveillance Using Star Trackers, Orbit Estimation”,  16th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, AAS 06‐232, Tampa, FL, January 22‐26, 2006. 

Abdelkhalik,  O.,  Mortari,  D.,  “Satellite  Constellation  Design  for  Earth  Observation”,  15th  AAS/AIAA  Space  Flight Mechanics Meeting, Copper Mountain, Colorado, January 23‐27, 2005. 

Abdelkhalik, O., Alberts, T., “Interval Control of Formations  in Eccentric Orbits”,   AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Maui, Hawaii, February 8‐12, 2004. 

Abdelkhalik, O., Nairouz, N., Weaver, T., Newman, B., “MicroMaps Space Mission Analysis and Design”,  Journal of Space Mission Architecture,  pp 61‐100, Fall 2003. 

Allen, J.S., Son, S.Y., and Collicott, S.J., "Chapter 46. PEMFC Flow‐Field Design for Improved Water Management", chapter in Handbook of Fuel Cells, Volume 5, Prof. Wolf Vielstich, Dr. Hubert A. Gasteiger and Dr. Harumi Yokokawa, eds., John Wiley & Sons, 2009.  

Allen, J.S., Son, S.Y., and Collicott, S.H., “Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) flow‐field design for improved water management,” in Handbook of Fuel Cells: Advances in Electrocatalysis, Materials, Diagnostics and Durability, Vol. 5 & 6, Vielstich, W., Gasteiger H.A., and Yokokawa, H. (eds.). John Wiley & Sons Ltd., Chichester, UK, pp. 768‐698, 2009. 

Parikh, N., Allen, J.S., Yassar, R.S., “Effect of Deformation of Electrical Properties of Carbon Fibers used in Gas Diffusion Layer of Proton Exchange Membrane Fuel Cells,”  Journal of Power Sources, Vol. 139, No. 2, pp. 766‐768, September 2009. 

Medici, E., and Allen, J.S., “Existence of the Phase Drainage Diagram in PEM Fuel Cell Fibrous Diffusion Media,” Journal of Power Sources, Vol. 191, No. 2, pp. 417‐427, June 2009. 

Fultz, D.W., and Allen, J.S., “Visualization of Pressure in Microchannels,” Journal of Heat Transfer, Vol. 130, No. 8, 080907 (1 page), August 2008. 

Hernandez, J. and Allen, J.S., "Visualization and Tracking of Spontaneous Liquid‐Liquid Slug Flow in Microchannels", Journal of Heat Transfer, Vol. 129, pp. 937, 2007. 

Herescu, A., and Allen, J.S., "A Theoretical Investigation of an Electric‐Field‐Driven Menisci Micro‐Pump",  Journal of Fluids Engineering, Vol. 129, pp. 404‐411, 2007. 

Som, S.M., Kimball, J.T., Hermanson, J.C.,  and Allen, J.S.,  “Stability and Heat Transfer Characteristics of Unsteady Condensing and Evaporating Films”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 1927‐1937, 2007. 

Allen, J.S., and Herescu, A., “A Theoretical Discussion of a Menisci Micropump driven by an Electric Field,” Journal of Fluids Engineering, Vol. 129, No. 4, 8 pages, April 2007. 

Allen, J.S.,  “Two‐Phase Flow in Small Channels and the Implications for PEM Fuel Cell Operation” ECS Transactions, Vol. 3, No. 1, pp. 1197‐1206, 2006. 

Wee, S‐K, Kihm, K.D., Pratt, D.M. and Allen, J.S.,  “Micro‐Scale Heat and Mass Transport of Evaporating Thin Film of Binary Mixture”, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 20, No. 2, pp. 320‐326, 2006. 

Sommerville, J.D., King, L.B., Chiu, Y.H., and Dressler, R.A., “Ion‐Collision Emission Excitation Cross Sections for Xenon Electric Thruster Plasmas,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 24, No. 4, pp. 880‐888, 2008. 

Fossum, E.C., and King, L.B., “An Electron Trap for Studying Cross‐Field Mobility in Hall Thrusters,” IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 36, No. 5, pp. 2088‐2094, October 2008. 

Makela, J.M., Massey, D.R., and King, L.B., "Bismuth Hollow Cathode  for Hall Thrusters,”  Journal of Propulsion and Power, Vol. 24, No. 1, pp. 142‐146, 2008. 

Kieckhafer, A.W., Massey, D., and King, L.B., “Performance of a 2‐kW Hall Thruster with Segmented Anodes”,  Journal of Propulsion and Power, Vol. 23, No. 4, pp. 821‐827, 2007. 

King,  L.B., Massey,  D.,  Kieckhafer,  A.W.,  "Performance  and  Active  Thermal  Control  of  a  2‐kW  Hall  Thruster with Segmented Electrodes ," AIAA Journal of Propulsion and Power, Vol. 23, No. 4, pp. 821‐827, July 2007.  

 

Page 85: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

85

SSR Publications 

Kieckhafer,  A.W.,  and  King,  L.B.,  “Energetics  of  propellant  options  for  high‐power  Hall  thrusters”,  Journal  of Propulsion and Power, Vol. 23, No. 1, 21‐25, Jan‐Feb 2007. 

Fossum,  E.C.  and  King,  L.B.,  “Cross‐field  mobility  in  a  Pure  Electron  Plasma”,  Problems  of  Atomic  Sciences  and Technology, Series: Plasma Physics, Vol. 12, No. 6, pp. 219‐221, 2006. 

King, L.B., Parker, G., Schaub, Hanspeter, "Challenges and Prospects of Coulomb Satellite Formation Control," The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 52, No 1‐2, pp. 169‐193, 2004.  

Meng, D., and Allen, J., “Micro– and Nanofluidics for Energy Conversion,” IEEE Nanotechnology Magazine, Vol. 2, No. 4, pp. 19‐23, December 2009. 

Odegard, G.M., Gates, T.S., Su, X., Abdi, F., Herring, H.M., "Facesheet Delamination of Composite Sandwich Materials at Cryogenic Temperatures," Composites Science and Technology, Vol. 66, No. 14, pp. 2423‐2435, November 2006. 

Odegard,  G.M.,  and Gates,  T.S.,  "Modeling  and  Testing  of  a Graphite Nanoplatelet/Epoxy  Composite,"  Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 17, No. 3, pp. 239‐246, March 2006.  

Natarajan, A., Schaub, H., and Parker, G., “Reconfiguration of a Nadir‐Pointing 2‐Craft Coulomb Tether,” Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 60, No. 6, pp. 209‐218, June 2007. 

Parker, G., Schaub, H., Natarajan, A., and King, L., “Coulomb Force Virtual Space Structures,” Acta Futura, Vol. 2, pp. 39‐44, 2007. 

Parker, G., Schaub, H., Natarajan, A., and King, L., “Coulomb Force Virtual Space Structures,” European Space Agency Special Publication, ESA SP 633, pp. 39‐44, 2007. 

Page 86: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

86

SSR Graduate Students 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Sommerville, Jason  King, Lyon Bradley  Hall‐Effect Thruster‐Cathode Coupling: The Effect of Cathode Position and Magnetic Field Topology 

2009 

Massey, Dean  King, Lyon Bradley  Development of a Direct Evaporation Bismuth Hall Thruster  2008 

Kieckhafer, Alexander 

King, Lyon Bradley  The Effect of Segmented Anodes on the Performance and Plume of a Hall Thruster 

2007 

Page 87: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

87

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Sommerville, Jason  King, Lyon Bradley  Emission Cross Sections for Neutral Xenon Impacted by Xe + and Xe 2+ 

2006 

Farmer, Mary  Parker, Gordon King, Lyon Bradley 

Oculus Attitude Control System  2008 

Page 88: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

88

Page 89: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

89

C ollaborative  research  at  the  interface of  engineering disciplines such as dynamics, vibration, acoustics, sig‐nal  processing,  molecular  biology,  and  controls.  

These disciplines are becoming  increasingly more  important die to advances in nanotechnology, higher machinery speeds, demanding  operational  loads,  compact  and  lightweight  de‐signs, and new engineered materials.   Experimental work  is evolving very  rapidly with  the advent of high‐speed proces‐sors,  signal  processing  and  embedded  control  processors, smart sensors and actuators. This area can be viewed as inter‐disciplinary since  it  includes  the elements of many branches of engineering and the physical sciences.  Current research  focuses on  the need  for quieter, more reli‐able and  safer products, machines and equipment.    In addi‐tion  to mechanical systems and structures, dynamic analysis is  important  in  electrical, biological  and  aerospace  systems.  Fundamental research is needed to address the technological and  societal  issues  faced  by  modern  dynamic,  vibration, acoustic  and  controls  engineers  and  practitioners  to  fully exploit synergies in the use of these technologies.  Current research highlights: The Effect of Torque Converter Design Parameters on Noise and Cavitation Characteristics  The  behavior  of  noise  generation  and  characterization  of noise in torque converters under a range of speed rations will be  investigated  in  the multi‐year project. The University has developed  both  an  experimental  approach  to  determining the  onset  of  cavitation  in  torque  converters  and  the  data processing and empirical modeling methods to predict cavita‐tion behavior in torque converters at stall conditions in previ‐ously funded research with General Motors. This project aims to expand this work to also include various speed ratios. The University  will  utilize  their  existing  torque  converter  dyna‐mometer  testing  cell  to  acquire  noise  data  over  a  range  a speed  ratios  using  nearfield microphones.  The microphone data will  be  analyzed  using  similar methods  as  used  in  the previous stall  testing. This data analysis  includes digital high pass  filtering,  calculation  of  the  RMS  values  of  the  filtered signal,  and  a  method  which  determines  where  there  is  a change  in behavior of the RMS signal through an analysis of the slope of these values squared when plotted versus RPM. The University will develop  a  standard  test  to determine  at what  speed  ration  cavitation  disappears.  The  approach will 

include  the  development  of  a  set  of  test  conditions which mimics  the  loading  that  a  torque  converter  undergoes  on vehicle  launch that can be run efficiently on a dynamometer system. Test conditions will include a range of input tempera‐tures and charge pressures as well as  input torques. The de‐veloped  tests will be used  to characterize  the caviation and noise  generation  of  torque  converters  during  speed  ratio testing. An assortment of torque converters will be evaluated to understand how design variables affect the cavitation be‐havior.  This  assortment  of  torque  converters  may  include different  stator design, pump designs,  turbine designs,  and various torque geometries. This assortment may also  include competitor's  products.  The  acquired  experimental  data will be used to attempt to generate an understanding of the ef‐fect of various design variable on  the converter speed  ratio cavitation  performance.  A  dimensional  analysis will  also  be investigated  which  may  provide  an  empirical  relationship between  these  design  parameters  and  the  cavitation  per‐formance.   

Design and Dynamic Systems Research 

Page 90: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

90

System  Identification  of Hydrostatic  Transmission  for  Pen‐dulation Control System Implementation and Simulation US Navy ship cranes are used for at‐sea cargo transfer between ships for both military and humanitarian needs. Operation  in rough seas can cause large payload motion (+/‐ 5m) in a short amount of time (30 seconds). Dr. Gordon Parker and his stu‐dents are developing nonlinear control strategies  for cranes that  reduce  these hazardous payload motions  through  ship motion compensation and active swing damping. Eventually, this will  facilitate cargo  transfer between ships while under‐way in extreme weather conditions.  RTR‐GPS Evaluation for Crane and Payload Motion Tracking:  Evaluate and  implement the use of RTK based GPS for track‐ing the dynamic position of the payload relative to the crane 

tip of  a  shipboard based  crane,  using both  a  crane  tip GPS unit as the RTK base and a stationary GPS unit on the ship’s deck.   The development of payload control  technology of a real‐time,  multi‐tasking  control  system  for  payload  swing suppression  using  sensors  ranging  from macro mechanical devices to MEMS rate gyros.  

DDS Research Laboratory Facilities 

Intelligent Systems and Control Laboratory  The main activities carried out in the Intelligent Systems and Control Lab (ISCL) are validating models and testing new con‐trol strategies. A variety of data acquisition and control system rapid prototyping platforms (dSPACE, xPCTarget, National Instruments) are available to accommodate most mechatron‐ics applications. Supporting these activities is a large inventory of both off‐the‐shelf signal conditioning systems and electrical instrumentation fabrication equipment for custom signal con‐ditioning applications. A variety of fixtures, including servo‐controlled DC motors, pressure transducers, LVDTs, piezo‐actuator amplifiers, and encoders are also available for simulat‐ing both external disturbances and providing inputs to con‐trolled systems. Several small testbeds are available for dem‐onstrating both linear and nonlinear estimation and control strategies. The testbeds can be roughly classified as linear mo‐tion, rotary motion, electromagnetic levitation, and liquid flow. An Adept xxx, with direct links to external control software, is equipped for robot trajectory generation experiments using both internal measurements and an integrated, externally‐mounted machine vision system.  The lab hosts a medium‐sized Stewart Platform (250 lb capac‐ity, 10 inch leg displacement) to support a variety of experi‐ments from simulated ship excitation to satellite control sys‐tem testing. A DC motor driven, 1/20th scale version of a US Navy ship crane is available as a platform to test new ship mo‐tion canceling control strategies and novel "add‐on" devices to improve at‐sea, ship‐to‐ship cargo transfer.  A reinforced, ceiling mount system (500 lb capacity) is available for simulating free‐free boundary conditions of test specimens. This has specific application to actively controlled structures. A laboratory‐grade, 4 meter, DC motor controlled gantry can be 

ceiling mounted to impart horizontal motion to suspended devices with specific application to flexible body control.  

Dynamic Systems Laboratory   

Isolated  testbeds  for  controlled excitation and operating condition vibration testing. 

M/B Electrodynamic and MTS servo‑hydraulic shaker sys‐tems. 

HP3565, 30 channel data acquisition with LMS (3.5) meas‐urement software. 

HP700 workstations (5) using LMS (3.5) measurement and analysis software and MATLAB. 

Portable data acquisition using Sony DAT (8‑channel) and TEAC VHS (16‑channel). 

Force and motion transducers from PCB Piezotronics 

Polytec laser vibrometer. 

Unholtz‑Dickey 1700 lbf electrodynamic shaker 

HP35670, HP35665, HP35660 dynamic signal analyzers. 

Ф1dB Symphonie Systems for real time noise and vibration measurement. 

16 channel SCADAS III Data Acquisition System 

LMS Test. Lab 

LMS Virtual. Lab 

Binaural Recording System, Head Acoustics   

48 channel VXI data acquisition system  

112  Channel  Larson  Davis  DDS  (mobile)  data  acquisition system  

High precisions Differential RTK enabled GPS w/20 Hz up‐date rate for dynamics and position measurement 

Page 91: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

91

Noise Control and Sound Quality Laboratories   

Anechoic Chamber  (8'x8'x10')  interconnected with a Reverberant Chamber (8'x10'x12'), permits studies of material absorption/transmission, product sound and sound quality. 

Sound  Quality  Workstations  (LMS  and  SDRC),  net‐worked,  permit  generation,  assessment,  simulation and  modification  of  product  sound.  Sound  Quality Listening Area permits jury investigations. 

Laser Doppler Velocimeter coupled with Workstation, permits remote measurement and post processing of surface velocity and vibrational energy  flow  through structures. 

Silicon Graphics  “indigo” Workstations  (5)  for  class‐room  and  research  assessment  of  sound  quality. These  units  are  licensed  to  carry  the  full  array  of SDRC‑IDEAS Sound Quality and Test software. 

Bruel & Kjaer sound intensity measurements systems (3)  for  evaluating  acoustical  energy  flow  from  con‐sumer products. 

Full  array  of  portable  sound  level meters,  vibration transducers, amplifiers and 2‑channel Fourier Analyz‐ers  for evaluation of product sound, vibration, noise path and intensity. 

Shared  Access  to  the  Dynamic  Systems  Laboratory permits  source  identification,  analysis  and modifica‐tion. 

Crane control in the Intelligent Systems and Control Laboratory 

Page 92: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

92

DDS Faculty 

Research Highlights  *  

Optimal N‐Impulse Orbit Transfers Using Genetic Algorithms 

Optimal Orbit Design for Remote Sensing Missions Using Genetic Algorithms 

Spacecraft Formation Flying Navigation and Control 

Spacecraft Orbit Maintenance 

Satellite Constellation Design for Earth Observation Missions 

Two‐Way Orbits, It is possible to build Two‐way constellations that have simultaneously, two spacecraft passing over the same point with tangent ground tracks 

Ossama Abdelkhalik  Assistant Professor  PhD, Texas A & M University  Space Systems Research 

Areas of interest include:   Space mechanics,   Space craft dynamics 

Research Highlights   

Dr. Beard's research includes design for manufacturing in two areas. He is investigating the influence of  manufacturing variation  on  the  response  of  planar  and  three‐dimensional mechanisms.    He  has  examined  the    influence  of  design parameters on  the wear  rates of gerotor  types, and developed a pump  that demonstrates    the potential  for decreased wear  rates  and manufacturing  cost. Vehicle  suspension  systems  are being modeled    to determine  the  influence of  the kinematic parameters on the tire/road interactions.  In this way, the impact of manufacturing and assembly variation on the vehicle  performance may  be  assessed.  The model  can  be  used  as  a  design  tool  to  develop  a  suspension  system with improved handling  characteristics and decreased production  costs. Beard  is Faculty Advisor  for Challenge‐X,  the hybrid vehicle  design  competition  sponsored  by  GM  and  DOE.    He  advised  the  team  that  designed  and  built  a  power‐split transmission  for  the Future Truck Competition and was  the 2002 NSF Faculty Advisor of  the Year. Beard  is applying his manufacturing experience in tool‐and‐die design, forming, turning, and grinding to teach effective design in manufacturing for preliminary design courses as well as capstone design courses. The creative teaching process  in the capstone design courses produced three patents. 

*  Research  funding  and  publication  information  for  all  faculty  in  the  Design  and  Dynamic 

Systems Group starts on page 97. 

John E. Beard  Associate Professor  PhD, Purdue University  Advanced Power Systems Research 

Center  

Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:  Design of mechanical systems,  Hybrid electric powertrains,  Biomedical engineering,         Manufacturing 

Page 93: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

93

Jason R. Blough  Associate Professor  PhD, University of Cincinnati  Director, Design/Dynamics Area 

Advanced Power Systems Research Center 

 Multi‐Scale Sensors and Systems  

Areas of interest include:   Vibrations,   Unique instrumentation/data            

acquisition,   Digital signal processing,   Noise control 

Research Highlights  

Dr. Blough's research includes dynamic measurement problems, developing new digital signal processing algorithms to understand NVH type problems and ways to  improve the NVH characteristics of virtually any machine.   He has made measurements on items as small as individual turbine blades to items as large as 45m diameter radio telescopes and many machines  in between  including automobiles, snowmobiles, M1  tanks,  locomotives, and appliances.   He has worked on automotive  and  snowmobile  powertrains  and  other  vehicle  components  to  make  them  quieter.  Currently,  he  is researching the implementation of active noise control systems in passenger vehicles. 

Dr. Blough developed order  tracking  algorithms  for processing data on  rotating machinery  that  are  commercially licensed. Additional digital signal processing projects have included Kalman Filter development for a specific automotive application and Sound and Vibration Quality Jury and metric studies. 

Dr. Blough is well versed in nearly all experimental NVH techniques including Modal Analysis, Transfer Path Analysis, Time‐Frequency analysis, etc. He routinely teaches many of these techniques in the classroom and industry short courses.  He also has experience in FEA and multi‐body dynamics modeling. 

DDS Faculty 

Bo Chen  Assistant Professor  PhD, University of California‐Davis Multidisciplinary Engineered    Dynamic Systems  

Areas of interest include:  Mechatronic and embedded          sys‐tems,   

Agent technology,  Distributed control systems,   Intelligent transportation               sys‐tems 

Research Highlights  

Distributed adaptive and cooperative mechatronic and  embedded systems  

Mobile agent and multi‐agent systems 

Real‐time control systems 

Web‐based systems 

Computer‐aided design and analysis 

Intelligent vehicle and transportation systems 

Page 94: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

94

DDS Faculty 

Research Highlights   

Dr. De Clerck spent 18 years in the automotive industry before joining Michigan Technological University in 2008. His areas of expertise  include noise and vibration,  structural dynamics, modal analysis, model validation,  inverse methods applied to design, and advanced measurement techniques.  

James De Clerck  Professor of Practice  PhD, Michigan Technological 

University 

NVH Enterprise Faculty Advisor 

Areas of interest include:   Space mechanics,   Space craft dynamics 

Research Highlights  

In recent years, Dr. Lumsdaine's  interests have been  in how to enhance  learning,  innovation, engineering design, quality, and teamwork in academia and industry. He has developed and taught contextual heat transfer, as well as math review  and NVH  (noise,  vibration,  and harshness)  courses  in  industry. As  a management  consultant  for  Ford Motor Company, he has been heavily  involved  in the development of the C3P education and training program, heading up a coalition  of  several Michigan  universities  and  colleges  participating  in  the  program.  His work  in  heat  transfer  has focused on alternative energy sources and machines. To facilitate technology transfer and economic development, he has developed a practical course in entrepreneurship and effective problem solving needed for business startup. 

Edward Lumsdaine  Professor  DSc, New Mexico State University 

Engineering Education Innovation  

Areas of interest include:   Engineering education,  High‐tech training,  Noise and vibrations,  Heat transfer,   Entrepreneurship 

Page 95: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

95

DDS Faculty 

Gordon G. Parker  John and Cathi Drake Professor of     

Mechanical Engineering 

Director of Research  PhD, State University of New York  Advanced Power System  Research 

Center 

Space Systems Research Group 

Areas of interest include:  Nonlinear controls,  Mechatronics and dynamics 

Research Highlights       

Dr.  Parker  specializes  in  control  system  design  and  methods  for  correlating  nonlinear  dynamic  models  to experimental       data. An emerging area of research is the utilization of inter‐spacecraft Coulomb forces for both position and attitude control. This has applications from spacecraft formation flying to active “virtual” structures that are highly reconfigurable and robust to individual spacecraft failure.  Spacecraft force coupling and the nonlinear electrostatic force behavior provide a variety of interesting technical challenges from nonlinear control to optimal formation design.  

Similar research topic areas such as, nonlinear control, system simulation, nonlinear system parameter identification and optimization, are present  in most of his ongoing projects. Examples  include active  control of diesel engine after‐treatment  systems, at‐sea  ship  crane  control, and hydraulic  system parameter  identification. Another  research area  is focused on increasing robot‐based, flexible material throughput for manufacturing applications. The system dynamics of the part are exploited, in conjunction with vision‐based trajectory optimization, to minimize maneuver time.  

Chris E. Passerello  Professor  PhD, University of Cincinnati 

Areas of interest include:  Dynamic, Vibrations,  Finite elements 

Research Highlights       

Estimating rigid body properties from force and acceleration measurements 

Dynamics of cable systems 

Page 96: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

96

DDS Faculty 

Research Highlights     Dr. Rao's areas of expertise include automotive noise, vibration, and harshness (NVH), damping of materials and joints, 

development of innovative concepts of damping enhancements for vibration control using viscoelastic damping materials, and    noise  control.  He  received  the  NASA  New  Technology  Award  in  1990  from  NASA‐Marshall  Space  Flight  Center, Huntsville, Alabama,  for  his  research  on  the  damping  of  composite materials  of  the Hubble  Space  Telescope. He  also 

Mohan D. Rao  Associate Professor  PhD, Auburn University  Advanced Power Systems         

Research Center  

Areas of interest include: Acoustics,  Vibrations,  Noise control,  Damping,  Auditory science 

Research Highlights    

Chuck Van Karsen has been a member of the Department of Mechanical Engineering since August 1987. Prior to that he had a twelve year career as a practicing engineer in the Machine Tool, Automotive, and Software industries. 

He specializes in Experimental Vibro‐Acoustics, NVH, and Structural Dynamics. His research efforts have concentrated on  experimental  noise  and  vibration methods  related  to  automotive  systems  and  subsystems,  large  home  appliances, machine tools, and off‐highway equipment.  

Van Karsen regularly presents seminars and short courses on Experimental Modal Analysis, Digital Signal Processing, Acoustic Measurements and Sound Quality, and Source‐Path‐Receiver methods. 

At  Michigan  Tech  Van  Karsen  teaches  Mechanical  Vibrations,  Experimental  Vibro‐Acoustics,  Analytical  and Experimental Modal Analysis, Mechanical Engineering Laboratory, and Controls.  

Charles D. Van Karsen  Associate Professor MSME, University of Cincinnati 

Associate Chair and Director of      Undergraduate Studies 

Advanced Power Systems Research Center 

Engineering Education Innovation  

Areas of interest include:  Vibration,  Model analysis, and  Acoustics 

Page 97: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

97

ME‐EM Research Projects through June 2009 Design and Dynamic Systems (DDS) Group 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Bettig, Bernhard P. ‐ PI  ThermoAnalyitics, Inc  $25,829  RadTherm/iSIGHT Integration ‐ Installation and User Applications 

Blough, Jason ‐ PI                                 Parker, Gordon ‐ Co‐PI 

Jorge Scientific Corp  $410,834  RTK‐GPS Evaluation for Crane and Payload Motion Tracking 

Blough, Jason ‐ PI                  Rao, Mohan ‐ Co‐PI 

Ford Motor Co Inc  $156,264 Optimization of P/T Mounting System for Steady State Drive Conditions 2006 

Blough, Jason ‐ PI 

Rao, Mohan ‐ Co‐PI Robert Bosch Corp  $101,739 

Enterprise: (NVH) Development of an Automated Monitoring and Calibration System for Microphones in a Dynamometer Cell 

Blough, Jason ‐ PI International Snowmobile           

Manufacturing Assoc $96,600 

Understanding the Ground and Environmental Effects of Snowmobile Noise for SAEJ192 

Blough, Jason ‐ PI  Polaris Industries Inc  $60,000 Characterization of Seat & Handlebar Vibration of ATV's & Snowmobiles 

Blough, Jason ‐ PI  PCB Piezotronics  $43,000  Larson Davis DSS Labview VI & NVH Course Development 

Blough, Jason ‐ PI  Polaris Industries Inc  $10,000  Snowmobile Powertrain Transfer Path Analysis 

Blough, Jason ‐ PI  Autoliv Corp  $6,500  Autoliv NVH Short Course  

Blough, Jason ‐ PI  Polaris Industries Inc  $4,900  Characterization of Elastomer Snowmobile Powertrain Mounts 

Blough, Jason ‐ PI 

Parker, Gordon ‐ Co‐PI Autoliv North America  $4,667  Various Sponsors: Steering Wheel Natural Frequency Testing 

Blough, Jason ‐ PI 

Van Karsen, Charles ‐ Co‐PI Verso Paper  $3,200  Vibration Analysis of Chip Cracker 

Blough, Jason ‐ PI  Polaris Industries Inc  $2,450  Elastomer Characterization of Snowmobile Powertrain Mounts 

Camelio, Jamie ‐ PI 

Sutherland, John ‐ Co‐PI Schneider National Inc  $41,000 

Application of Control Theory Principles to Improve the Performance of a Dynamic Trucking Network 

Camelio, Jamie ‐ PI  Michigan Technological University  $9,000 REF ‐ Mentoring Grant ‐ Dr. Camelio (mentee) & Dr. Ceglarek (mentor) 

Chen, Bo ‐ PI  University of Michigan  $15,600 Initial Analysis for a Semi‐Active Vibration Damping System for Spacecraft in Launch Vehicles 

Chen, Bo ‐ PI  Michigan Technological University  $10,000 REF‐MG: Establish Mentoring Relationship between Dr. Chen (Mentee) and Dr. Tomizuka (Mentor) 

Chen, Bo ‐ PI  Michigan Technological University  $9,500 REF‐RS: Immune‐Inspired Design Methodology for Building Autonomous Structural Health Monitoring Systems 

Parker, Gordon ‐ PI  BMT Designers & Planners Inc  $205,827 System Identification of Hydrostatic Transmission for Pendulation Control System Implementation & Simulation 

Pandit, Sudhakar ‐ PI  Kimberly‐Clark Corp  $195,236  KIMBE ‐‐ Data Dependent Systems Joint Engineering Project 

Parker, Gordon ‐ PI                                                                    Blough, Jason ‐ Co‐PI 

Anonymous  $192,000  CONFIDENTIAL (Per Clause 16) 

Parker, Gordon ‐ PI 

Blough, Jason ‐ Co‐PI BMT Designers & Planners Inc  $181,112 

Crane Pendulation Control System Development and Demonstration 

Parker, Gordon ‐ PI 

Blough, Jason ‐ Co‐PI Office of Naval Research  $165,616  High Capacity At‐Sea Transfer of Materials, etc. 

Parker, Gordon ‐ PI  Craft Engineering Associates Inc  $159,101  Development of a Ship‐Launched Aerial Delivery System 

Parker, Gordon ‐ PI  NSWC Carderock  $97,910  Development of a Hydraulic Pump Internal State Measurement 

Parker, Gordon ‐ PI  National Science Foundation  $87,800 Graduate Research Fellowship Program (awarded to Rebecca Petteys) 

Page 98: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

98

ME‐EM Research Projects through June 2009 Design and Dynamic Systems (MEDS) Group 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Parker, Gordon ‐ PI  BMT Designers & Planners Inc  $85,158  Crane Test Bed Development 

Parker, Gordon ‐ PI  Caterpillar, Inc  $29,855 Development and Application of Correlation Processes for Caterpillar’s Machining Simulation Models 

Parker, Gordon ‐ PI  Intelligent Automation, Inc.  $23,000  Synchronization Control of Ship Rendezvous Operations 

Parker, Gordon ‐ PI                                                                    Craft Engineering Associates Inc  $22,999  Simulation of Motion Control during Cargo Transfer Operations 

Parker, Gordon ‐ PI                                                                    Craft Engineering Associates Inc  $22,999  Simulation of Aerial Delivery of Cargo from Ship to Shore 

Parker, Gordon ‐ PI  Sandia National Laboratories  $20,000  Switch Bounce Modeling and Control 

Parker, Gordon ‐ PI  BMT Designers & Planners Inc  $9,713  Crane Pendulation Control System Specification Development 

Rao, Mohan ‐ PI                                   Volvo Construction Equipment 

Korea $108,522 

Enterprise: NVH Enterprise ‐ Study and Reduction of Interior Noise in Volvo 210 Excavator Cab ‐ Phase II 

Rao, Mohan ‐ PI South Florida Water Management 

District $60,161 

Test‐Bench Assessment of the Uncertainty of Radial Velocities Measured by a Broad‐band Acoustic Doppler Current Profiler 

Rao, Mohan ‐ PI                                    Blough, Jason ‐ Co‐PI 

Caterpillar Inc  $54,452 Development & Validation of Sound Package Treatments to Reduce Noise From Caterpillar Engines 

Rao, Mohan ‐ PI                                   Volvo Construction Equipment 

Korea $54,261 

Enterprise: NVH Enterprise ‐ Study and Reduction of Interior Noise in Volvo Excavators 

Barkdoll, Brian ‐ PI 

Rao, Mohan ‐ Co‐PI 

South Florida Water Management District 

$49,916  Erosion Reduction by Air Entrainment Phase 1 

Rao, Mohan ‐ PI                                    John Deere Co  $43,585 Correlation of Finite Element and Test Models for Thin Sheet Metal Structures 

Rao, Mohan ‐ PI  Caterpillar Inc  $35,006 Development of a Hybrid Statistical Energy Analysis (SEA) Model of a Truck Cab Interior 

Rao, Mohan ‐ PI                                    Battelle  $30,289 Development of a Robust Speech Metric Based on Biaural Speech Perception 

Rao, Mohan ‐ PI                                    John Deere Co  $25,600 Measurement of Acoustic Absorption of Crass Surfaces Using the In‐Situ Method 

Rao, Mohan ‐ PI 

Van Karsen, Charles ‐ Co‐PI Xerox Corp  $16,921  Dynamic and Acoustic Model of a Solid Ink Printer Mechanism 

Van Karsen, Charles ‐ PI  Briggs & Stratton Corp  $60,800  AVS Engine Noise Identification 

Van Karsen, Charles ‐ PI 

Parker, Gordon ‐ Co‐PI 

Rao, Mohan ‐ Co‐PI 

Whirlpool Corp  $50,000  Development of a Compliant Floor Test Stand 

Van Karsen, Charles ‐ PI  Whirlpool Corp  $37,500  Sound and Vibration of a Prototype Dryer 

Van Karsen, Charles ‐ PI  University of Massachusetts Lowell  $36,242 Multi‐semester Interwoven Project for Teaching Basic Core Stem Material Critical to Solving Dynamic Systems Problems 

Van Karsen, Charles ‐ PI  Whirlpool Corp  $35,595 Sound and Vibration Characterization of Pro Laundry Fabric Care Machines 

Van Karsen, Charles ‐ PI  Whirlpool Corp  $22,000 Field Test‐Operational Parameters Data Collection System: Phase 1 

Van Karsen, Charles ‐ PI  Caterpillar, Inc  $18,500  CB‐534D Vibratory Asphalt Compactor Cab Noise Reduction 

Youn, Byeng Dong ‐ PI  Battelle  $65,067 Uncertainty Data Acquisition & Integration of Response Surface Method to Statistics‐Based Analysis & Design Methodology in Distributed Environment 

Youn, Byeng Dong ‐ PI General Motors Research and       

Development Center $32,301 

Non‐Deterministic Engineering Design Optimization for a Passenger Restraint System 

Page 99: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

99

DDS Publications 

Abdelkhalik, O. and Mortari, D., “On The N‐Impulse Orbit Transfer Using Genetic Algorithms”, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 44, No 2, March‐April 2007. 

Abdelkhalik, O. and Mortari, D., “Orbit Design for Ground Surveillance Missions Using Genetic Algorithms”, Journal of Guidance Dynamics and Control, Vol. 29, No 3, Sep. 2006. 

Abdelkhalik, O. and Mortari, D., “On The Two‐Way Orbits”, Journal of Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, Vol. 94, No 4, pp 399‐410, April 2006. 

Abdelkhalik, O.  and Mortari, D.,  “Space  Surveillance Using  Star  Trackers, Orbit  Estimation”,  16th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, AAS 06‐232, Tampa, FL, January 22‐26, 2006. 

Abdelkhalik, O. and Mortari, D., “Satellite Constellation Design  for Earth Observation”,  15th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Copper Mountain, Colorado, January 23‐27, 2005. 

Abdelkhalik, O. and Alberts, T., “Interval Control of Formations in Eccentric Orbits”,  AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Maui, Hawaii, February 8‐12, 2004. 

Abdelkhalik, O., Nairouz, N., Weaver, T., Newman, B., “MicroMaps Space Mission Analysis and Design”,  Journal of Space Mission Architecture,  pp 61‐100, Fall 2003. 

Robinette, D., Anderson, C., Blough J.R., and Johnson, M,, “Characterizing the Effect of Automotive Torque Con‐verter Design Parameters on the Onset of Cavitation at Stall,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Me‐chanical Systems. (SAE Noise and Vibration Conference, Saint Charles, IL, May 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐2231.) 

Beard, J., Weinmann, K.J., and Emblom, W.J., “Strains Generated  In Selected Regions  for an  Intelligent Die During Stamp Forming,” Transactions of the NAMRI/SME, Vol. 37, May 2009. 

Manor,   N., Anderson, J., Beard, J., “Design and Development of the 2003 Michigan Tech Futuretruck, a Parallel Hy‐brid Electric Vehicle,” SAE Publication, No. 2003‐01‐1257. 

Wright, D.D., Beard, J.E., Nelson, D.A.,  Michigan Tech University,  In: Enderle JD and Hallowell B, editors.  NSF 2002 Engineering Senior Design Projects  to Aid Persons with Disabilities. Mansfield Center, CT: Creative Learning Press, 2003. 

Dilworth, B. and Blough, J.R., “Implementation of the Time Variant Discrete Fourier Transform as a Real‐Time Order Tracking Method,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. (SAE Noise and Vibration Conference, Saint Charles, IL, May 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐2213.) 

Londhe, N., Blough, J.R., and Rao, M., “Evaluation of Electro‐acoustic Techniques for In‐Situ Measurement of Acous‐tic Absorption Coefficient of Grass and Artificial Turf Surfaces,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. (SAE Noise and Vibration Conference, Saint Charles, IL, May 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐2225.) 

 Van Karsen, J., Blough, J.R., Ge, T., Johnson, D, and Rao, M., “Estimation of Powertrain Inertia Properties via an In‐situ Method,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. (SAE Noise and Vibration Con‐ference, Saint Charles, IL, May 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐2410.) 

Blough, J., Naber J., Frankowski, D., Goble Monroe, Szpytman, J.E., “Analysis of Combustion Knock Metrics in Spark‐Ignition Engines,” SAE 2006 Transactions Journal of Engines, Document Number: 2006‐01‐0400, April 2006. 

Chen, B., “Enhancing Control Systems Learning Experience with an Interactive Software Environment,” Computer Education Journal (China), Vol. 7, pp. 47‐51, April 2009. 

Chen, B., Cheng, H.H., and Palen, J., “Integrating Mobile Agent Technology with Multi‐Agent Systems for Distributed Traffic Detection and Management System,” Transportation Research Part C: Emerging Technologies, Vol. 17, No. 1, pp. 1‐10, February 2009. 

Chen, B., Linz, D.D. and Cheng, H.H., “XML‐Based Agent Communication, Migration and Computation in Mobile Agent Systems,” Journal of Systems and Software, Vol. 81, No. 8, pp. 1364‐1376, August 2008. 

Chen, B., Cheng, H.H., and Palen, J., “Mobile‐C: A Mobile Agent Platform for Mobile C/C++ Agents,” Software‐Practice & Experience, Vol. 36, No. 15, pp. 1711‐1733, December 2006. 

Wang, Z., Chen, B., Cheng, H.H., Shaw, B., Palen, J., and Feng, P., “Noise Rejection Using Variable‐height Timing Win‐dow Technique for Pulse Signals with Variable S/N Ratio,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 55, No. 2, pp. 666‐674, April 2006. 

Chen, B., and Cheng, H.H., “Interpretive OpenGL for Computer Graphics,” Computers & Graphics, Vol. 29, No. 3, pp. 331‐339, June 2005. 

Yu, Q., Chen, B., Cheng, H.H., “Web‐based Control System Design and Analysis,” IEEE Control Systems Magazine, Vol. 24, No 3, pp. 45‐57, 2004. 

 

Page 100: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

100

DDS Publications 

Zhu, Y., Chen, B., and Cheng, H.H., “An Object‐based Software Package  for  Interactive Control System Design and Analysis,” ASME Journal of Computing and Information Science in Engineering, Vol. 3, No. 4, pp. 366‐371, 2003. 

Wang, Z., Chen, B., Cheng, H.H., Shaw, B., and Palen, J., “Performance Analysis for Design of a High‐precision Elec‐tronic Opto‐mechanical System  for Vehicle Delineation Detection on Highway,” ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 125, No. 4, pp. 802‐808, 2003. 

De  Clerck  and Doerr,  “Application of  Statistical Model Validation  to  a  Truck  Frame,”  Proceedings of the 2006 SAE World Congress & Exhibition, SAE Paper No. 2006‐01‐0281, Detroit, MI, 2006.  

De Clerck, Doerr, Muresan, and Tu, “Application of a Statistical Model Validation Approach to a Sheet Metal Stamp‐ing,” Proceedings of the Twenty‐fourth IMAC Conference, St. Louis, MO, 2006. 

Avitabile, Tsuji, O’Callahan, and De Clerck, “Reallocation of System Mass and Stiffness for Achieving Target Specifica‐tions using a Superelement/Substructuring Methodology,”  International Journal of Vehicle Noise and Vibration, Vol. 1, No. 3/4, 2005. 

Avitabile, Tsuji, O’Callahan, and De Clerck, “Reallocation of System Mass and Stiffness for Achieving Target Specifica‐tion,” International Journal of Vehicle Noise and Vibration, Vol. 1, No. 1/2, 2004. 

Avitabile, Tsuji, O’Callahan, and De Clerck, “Reallocation of System Mass and Stiffness for Achieving Target Specifica‐tions using a Superelement/Substructuring Methodology,” Proceedings of the Twenty‐second IMAC Conference, Dear‐born, MI, 2004.  

Dexter, M., Evensen, H.A., Van Karsen, C.D., Blough, J.R., “Extraction/Filtration of Transients Embedded in Stationary Signals Using Wavelets: Focus on Extraction of Frequency Response Functions,” 1999 SAE Noise and Vibration Confer‐ence, Traverse City, pp. 1335‐1344., May 1999. 

Soine, D.E., Evensen, H.A., Van Karsen, C.D.,  "Threshold Level as an Index of Squeak and Rattle Performance", 1999 SAE Noise and Vibration Conference, Traverse City, pp. 599‐604, May 1999. 

Singh, N.,  Johnson,  J.H., Parker, G.G., and Yang, S.‐L., “Vehicle Engine After‐treatment System Simulation  (VEASS) Model: Application to a Controls Design Strategy for Active Regeneration of a Catalyzed Particulate Filter,” SAE 2005 Transactions Journal of Fuels and Lubricants, SAE Paper No. 2005‐01‐0970, April 2009. 

Lumsdaine, E. and Binks, M.,  “Entrepreneurship from Creativity to Innovation”, Trafford Publishing, Canada 2006, 2007, 206 pages.  

Lumsdaine, E. and Binks, M., “Keep on Moving! Entrepreneurial Creativity and Effective Problem Solving”, McGraw‐Hill Higher Education, 2003. 

Lumsdaine, E., Lumsdaine, M., and Shelnutt, J.W., “Creative Problem Solving and Engineering Design”, McGraw‐Hill, 1999. 

Lumsdaine, E. and Lumsdaine, M., "Prerequisites for Organizational Innovation," Chapter 2 in Break‐Out Creativity (Rick Crandall, ed.), Select Press, 1998. 

Lumsdaine, E., and Lumsdaine, M., “Creative Problem Solving: Thinking Skills for a Changing World”, McGraw‐Hill, 1995. 

Lumsdaine, M. and Lumsdaine, E., "Thinking Preferences of Engineering Students: Implications for Curriculum Re‐structuring," Journal of Engineering Education, Vol. 84, No. 2, pp. 193‐204, April 1995. 

Miers, S.A., Barna, G., Anderson, C.L., Blough, J.R., Inal, K., Ciatti, S.A., "A Wireless  Microwave Telemetry Data Trans‐fer Technique for Reciprocating and Rotating Components", ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, GTP‐06‐1228, Vol.130, Issue 2, 2007. 

Miller, M.H., Perrault, J.A., Parker, G.G., Bettig, B.P., and Bifano, T.G., “Simple Models for Piston‐Type Micromirrror Behavior,” Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 16, pp. 303‐313, January 2006. 

Miskioglu,  I., Van Karsen, C.D., Wright‐Charlesworth, D.D., King, J.A., "Nano‐Scratch Testing of Short Carbon Fiber Composites to Assess Fiber Adhesion," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, No. 1, pp. 328 ‐ 335, 2007. 

King, J.A., Miskioglu, I., Charlesworth, D.D., Van Karsen, C.D., “Nanoscratch Testing to Assess the Fiber Adhesion of Short‐Carbon‐Fiber Composites,” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, pp. 328‐335, 2007. 

Polonowski, C., Naber, J., and Blough, J.R., “Accelerometer Based Sensing of Combustion in a High Speed HPCR Die‐sel Engine,” SAE 2007 Transactions – Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. (SAE World Congress, Detroit, MI, April 2007, SAE Paper #: 2007‐01‐0972.) 

Devarakonda, M., Parker, G., Johnson, J.J., Strots, V., and Santhanam, S., “Model –Based Estimation and Control Sys‐tem Development in Urea‐SCR Aftertreatment System,” SAE International Journal of Fuels and Lubricants, Vol. 1, No. 1, pp. 646‐661, April 2009. 

Page 101: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

101

DDS Publications 

Bleck, J.C., Epp, D.S., Sumali, H., and Parker, G.G., “A Simple Learning Control to Eliminate RE‐MEMS Switch Bounce,”  Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 18, No. 2, pp. 458‐465, April 2009. 

Parker, G., Schaub, H. Natarajan, A., and King, L., “Coulomb Force Virtual Space Structures,” Acta Futura, No. 2, pp. 39‐44, 2007.  

Parker, G., Schaub, H., Natarajan, A., and King, L., “Coulomb Force Virtual Space Structures,” European Space Agency Special Publication, ESA SP 633, pp. 39‐44, 2007. 

Natarajan, A., Schaub, H., and Parker, G., “Reconfiguration of a Nadir‐Pointing 2‐Craft Coulomb Tether,” Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 60, No. 6, pp. 209‐218, June 2007. 

Schaub, H., Parker, G.G., and King, L.B.,   “Challenges and Prospects of Coulomb Spacecraft Formation Flying,” The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 52, No. 1‐2, 169‐193, 2004. 

Chen, W., Buehler, M., Parker, G.G., and Bettig, B.,   “Optimal Sensor Design and Control of Piezoelectric Laminate Beams,” IEEE Transactions on Control System Technology, Vol. 12, No. 1, 148‐155, 2004. 

Dhaliwal, A., Parker, G.G. and Blough, J.R.,  “Active Structural Acoustic Control of Road Noise in a Passenger Vehicle,” International Journal of Vehicle Autonomous Systems, Vol. 2, 168‐188, 2004. 

Passerello, C.E., Lychuk, W.M., Bradley, S.A., Vilmann, C R., and Lee, C., "Stress and Deformation Modeling of Multiple Rotary Combustion Engine Trochoid Housing," SAE International Congress and Exposition, Detroit, 1986. 

Passerello, C. and Huston, R.L., "Finite Element Methods: An Introduction," Published by Marcel Dekker, 1984.  

Passerello,C. and Huston, R.L., "The Human Body Dynamics: Impact, Occupational and Athletic Aspects," Book Chap‐ter in Mechanics of Some Human Body Motions, Section X Chapter 1, Oxford University Press, Editor, D.N. Ghista, 1981 

Passerello, C.E. and Huston, R.L., "Multi‐body Structural Dynamics Including Translation Between the Bodies," Com‐puters and Structures, Vol. 12,  No. 5, pp. 713‐720, 1980. 

Passerello, C.E. and Huston, R.L., "Nonholonomic Systems with Non‐Linear Constraint Equations," International Jour‐nal of Non‐Linear Mechanics, Vol. 11, No. 5, pp. 331‐336, 1976. 

Passerello, C., Huston, R.L., Harlow, M.W., and Winget, J.M., "The UCIN Three Dimensional Aircraft Occupant Mul‐tisegment Model," Aircraft Crashworthiness, K. Saczalski, et. al. editors, University Press of Virginia, 311.  

Londhe, N., Rao, M.D., and Blough, J.R., “Application of the ISO 13472‐1 in situ technique for measuring the acoustic absorption coefficient of grass and artificial turf surfaces,” Applied Acoustics, Vol. 70, No. 1, pp. 129‐141, January 2009. 

Holt, J.R., Rao, M.D., Blough, J.R., and Gruenberg, S., “Time History Based Excitation in the Dynamic Characterization of Automotive Elastomers,” Journal of Automobile Engineering, Vol. 221, No.3, Part D, pp. 271‐284, 2007 

Dreyer, J., Rao, M.D., and Pandit, S.M., “Estimation of Sound Absorption of Three‐dimensional Treatments Based on Impedance Tube Measurements,” Noise Control Engineering Journal, Vol. 55, No. 5, pp. 466‐475, September 2007. 

Qu, R., Patankar, R., and Rao, M.D., “Stochastic Modeling of Fatigue Crack Propagation by Collective Motion of Dislo‐cations”, International Journal of Fatigue, Vol. 29, No. 1, pp. 181‐191, January 2007. 

Qu, R. Patankar, R., and Rao, M.D., “A Third Order State‐Space model of Fatigue Crack Growth”, Fatigue & Fracture of Engineering Materials and Structures, Vol. 29, No. 12, pp. 1045‐1055, December 2006. 

Rao, M.D., and Letowski, T., “Callsign Acquisition Test (CAT): Speech Intelligibility in Noise”, Ear and Hearing Journal, Vol. 27, No. 2, pp. 120‐128, April 2006. 

Rao, M.D., Hao, M.,  "Vibration  and Damping Analysis of  a  Sandwich Beam  Containing  a  Viscoelastic  Constraining Layer ," Journal of Composite Materials, Vol. 39, No. 18, pp. 1621‐1643, September 2005.  

Mattson, S., Van Karsen, C.D., Blough, J.R., Schiefer, M., "Design and Performance of a Gas Actuated  Impact Ham‐mer", 18th International Modal Analysis Conference, San Antonio, pp. 1466‐1469, February 2000. 

Kurmaniak, C.V., Van Karsen, C.D., Kelley, W.R., “Application of Indirect Force Estimation Techniques to the Automo‐tive Transfer Case,” 1999 SAE Noise and Vibration Conference, Traverse City, pp. 861‐870,May 1999.  

Page 102: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

102

DDS Graduate Students 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Dreyer, Jason  Pandit, Sudhakar M. Rao, Mohan D.  

Binaural Index for Speech Intelligibility via Bivariate Autoregressive Models 

2009 

Zhu, Liangtao  Parker, Gordon G.   Adaptive Control of Sinusoidal Brushless DC Motor Actuators  2008 

Devarakonda, Maruthi 

Parker, Gordon G.   Dynamic Modeling, Simulation and Development of Model‐Based Control Strategies in a Urea‐SCR Aftertreatment System in Heavy‐Duty Diesel Engines 

2008 

Tang, Jiping  Parker, Gordon G.   Input Shaping Vibration Control for Nonminimum Phase Systems 

2007 

Shi, Zhiru  Parker, Gordon G.   Dynamic Modeling, Simulation and Parameter Identification of a Hydrostatic Transmission with Application to Crane System Characterization 

2006 

Chen, Wei  Parker, Gordon G.   Simultaneous Optimization of Smart Structures  2004 

Deaton, Larry  Rao, Mohan D.   Investigations into the Causes and Methods of Reducing Airflow Induced Buffeting Over Vehicle Rear Windows 

2006 

Hao, Min  Rao, Mohan D.   Vibration Analysis of Constrained Layered Beams with Multiple Damping Layers 

2005 

Qu, Rong  Rao, Mohan D.   Health Monitoring, Diagnostics and Prognostics of Mechanical Systems 

2005 

Page 103: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

103

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Walber, Chad  Blough, Jason R.   Course Work  2009 

Waisanen, Andrew  Blough, Jason R.   The Application of Experimental Transfer Path Analysis to the Identification of Vehicle Sensitivity to Tire Cavity Resonance 

2009 

Abraham, Adam  Blough, Jason R.    Development and Validation of a Non‐Contact Crane Payload Swing Sensor 

2008 

VanKarsen, Jeffrey  Blough, Jason R.   Sensitivity Analysis and User Interface Development of In‐Situ Method Estimation of Powertrain Inertia Properties 

2007 

Dilworth, Brandon  Blough, Jason R.   Implementation of the Time Variant Discrete Fourier Transform as a Real‐Time Order Tracking Method 

2006 

Keske, Justin  Blough, Jason R.   Characterization of Human Vibration Exposure from the Operator Interfaces of Snowmobiles and All Terrain Vehicles 

2005 

Vengala, Prasanth  Blough, Jason R.   A Study of Active Noise and Vibration Control Using Filtered Reference Gradient Adaptive Lattice Algorithm 

2005 

Suckow, Albert  Evensen, Harold A.   Unstructured Surface Mesh Generation through Point Cloud Interpolation 

2006 

Dreyer, Jason  Pandit, Sudhakar M.  Rao, Mohan D. 

Estimation of Low‐Frequency Sound Absorption of Three‐Dimensional Treatments Based on Impedance Tube Measurements 

2007 

Dasgupta, Saurabh  Parker, Gordon G.   Course Work  2008 

Graziano, Michael  Parker, Gordon G.   Reducing Crane Payload Swing Using a Rider Block Tagline Control System 

2007 

Bulgakov, Konstantin 

Parker, Gordon G.   Design of a Scale Model Electric Crane  2006 

Tang, Jiping  Parker, Gordon G.   Residual Vibration Reduction for Nonminimum Phase Systems Using an Input Shaping Approach 

2006 

Sharma, Arunandan  Parker, Gordon G.   Genetic Algorithm based Command Shaping approach for Rapid Repositioning of Flexible Payload 

2005 

Jimenez, Hugo  Parker, Gordon G.  Blough, Jason R.  

Unattended Ground Sensor Application Using Consumer‐Off‐The‐Shelf (COTS) Hardware and Software 

2005 

Jost, Britta  Parker, Gordon G.   Application of the Approximation and Model Management Optimization (AMMO) Framework to Parameter Identification Problems 

2004 

Korpela, Kurt  Passerello, Chris E.   Course Work  2005 

Granstrom, Jonathan 

Sodano, Henry A.   Smart Polymers for Use in Power Harvesting, Noise Control and Self Healing Applications 

2008 

Page 104: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

104

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Kshirsagar, Ketan  Rao, Mohan D.   Modeling, Design and Validation of an Exhaust Muffler for a Commercial Telehandler 

2008 

Gujarathi, Rohit  Rao, Mohan D.   Application of Statistical Energy Analysis for Modeling Interior Noise in Off‐Highway Trucks 

2008 

Poradek, Francis  Rao, Mohan D.   Study and Reduction of Noise Transmission from the Volvo EC 210 Excavator 

2007 

Jangale, Ashish  Rao, Mohan D.  Blough, Jason R.  

Calculation of Powertrain Mount Loads using a Multibody Dynamic Model 

2006 

Nathak, Subhro  Rao, Mohan D.   Development and Validation of an Acoustic Encapsulation to Reduce Noise from a Diesel Engine 

2006 

Dholaria, Jagdish  Rao, Mohan D.   Course Work  2006 

Londhe, Niranjan  Rao, Mohan D.   Development of an In‐Situ Measurement Technique for the Measurement of Acoustic Absorption Coefficient of Grass and Artificial Turf Surfaces 

2005 

Pruse, Ronald  Rao, Mohan D.   Speech Intelligibility of the Callsign Acquisition Test (CAT) in Noise 

2004 

Bansal, Mohit  Van Karsen, Charles D. Rao, Mohan D.   

Evaluation of the Inverse FRF Based Sub‐structuring Approach Applied to Plexiglas Plates 

2007 

Hemstreet, Scott  Van Karsen, Charles D.   Course Work  2006 

Pyrkosz, Michael  Van Karsen, Charles D.   Development of Tools for Teaching Core Dynamic Systems Material 

2006 

Lee, Phie Theng  Van Karsen, Charles D.   Field Data Acquisition  Apparatus Setup and Testing for Household Clothes Washers and Clothes Dryers 

2005 

Etapa, Jeffrey  Van Karsen, Charles D.   High Frequency ‐ Low Amplitude Dynamic Characterization of Elastomers through Experimental Techniques 

2005 

Rawal, Abhay SurendraK 

Van Karsen, Charles D.   Compliant Floor Test Stand  2005 

Cheah, Sze Kwan  Sodano, Henry A.   Modeling and Application of an Eddy Current Damper for a Rotating System 

2006 

Page 105: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

105

M any of the campus research efforts on sustainabil‐ity are coordinated by  the Sustainable Futures  In‐stitute  (SFI) – www.sfi.mtu.edu. Within  the SFI, a 

team  of  collaborators  (from MEEM,  ChemE, MSE,  SBE,  and SFRES)  is  focused  on  sustainability  issues  related  to  design and manufacturing, and their activities may be classified  into the following areas: 

Product  design.  This  includes  research  on  life  cycle  de‐sign  with  regard  to  the  environment;  characterizing value behavior across multiple life cycles, modular design to  facilitate  assembly,  maintenance,  and  disassembly/remanufacture;  feature and material selection via multi‐ple  criteria  design;  integrated  product‐service  systems; and product development  to  support more  sustainable technologies. 

Manufacturing processes/systems. This includes research on materials processing; development of environmental profiles  for  processes;  assembly  and  disassembly  sys‐tems;  recycling  and  remanufacturing  technologies;  and development of greener process technologies. 

Manufacturing  enterprise  and  logistics.  This  includes research on closing material and element  life cycles; de‐velopment of energy and  resource efficient  logistic sys‐tems; enhancing  the  sustainability of  supply  chains;  im‐proving  the  sustainability  of  the  automotive  value  net‐work;  reverse  logistics/takeback  systems;  measures  of societal  sustainability;  and  developing  innovative  busi‐ness models to promote sustainability. 

 Current Research Topics  Defining Product Modules for Assembly Testability  The issue at hand is the high cost and low quality of subas‐semblies due to the inherent difficulty in testing subassem‐blies that were not designed with testability in mind. If sub‐assembly (or module) testability is not taken into account in the design of sub‐assemblies, the result can be subassemblies that are difficult or impossible to test for functionality before they are put into the final assembly. Waiting until final assem‐bly for testing leads to greater scrap costs, more expensive and time consuming testing, and difficult root cause  diagnos‐tics.  The research will identify feasible design improvements for a single product (one model of a Medium Wheel Loader family) 

that will enhance the testability of the subassemblies before and during final assembly. A critical component of this work is  the  indentification  of  the  critical  quality  parameters  ad identifying how the assembly process can potentially  impact those parameters. Doing so will indentify where in the assem‐bly process those parameters may be in need of testing. Once the  test points are  identified  for  critical quality parameters, the  next  step  is  to  investigate  the  barriers  to  testability. These barriers will  lead to design  improvements  in the  form of a better clustering of components into modules. The deliv‐erable  for  this  project  will  be  an  analysis  of  the  Medium Wheel  Loader  product  outlining  strategies  for:  (1)  the  right breakdown  of  the  product  into modules  that  can  be  fully tested  at  the  sub‐assembly  level;  (2)  strategies  for module‐level testing for the product; and (3) a high level generalized criteria for product breakdown into modules that can be opti‐mally tested for Wheel Loader product family. It is anticipated that this research can be expanded by MTU to lead to gener‐alizable  design  heuristics  for  creating more  testable  subas‐semblies  and modules  that  can  be  applied  to  all  products across the enterprise.   Empirical Modeling of Convective Heat Transfer         Coeffi‐cient in Micro‐Ducts  Much research has studied convective heat transfer in micro‐ducts/channels driven by such applications as cooling of VLSI circuits and  fuel  cells. Drawing  from  that body of work  this research will apply physical knowledge of micro‐heat transfer with  a predominantly  experimental  effort  to  realize  an  em‐pirical  (or  semi‐empirical) model applicable  to  the  turbulent flow  through  the  tool ducts. Note:  that  the  intent  is not  to advance  significantly  the  fundamental  knowledge  in micro‐heat transfer, but rather to apply existing knowledge to ob‐tain  the  requisite  data‐based  (empirical)  model.  Of particular  interest  is the experimental work of Lelea et al. (2004),  as  a  starting  point.  They  designed  an  experimental setup to  investigate the friction factor and the heat transfer characteristics of  laminar  flow of distilled water through mi‐cro‐tubes having a diameter of 100pm, 300 pm and 500 pm. Turbulent  flow  is  of  interest  here,  their  approach  can  be adapted by providing a pump  (not a micro‐pump) with ade‐quate power/pressure capability.  

Sustainable Manufacturing and  Design Research  

Page 106: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

106

 Manufacturing Computations Laboratory 

 *  Parasolid and ACIS solid modeling libraries 

CADshell/wxWindows  CAD  software  framework libraries 

iSight integration/optimization program 

GPSS geometric problem solving libraries with inte‐grated  solvers:  D‐Cubed, Newton‐  Raphson  itera‐tion, bi‐partite graph network flow algorithm, and advanced  sub‐graphisomorphism  algorithm  (most develop in‐house) 

MPI distributed computing code  In‐House Genetic Algorithm Library 

In‐House Topology Optimization Library 

Unigraphics NX, I‐DEAS, ABAQUS, and Matlab inte‐gration code 

 Materials Processing Laboratories 

300‑ton  Satec  hydraulic  compression  testing  ma‐chine 

120,000‑lb. Southwark‑Baldwin testing machine 

120,000‑lb. Tinius Olsen hydraulic testing machine 

150‑ton hydraulic press 

MTS  (Model 866.01) sheet metal  formability analy‐sis system 

MTS (Model 204.08) Mini LDH load frame 

Adaptive sheet metal forming testing machine 

125‑ton converted mechanical press 

MTS 70,000‐lb servo hydraulic testing system 

3‐MTS 35,000‐lb servo hydraulic actuator systems 

1‐MTS 12,000‐lb servo hydraulic actuator system 

2‐ grid analysis systems   Material Removal Laboratories 

Flexible Manufacturing Cell 

CNC  turning  center,  Cincinnati  Milacron  Model 1208C 

CNC  machining  center,  Cincinnati Milacron Model 7VC 

Industrial Robot, Cincinnati Milacron Model T3‑646 General Purpose Machines/Equipment 

Monarch machinability lathe 

Bridgeport milling machine 

Brown and Sharpe surface grinder 

Bridgeport CNC 2.5‑axis milling machine 

4‐Milling/Turning/Grinding dynamometers 

2‐Drilling dynamometers  

Metrology Laboratory 

Brown and Sharpe coordinate measuring machine 

Starret coordinate measuring machine 

Perthen Surface Profilometer 

Pocket‐Serf Profilometer 

Talyrond 100‑roundness assessment machine 

Microscopes (Leitz and Nikon) 

Tool analyzer 

Mechanical and optical comparators  Polymer Processing Lab 

Nigalo 85 ton Injection Molding Machine 

Hull Transfer Modeling Machine   Precision Machining Laboratory 

Moore  two‑axis  jig  grinder  base  with  Excello  air bearing work spindle 

High‑speed (60,000 rpm) air bearing grinding spin‐dle 

Piezoelectric fine feed axis 

Nanometer resolution capacitance gauge 

DSP based machine controller  Manufacturing Air Quality Laboratory 

Particle imaging system 

Aerodynamic particle sizer (APS) 

Scanning mobility particle sizer (SMPS) 

Real‐time  airborne  mass  concentration  measure‐ment device (DustTrak)  

Dilutor 

SMD Research Laboratory Facilities 

Dr. William Endres and PhD student performing              Machinability tests in the Precision Machining Laboratory 

Page 107: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

107

SMD Faculty 

William J. Endres  Associate Professor  PhD, University of Illinois —           

Urbana‐Champaign 

Director, Senior Design  Advanced Power Systems  Research 

Center                   

Engineering Education Innovation  Sustainable Manufacturing & Design 

Areas of interest include:  Machining dynamics,   Cutting mechanics,              Manufacturing processes 

Research Highlights  *  

Dr.  Endres'  expertise  is  in manufacturing  and  design.  He  teaches  courses  in mechanical  design, manufacturing process, machining process, machining process modeling, and machining dynamics. 

Endres'  research  is  in  the  areas  of  machining  dynamics,  cutting  mechanics  and  mechanistic  process  modeling techniques. His experimental research and associated model developments are contributing to an improved fundamental understanding of  the effects of  the blunt edge and wear‐land  found on most cutting  tools.   His work also  focuses on dynamic modeling of machine‐tool joints and analytical machining dynamics, including solutions for vibration level as well as  stability  in  the  presence  of  multiple/parallel  processes,  real  tooling  geometry,  periodic  time  variation,  high  and ultrahigh speeds, and multi‐dimensional machine‐tool dynamics. 

Research Highlights  

Micromechanical machining  processes  are  direct material  removal  processes  with microcutting  tools  or  energy processes.  They  include milling,  drilling,  diamond machining,  laser machining,  focused  ion  beam machining,  etc.,  to produce  component  features  in  the micrometer  regime.  These  are  very  rapid  removal  processes  and  are  therefore suitable  for  low‐  cost design  concept development and prototyping at  the micro‐Scale. Bio‐inspired nanotechnologies offer solutions to many challenges in sensing.  Of particular interest is protein‐based sensing and energy transduction for signal output.  

     

*  Research funding and publication information for all faculty in the Sustainable Manufacturing 

and Design Group starts on page 111. 

Areas of interest include:  Micromechanical systems, Nanotechnology 

Craig R. Friedrich  Professor  PhD Oklahoma State University 

Associate Chair and Director of      Graduate Studies 

Director, Multi‐Scale Sensors and      Systems Group 

Director, Multi‐Scale  Technologies    Institute (MuSTI) 

Page 108: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

108

SMD Faculty 

Research Highlights   

Dr. Gershenson performs research in the areas of life‐cycle product architecture and lean and sustainable design and manufacturing.  Specific research interests include: platform‐based product family design, modular product and process architectures,  lean manufacturing,  lean engineering,  sustainable product/process design, and  the  role of  technological change  in  the design process.   Current  and  recent  research  sponsors  include  the Nation Science  Foundation, General Motors, Terex, Whirlpool, Ford, and ALCOA. 

John K. Gershenson  Professor  PhD, University of Idaho  Director, Manufacturing Area 

Director, Sustainable Manufacturing and Design Group 

Areas of interest include:  Platform‐based product family design, 

Modular product and process architecture, 

Lean engineering,  Life‐cycle engineering 

Research Highlights  

Gupta's research is focused on computer simulation of polymer processing and design of plastic parts.  Some of the projects he  is  investigating  are:  1)  effect of  elongational  viscosity on polymeric  flows,  2)  estimation of  elongational viscosity  for polymeric melts,  3)  three‐dimensional  simulation of  the  flow  in  ceramic  injection molding, 4) mixing of polymers, and 5) optimization of die geometry for polymer extrusion. 

Mahesh Gupta  Professor  PhD, Rutgers University  Sustainable Manufacturing and Design 

Areas of interest include:  Polymer processing, Polymer rheology, Design with plastics,  Composites finite element method 

Page 109: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

109

SMD Faculty 

John D. Hill  Assistant Professor  PhD, University of Iowa 

Areas of interest include:  Human factors,  Transportation safety and policy,  Service systems 

Research Highlights  

Dr. Hill’s research focuses on the design and enhancement of systems that can respond to the evolving needs of the user.  This  is  accomplished  through  experimental  assessment  of  the  operator’s  behavior  and  performance,  and computational  models  which  account  for  other  factors  that  relate  to  performance  outcomes.  Focuses  include transportation,  where  driving  simulators  are  used  to  assess  the  effect  of  vehicle  and  roadway  design  on  driving performance; service systems, where both service providers and recipients are modeled to maximize value creation in the system;  and  occupational  health  and  safety,  where  system  design  is  evaluated  to  address  ergonomic  issues  in  the 

workplace.  

Research Highlights  

Self‐regulating micro fuel cells for portable military/civilian electronics 

Nanostructured surfaces for energy and  environmental applications 

Micro‐ and Nano‐fluidics for energy harvesting  

Self‐healing materials 

DeSheng (Dennis) Meng  Assistant Professor  PhD, University of California —    Los 

Angeles 

Advanced Power Systems Research Center 

Areas of interest include:  Micro‐ and nano‐ technologies for 

energy and environmental applications,  

Microfluidics,   Micro fuel cells,   Microelectromechanical systems 

(MEMS),  

Page 110: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

110

SMD Faculty 

Research Highlights  

Dr. Miller has used analytical and experimental methods to develop models for the grinding of brittle materials while developing  techniques  that  improve  material  removal  rates.  Specifically,  she  and  her  students  have  investigated intermittent grinding and water‐jet assisted grinding, as well as wheel wear and wheel loading mechanisms. Dr. Miller has also conducted research on the design and fabrication of optical MEMS. Additional research interests include machine tool dynamics and human factors in design. 

Areas of interest include:  Grinding, Precision Engineering, MEMS, Human factors 

Michele H. Miller  Associate Professor  PhD, North Carolina State University  Director, Engineering Education Innovation Research Group 

Research Highlights    

Dr. Pandit's main areas of interest are systems analysis, forecasting, and control, with applications to manufacturing and design. Pandit's principal contribution has been the methodology of data dependent systems (DDS). He has taught courses on  this methodology  and undertaken  research  in  its  application  to  computer‐integrated manufacturing,  solar energy  simulation,  paper‐making,  blast  furnace  operation,    quality  control,  business  forecasting,  vibration  and modal analysis, machine vision, and  nanometrology. He has published more than 150 papers on the methodology, including two books  listed below. Pandit  served as  1993‐94 ASA/NSF/NIST Senior Research Fellow,  is  the  recipient of  the MTU  1994 Faculty Research Award, and was elected Fellow of the American Society of Mechanical Engineers in 1999. 

Sudhakar M. Pandit  Professor  PhD ,University of Wisconsin —   

Madison 

Advanced Power Systems Research Center 

Multidisciplinary Engineered     Dynamic Systems  

Areas of interest include:  Data‐dependent systems modeling,   Computer control,        Machine vision 

Page 111: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

111

Page 112: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

112

ME‐EM Research Projects through June 2009 Sustainable Manufacturing & Design Group 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Sutherland, John ‐ PI 

Gershenson, John ‐ Co‐PI National Science Foundation  $7,923,248 

IGERT: Achieving Environmental, Industrial, and Societal Sustainability via the Sustainable Futures Model 

Parker, Gordon ‐ PI State of Michigan 21st Century Jobs Fund 

$1,362,281 Optimizing Chemo‐Mechanical Structure for MEMS Chemical Vapor Sensor Arrays 

Gershenson, John ‐ PI  National Science Foundation  $627,515 Selection of Industrial Coatings Based on Environmental and Societal Impact Characteristics 

D’Souza, Roshan ‐ PI  National Science Foundation  $523,644 CAREER: Towards Interactive Simulation of Giga‐Scale Agent‐Based Models on Graphics Processing Units 

Gupta, Mahesh ‐ PI  National Science Foundation  $405,047 GOALI: Optimum Design of Extrusion Dies Using the Estimated Elongational Viscosity 

Gershenson, John ‐ PI  National Science Foundation  $372,716 Product Modularity ‐ The Link Between Product Architecture and Product Life‐cycle Costs 

D’Souza, Roshan ‐ PI  National Science Foundation  $256,445 Graphics Hardware Accelerated Real‐time Machinability Analysis of Free‐form Surfaces 

Shonnard, David ‐ PI 

Sutherland, John ‐ Co‐PI 

Michigan Economic Development Corp 

$180,000 Evaluation of Low Greenhouse Gas Bio‐Based Energy Technologies: Supplement to 060144: /SFI 

Gershenson, John ‐ PI  General Motors Corp  $175,125  Application of GM‐GMS to the Manufacturing Systems Design 

Gershenson, John ‐ PI  Terex Handlers  $174,492  A Proposal for the MUT/Terex Lean Leadership Laboratory 

Gershenson, John ‐ PI  General Motors Corp  $137,334  Application of GM‐GMS to Manufacturing Engineering 

Gershenson, John ‐ PI  Caterpillar Inc  $115,271  MTU‐CAT Product and Process Commonality Collaborative Project 

D’Souza, Roshan ‐ PI  National Science Foundation  $109,630 SGER: Exploring Data‐Parallel Techniques for Mega‐Scale Agent Based Model Simulations on Graphics Processing Units 

Camelio, Jaime ‐ PI 

D’Souza, Roshan ‐ Co‐PI 

University of Michigan—Michigan Universities          

Commercialization Initiative (MUCI) 

$83,988  Elemental Model and Die Proof of Concept 

Endres, William ‐ PI  M.K. Morse Co  $83,639  Mechanics‐Based Design of Metal Cutting Circular Saws 

D'Souza, Roshan ‐ PI  National Science Foundation  $83,112 SGER: Preliminary Investigation of Selective Volumetric Sintering of Powder Metallurgy Parts 

Sutherland, John ‐ PI 

Endres, William ‐ Co‐PI 

Gershenson, John ‐ Co‐PI 

Boston Scientific Corp  $60,000  P2A2 Membership 

Weinmann, Klaus ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $59,120 Ford ‐ MTU Off‐Campus PhD Program: A Proposal for Advising Support Development of Hybrid Forming Dies for Super Plastic Forming in Aluminum Sheet 

Gershenson, John ‐ PI  Caterpillar Inc  $34,000 MTU‐CAT Collaborative Project: Defining Project Modules for Assembly Testability 

Gershenson, John ‐ PI  Ford Motor Co Inc  $21,250  Systematic Design of Product Platform Architectures 

Sutherland, John ‐ PI 

Alder, Daniel ‐ Co‐PI Caterpillar Inc  $19,864  Engine Remanufacturing Assessment 

Gershenson, John ‐ PI  Harry Cross  $17,250  Eccentric Propulsion Scooter (Senior Design) 

Gershenson, John ‐ PI Pearl Izumi USA Inc, DashAmerica Inc 

$16,956  Next Generation Chamols 

Gershenson, John ‐ PI  Nissan Technical Center  $15,000  Thin Seat Back (Senior Design) 

Page 113: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

113

ME‐EM Research Projects through June 2009 Sustainable Manufacturing & Design Group 

Investigator(s)  Sponsor  Total Award  Title 

Sutherland, John ‐ PI 

Camelio, Jaime ‐ Co‐PI 

Gershenson, John ‐ Co‐PI 

National Science Foundation  $12,600  Collaborative Research: I/UCRC on Assembly Research 

Gershenson, John ‐ PI  National Science Foundation  $12,000  Research Experiences for Undergraduates in Product Modularity 

Bettig, Bernhard ‐ PI  General Motors Corp  $10,000  Creation of an MTU Demanufacturing Lab 

Gershenson, John ‐ PI  SRAM Corporation  $4,070  Accelerometer Based Data Acquisition System for Bicycles 

D’Souza, Roshan ‐ PI Machining Process              Technologies, LLC 

$2,872  Preliminary Investigation of Modular Molding 

Page 114: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

114

SMD Publications 

Beard, J., Weinmann, K.J., and Emblom, W.J., “Strains Generated  In Selected Regions  for an  Intelligent Die During Stamp Forming,” Transactions of the NAMRI/SME, Vol. 37, May 2009. 

Corpus, W. T., and Endres, W. J., “Added Stability Lobes for Machining Processes that Exhibit Periodic Time Variation – Part 1: An Analytical Solution,” ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering,  467‐474, 2004. 

Corpus, W. T., and Endres, W. J., “Added Stability Lobes for Machining Processes that Exhibit Periodic Time Variation – Part 2: Experimental Validation,” ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, 475‐480, 2004. 

Kountanya, R. K., and Endres, W. J., “Flank Wear of Edge‐Radiused Cutting Tools under Ideal Straight‐Edged Orthogo‐nal Conditions,” .ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering,  496‐505, 2004. 

Endres, W. J., and Kountanya, R. K., “The Effects of Corner Radius and Edge Radius on Tool Flank Wear,” Journal of Manufacturing Processes, Vol. 5, 2003. 

Endres, W., Schimmel, R.J., and Stevenson, R., "Application of an Internally Consistent Material Model to Determine the Effect of Tool Edge Geometry  in Orthogonal Machining," Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 124, No. 3, pp. 536‐543, August 2002.  

Endres, W., Manjunathaiah, J.,, "A New Model and Analysis of Orthogonal Machining With an Edge‐Radiused Tool," Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 122, No. 3, pp 384‐390, August 2000.  

Endres, W., Thouless, M.D., Chiu, W.C., "An Experimental Study of Chip Formation and Surface Formation during Or‐thogonal Machining of Homogeneous Brittle Materials," Journal of Machining Science and Technology, Vol. 4, pp. 253‐75, 2000.  

An, L., and Friedrich, C., “Process Parameters and Their Relations for the Dielectrophoretic Assembly of Carbon Nano‐tubes,” Journal of Applied Physics, Vol. 105, No. 7, 074314, 2009. 

An, L., Cheam, D., and Friedrich, C., “Controlled Dielectrophoretic Assembly of Multiwalled Carbon Nanotubes,” Jour‐nal of Physical Chemistry C, Vol. 113, pp. 37‐39, 2009. 

Wallner, J., Nagar, N., Friedrich, C., Bergstrom, P., “Macro Porous Silicon as Pump Media for Electro‐Osmotic Pumps”,  Physica Status Solidi A Applications and Materials Science, Vol. 204, No. 5, pp. 1327‐1331, March 2009.   

An, L., Friedrich, C., “Real‐Time Gap Impedance Monitoring of Dielectrophoretic Assembly of Multiwalled Carbon Nanotubes,” Applied Physics Letters, Vol. 92, No. 17, 173103, April 2008. 

Wise, K., Bhatti, P., Wang, J., Friedrich, C., “High‐Density Cochlear Implants With Position Sensing and Control”, Hear‐ing Research, Vol. 242, No. 1‐2, pp. 22‐30, August 2008. 

Arcand, B., Shyamsunder, S., Friedrich, C., “A Fluid Actuator  for Thin Film Electrodes”, ASME Journal of Medical De‐vices, Vol. 1, 70‐78, March 2007. 

Friedrich, C., Avula, R., Gugale, S., “A Fluid Microconnector Seal for Packaging Applications,” Journal of Micromechan‐ics and Microengineering, Vol. 15, 1115‐1124, 2005. 

Friedrich, C., Kulkarni, V.P., "Effect of Workpiece Springback on Micromilling Forces," Microsystems Technology Jour‐nal, Vol. 10, No. 6‐7, pp. 472‐477, October 2004.  

Friedrich, C., Li, J., and Keynton, R.S., "Design and Fabrication of a Miniaturized, Integrated, High Frequency Acousti‐cal Lens‐Transducer System,"  Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol.  12, No. 3, pp.  219‐228, March 2002. 

Ye, X., and Gershenson, J.K., “Focused Product Family Design Based on the Commonality and Variety Tradeoff,” Inter‐national Journal of Mass Customisation, Vol. 3, No. 2, pp. 179‐207, 2009. 

Ye, X., Thevenot, H., Alizon, F., Gershenson, J.K., Khadke, K., Simpson, T.W., and Shooter, S., “Using Product Family Evaluation Graphs in Product Family Design,” International Journal of Product Research, Vol. 47, No. 13, pp. 3559‐3585, January 2009. 

Ye, X., Thevenot, H.J., Alizon, F., Khadke, K., Gershenson,  J.K., Simpson, T.W., and Shooter, S.B., “Attribute‐based Clustering Methodology for Product Family Design,” Journal of Engineering Design, Vol. 19, No. 6, pp. 571‐586, Decem‐ber 2008. 

Lai, X., and Gershenson, J.K., “Representation of Similarity and Dependency for Assembly Modularity,” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 37, No. 7/8, June, pp. 803‐827, 2008. 

Guo, F. and Gershenson, J.K., “Discovering Relationships between Modularity and Cost.”  Journal of Intelligent Manu‐facturing, Volume 18, No. 1, 143‐157, 2007. 

 

Page 115: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

115

SMD Publications 

Khadke, K., Gershenson, J.K., “Technological‐Driven Product Platform Development,” International Journal of Product Development, Special Issue on Innovative Concepts in the Perspective of maximizing the Utilization Rate and Value of Durable Goods, Vol. 6, No. 3‐4, pp. 353‐374 , 2007. 

Gershenson, J.K., and Clarke, A.,  “Life‐cycle Design” Kutz, M. (ed.) Handbook of Environmentally Conscious Mechanical Design, John Wiley and Sons, New York, 2007. 

Gershenson,  J.K.  and  Pavnaskar,  S.J.,  “Educating  Tomorrow’s  professors:  Integrating  Background  research  and Course Development,” iNEER Innovations 2007: World Innovations in Engineering Education and Research, Begell House Publishing, pp. 127‐138, 2007. 

Jiao, J., Gershenson, J.K., and Michalek, D.J., “Managing Modularity and Commonality in Product and Process Devel‐opment,” Concurrent Engineering, Vol. 15, June, pp. 81‐83, 2007. 

Alizon, F., Khadke, K., Thevenot, H.J., Gershenson, J.K., Marion, T.J., Shooter, S.B., and Simpson, T.W., “Frameworks for Product Family Design and Development.’ Concurrent Engineering, Vol. 15, pp. 187‐199, June 2007.. 

Hagemeyer, C., Gershenson, J.K., Johnson, D., “The Classification and Application of Problem Solving Quality Tools”, The TQM Magazine, Vol. 18, No. 5, 445‐483. 2006. 

Pavnaskar,  S.J.,  and Gershenson,  J.K.,    “Application of Value  Stream Mapping  to  Lean Engineering,”  International Journal of Advanced Manufacturing Systems, Volume 8, No. 1, 2005. 

Ye, X., Gershenson, J.K., Khadke, K.,  Lai, X., Guo, F.   “An Introduction to Product Family Evaluation Graphs.”  Proceed‐ings of the 2005 ASME Design Engineering Technical Conferences – 17th  International Conference on Design Theory and Methodology, Long Beach, California, September 2005. 

Gershenson, J.K., Prasad, G.J., and Zhang, Y.,  “Product Modularity: Measures and Methods.”  Journal of Engineering Design, Volume 15, Number 1, 2004. 

Gershenson, J., Pavnaskar, S.J., and Jambekar, A.B., "Classification Scheme for Lean Manufacturing Tools ," Interna‐tional Journal of Production Research, Vol. 41, No. 13, pp. 3075 ‐ 3090, September 2003.  

Grimm, T.R., Kernosky, S.K., and Weinmann, K.J., “Design and Modeling of a Trasnducer for a Sheet Metal Forming Control System,” Proceedings of the Irish Manufacturing Committee, Competitive Manufacturing, Dublin, Ireland, 757‐764, 1995. 

Altinkaynak, A., Gupta, M., Spalding, M., and Crabtree, S., “An Experimental Study on Shear Stress Characteristics of Polymers in Plasticating Single‐Screw Extruders,” Polymer Engineering and Science, Vol. 49, pp. 471‐477, March 2009. 

Walczak, K., Gupta, M., Koppi, K.A., Dooley,  J., and Spaulding, M.A., “Elongational Viscosity of LDPEs and Polysty‐renes using Entrance Loss Data”, Polymer Engineering and Science, Vol. 48, No. 2, pp. 223‐233, 2008. 

Gupta, M., “Non‐isothermal Simulation of the Flow  in Co‐rotating and Counter‐rotating Twin‐Screw Extruders using Mesh Partitioning Technique,” Society of Plastics Engineers Annual Technical (ANTEC) Papers, Vol. 54, pp. 316‐320, May 2008. 

Gupta, M., “Mesh Partitioning Technique for Three‐Dimensional Simulation of Coextrusion,” Society of Plastics Engi‐neers Annual Technical (ANTEC) Papers, Vol. 54, pp. 217‐222, May 2008. 

Cong, L., and Gupta, M., “Simulation of Distributive and Dispersive Mixing in a Co‐rotating Twin‐Screw Extruder,” Soci‐ety of Plastics Engineers Annual Technical (ANTEC) Papers, Vol. 54, pp. 300‐304, May 2008. 

Altinkaynak, A., Gupta, M., Spalding, M.A., and Crabtree, S.L., “Shear Stress and Melting Flux for Polycarbonate Res‐ins,” Society of Plastics Engineers Annual Technical (ANTEC) Papers, Vol. 54, pp. 1405‐1409, May 2008. 

Walczak, K., Gupta, M., Koppi, K.A., Dooley, J., and Spaulding, M.A., “Elongation Viscosity of LDPEs and Polystyrenes using Entrance loss Data,” Polymer Engineering and Science,  Vol. 48, pp. 223‐232, February 2008. 

Sun, Y., Gupta, M., Dooley, J., Koppi, K.A., Spalding, M.A., “Numerical and Experimental Investigation of Elongational Viscosity effects in a Coat‐Hanger Die,” Journal of Plastics Technology, Vol. 4, pp. 1‐14, January 2008. 

Gupta, M., and Sun, Y., "An Analysis of the Effect of Elongational Viscocity in a Spiral Mandrel Die," Advances in Poly‐mer Technology, Vol. 25, No. 2, pp. 90‐97, June 2006. 

Hill, J. and Boyle, L., “Stress as Influenced by Driving Maneuvers and Roadway Conditions,” Transportation Research, Part F, Vol. 10, No. 3, pp. 177‐186, 2007.  

Hill, J. and Boyle, L., “The Safety Implications of Vehicle Seat Adjustments,” Journal of Safety Research, Vol. 37, No. 2, pp. 187‐93, 2006. 

Hill, J. and Boyle, L., “Assess the Relative Risk of Sever  Injury  in Automotive Crashes for Older Female Occupants,” Accident Analysis and Prevention, Vol. 38, No. 1, pp. 148‐154, 2006.  

Page 116: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

116

SMD Publications 

Allen, J., and Meng, D.D., "Micro‐ and Nanofluidics for Energy Conversion," IEEE Nano Magazine, Vol. 2, No. 4, pp. 19‐23, December 2009.  

Meng, D.D., and Kim, C.‐J., "An Active Micro‐direct Methanol Fuel Cell with Self‐Circulation of Fuel and Built‐In Re‐moval of CO2 Bubbles," Journal of Power Sources, Vol. 194, No. 1, pp. 445‐450, October 2009.  

Teng, F., Zhu, Y., He, G., Gao, G., and Meng, D., “Cataluminescence and Catalysis Properties of CO Oxidation Over Po‐rous Network of ZrO2 Nanorods Synthesized by a Bio‐Template,” The Open Catalyst Journal, Vol. 2, pp. 86‐91, March 2009. 

Teng, F., Yao, W., Zhu, Y., Chen, M., Wang, R., Mho, S., and Meng, D., “Correlation Cataluminescence (CTL) Property with Reactivity of Hydrothermally Synthensized La0.8Sr0.2MnO3 Cubes and CTL as a Rapid Mode of Screening Catalyst,” The Journal of Physical Chemistry C., Vol. 113, No. 8, pp. 3089‐3095, January 2009. 

Meng , D.D., and Kim, C.‐J., "Micropumping of Liquid by Directional Growth and Selective Venting of Gas Bubbles," Lab on a Chip, Vol. 8, pp. 958 ‐ 968, 2008. 

Meng,   D.D., Cubaud, T., Ho, C.‐H., and Kim, C.‐J., "A Methanol‐Tolerant Gas‐Venting Microchannel for a Micro Direct Methanol Fuel Cell," Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 16, pp. 1403‐1410, 2007.  

Meng, D.D., Kim, J., and Kim, C.‐J., "A Degassing Plate with Hydrophobic Bubble Capture and Distributed Venting for Microfluidic Devices," Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 16, pp. 419‐424, 2006. 

Meng, D.D., and Kim, C.‐J., "Embedded Self‐Circulation of Liquid Fuel for a Micro Direct Methanol Fuel Cell," Proceed‐ings  of  The  20th  IEEE  International Conference on Micro Electro Mechanical Systems,  Kobe,  Japan,  pp.  85‐88,  2007. (selected for oral presentation) 

Meng, D.D. and Kim, C.‐J., "A Micro Direct Methanol Fuel Cell with Self‐Pumping of Liquid Fuel," Technical Digest Solid State Sensor, Actuator and Microsystems Workshop, Hilton Head Island, SC, pp. 120‐123, June 2006. (selected for oral presentation) 

Meng, D.D., Ju, Y. and Kim, C.‐J., "A Comparative Study of Electrolysis and Boiling for Bubble‐Driven Microactuations," Technical Digest, The 13th  International Conference on Solid‐State Sensors, Actuators and Microsystems, Seoul, Korea, pp. 1263‐1266, June 2005. (selected for oral presentation) 

Fan, X., and Miller, M.H., “Force Analysis  for Grinding with Segmental Wheels”, Machining Science and Technology, Vol. 10, No. 4, pp. 435‐455, 2006. 

Miller, M. H., Perrault, J.A., Parker, G.G.,   Bettig, B.P., and Bifano, T.G., “Simple Models for Piston Type Micromirror Behavior,” Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 16, No. 2, pp. 303‐313, 2006. 

Lee, H., Miller, M.H., and Bifano, T.G., “CMOS Chip Planarization by Chemical Mechanical Polishing  for a Vertically Stacked Metal MEMS Integration,” Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 14, No. 1, pp. 108‐115, 2004. 

Salisbury, E.J., Domala, K.V., Moon, K.S., Miller, M.H., and Sutherland, J.W., “A Three Dimensional Model for the Sur‐face Texture  in Surface Grinding, Part 2: Grinding Wheel Model,” Journal of Manufacturing Science. and Engineering, Vol. 123, No. 4, pp. 582‐590, 2001. 

Miller, M., Sutherland,  J.W., Domala, K.V., Moon, K.S., Salisbury, E.J., "A Three‐Dimensional Model  for  the Surface Texture in Surface Grinding, Part 1: Surface Generation Model," Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 123, No. 4, pp. 576‐581, November 2001. 

Dreyer, J.T., Pandit, S.M., Rickli, J.L., Camelio, J.A., Loukus, J.E., and Loukus, A.R., “Workpiece Defect Detection Using Piezoelectric Instrumented Fixtures for Machining of Metal Matrix Composites,” Transactions of NAMRI/SME, Vol. 36, pp. 81‐88, October 2008.  

Dreyer, J., Rao, M.D., and Pandit, S.M.,  “Estimation of Sound Absorption of Three‐dimensional Treatments Based on Impedance Tube Measurements,” Noise Control Engineering Journal, Vol. 55, No. 5, pp. 466‐475, Sept‐Oct 2007. 

Dreyer, S.G., Pandit, S.M., Bett, T.A., Milbrodt, P., and Ungpiyakul, T., “Application of Data Dependent Systems Mod‐eling to Failure Prediction  in Non‐Stationary Manufacturing Processes”, Transactions of the North American Manufac‐turing Research Institution of SME, Vol. 34, pp. 461‐468, 2006. 

Mattson, S.G., and Pandit, S.M., “Statistical Moments of Autoregressive Model Residuals for Damage Localization”, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 20, pp. 627‐645, April 2006. 

Mattson, S.G., and Pandit, S.M., “Damage Detection and Localization Based on Outlying Residuals”, Smart Materials and Structures, Vol. 15, pp. 1801‐1810, November 2006. 

Pandit, S.M., Loukus, J.E., and Subhash, G., "Application of Data Dependent Systems Approach for Evaluation of Frac‐ture Modes During a Single‐Grit Scratching," Mechanics of Materials, Vol. 34, No. 1, pp. 25‐42, January 2002.  

Pandit, S.M., and Chan, D.P. , "Data‐Dependent Systems Profilometry of Two‐Dimensional Surfaces," Applied Optics, Vol. 38, No. 31, pp. 6540‐6549, November 1999. 

Page 117: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

117

SMD Graduate Students 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Bapat, Vikram  Bettig, Bernhard P. D’Souza, Roshan M. 

A Computational Framework for Requirements‐Driven Automated Design Synthesis 

2007 

Hii, Wilson  Michalek, Donna J.  Transient CFD Study of Machining Mist Removal through Kinematic Coagulation 

2005 

Lai, Xiaoxia  Gershenson, John K.   Design Structure Matrix‐based Product Representation for Life‐Cycle Process‐Based Modularity 

2008 

Ye, Xiaoli  Gershenson, John K.   Product Family Design and Evaluation Based on the Commonality/Variety Tradeoff 

2008 

Khadke, Kiran  Gershenson, John K.   Engineering Design Methodology for Planned Product Innovation 

2007 

Guo, Fang  Gershenson, John K.   Defining Relationships Among Product Architecture, Product Life‐Cycle Modularity, and Product Life‐Cycle Cost 

2005 

Pavnaskar, Sandeep  Gershenson, John K.   A Systematic Method for Leaning Engineering Processes  2004 

Haapala, Karl  Sutherland, John W.   Development of Models for Environmental Performance Improvement of Steel Product Manufacturing 

2008 

Kumar, Vishesh  Sutherland, John W.   A Material Flow and Economic Exchange Model to Characterize the Impact of Vehicular Changes and Policies on the Automotive Recovery Infrastructure 

2006 

Huang, Jun  Sutherland, John W.  Aifantis, Elias C. 

Adiabatic Shear Banding and Shear Localized Chip Formation  2005 

Ju, Chuanxi  Sutherland, John W.   Development of Particulate Imaging Systems and their Application in the Study of Cutting Fluid Mist Formation and Minimum Quantity Lubrication 

2005 

Hu, Xuefei  Sutherland, John W.   An Experimental and Analytical Study of the Effect of Material Microstructures on the Machinability of Al‐Si Alloys 

2005 

Emblom, William  Weinmann, Klaus J.   Closed‐Loop Control of the Sheet Metal Stamping Process with Active Drawbeads, a Flexible Blankholder, and Variable 

2006 

Luckey, S. George  Weinmann, Klaus J.  Friendman, Peter A. 

Development of Finite Element Analysis Based Tools and Methods for the Design of Advanced Superplastic Forming Dies and Processes 

2006 

Sun, Yong  Gupta, Mahesh  Optimization of Die Geometry for Polymer Extrusion  2006 

Ling, Di  Gupta, Mahesh  Simulation of Fluid‐Solid Interaction in Powder Injection Molding 

2005 

Hong, Yong Kyu  Miller, Michele H.  Moon, Kee S. 

Development of an Integrated Atomic Force Microscopy‐Nanoindentation System 

2006 

Zhang, Ping  Miller, Michele H.   Investigation of Grinding Wheel Loading  2005 

Fan, Xiaorui  Miller, Michele H.   Force Modeling for Intermittent Grinding Processes  2005 

Zhang, Zhen  Endres, William J.   Slip Line Modeling of Machining with Worn Blunt Cutting Tools  2008 

Zheng, Jiang  Endres, William J.   Dynamic Behavior of a Fixed Cup‐Lid Joint Under Multi‐Dimensional Time Varying Loading 

2006 

Bhatnagar, Samved  Endres, William J.   Feasibility Study of Micro Quantity Internal Cooling (MQuIC) of Cutting Tools 

2006 

Page 118: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

118

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Kale, Vaibhav  Bettig, Bernhard P.  

Beard, John E.  

Modified Frontier Algorithm with Solution Selection  2007 

Mantri, Abhishek  Bettig, Bernhard P.  

D’Souza, Roshan M.  

Issues in Integration of Engineering Analyses for Multi‐Disciplinary Optimization 

2006 

Beggs, Larry  Bettig, Bernhard P.   Course Work  2006 

Chaubal, Shailendra  Bettig, Bernhard P.   Implementation of Modified Frontier Algorithm for Constraint Solving 

2006 

Joshi, Shantanu  Bettig, Bernhard P.   Control Over Projection Using Head Tracking for a Desktop Virtual Reality System 

2005 

Aittama, John  Michalek, Donna J.   Multilayer Co‐Extrusion Fuel Tank Regrind and Compatibilization Study for Sustainability 

2008 

Feenstra, Joel  Sodano, Henry A.   Piezoelectric Materials with Application to Power Harvesting and Sensing 

2007 

Rickli, Jeremy  Camelio, Jaime A.  A Modified Hotelling T2 Multivariate Control Chart for Enhanced Assembly Fixture Fault Detection 

2008 

Wells, Lee  Camelio, Jaime A.  Enhanced Dimension‐Reduction (EDR) Method for Quality and Sensitivity‐Free Reliability Assessment 

2008 

Zhao, Qiangsheng  Camelio, Jaime A.  Data Dependent Approaches in Fault Diagnosis for Manufacturing Application 

2008 

Ye, Xiaoli  Gershenson, John K.   Course Work  2007 

Vettel, Drew  Gershenson, John K.   Analysis of Engineering Processes Using Lean Manufacturing Tools:  A Manufacturing Equipment Design Application 

2006 

Lai, Xiaoxia  Gershenson, John K.   Course Work  2006 

Sanyal, Nikhil  Gershenson, John K.   Value‐Based Improvement Prioritization Using Process Relative Worth Analysis 

2006 

Clarke‐Sather, Abigail  Gershenson, John K.  

Sutherland, John W.  

Course Work  2006 

Leep, Daniel  Gershenson, John K.   Course Work  2005 

Sandretto, Peter  Gershenson, John K.   Application of Next Generation Technologies to Future Competition Human Powered Vehicles 

2004 

Case, Steven  Gershenson, John K.   The Validation of a Classification Scheme for Lean Manufacturing Tools 

2004 

Kantipudi, Vidyasagar  Gershenson, John K.   Course Work  2004 

Williams, Cheryl  Sutherland, John W.   Optimization of Conversion of North American Left Hand Drive Vehicles for Importation into Right Hand Markets 

2009 

Pauken, David  Sutherland, John W.   Statistical Modeling of the Ford Superduty Brake Pedal Feel Attribute 

2009 

Brown, Kari  Sutherland, John W.   Course Work  2008 

Law, Mohit  Sutherland, John W.   Course Work  2008 

Page 119: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

119

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master’s of Science 

Name  Advisor  Dissertation  Year 

Rivera, Julio  Sutherland, John W.  

Michalek, Donna J 

Course Work  2008 

Hutchins, Margot  Sutherland, John W.   Course Work  2007 

Adler, Daniel  Sutherland, John W.   Comparing Energy and Other Measures of Environmental Performance in the Manufacturing and Remanufacturing of Engine Components 

2007 

Shirodkar, Prasad  Sutherland, John W.   Characterization of Value Flow During the Product Life Cycle  2006 

Arthur, Cory  Weinmann, Klaus J.  Study of Clad Tubing Extrusion using the Finite Element Method  2008 

Walczak, Karl  Gupta, Mahesh  The Analysis of Elongational Viscosity of LDPEs and Polystyrenes Using Entrance Loss Data 

2005 

Chandan, Pratik  Gupta, Mahesh  Meshing Algorithm for Two Dimensional and Three Dimensional Moving Boundary Problems 

2005 

Shah, Amit  Gupta, Mahesh  Simulation of Polymeric Flow in an Twin‐Screw Extruder:  An Analysis of Elongational Viscosity Effects 

2004 

Rahmani, Keyvan  D’Souza, Roshan M.   A GPU‐Based Framework to Simulate Predator‐Prey Models  2007 

Hu, Weiwei  D’Souza, Roshan M.   Three Dimensional Additive Manufacturing Using Microwave  2007 

Ahmad, Zaryab  D’Souza, Roshan M.   Application of Genetic Algorithms in Process Planning: Tool Sequence Selection for 2.5 Axis Pocket Machining 

2006 

Vaze, Ajit  D’Souza, Roshan M.   Octree Decomposition ‐ Recomposition Based Rapid Manufacturing Process 

2005 

Mattson, Steven  Pandit, Sudhakar M.  Course Work  2008 

Devola, Eryn  Pandit, Sudhakar M.  Analysis of Warranty Claim Trends Using a Data Dependent Systems Model 

2007 

Guan, Yun  Pandit, Sudhakar M.  Course Work  2006 

Krishna, Karthik  Endres, William J.   Effects of Tooth Parameters on the Performance of Metal Cutting Circular Saw Blades 

2006 

Walqui Pantigoso, Lennart 

Endres, William J.   The Effects of Chip‐Splitting Grooves in Metal Cutting Circular Saws 

2005 

Gami, Rahul  Endres, William J.   Effect of Corner Radius on Tool Temperature  2004 

Jenkins, Timothy  Sutherland, John W.   Course Work  2008 

Page 120: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

120

Page 121: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

121

FACULTY  

Faculty   Research Engineers   Visiting Faculty, Lecturers,       Instructors 

DEPARTMENT OF  

MECHANICAL ENGINEERING‐ENGINEERING MECHANICS 

Page 122: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

122

Elias C. Aifantis  Adjunct Professor  PhD, University of Minnesota 

Mechanics of Multi‐Scale Materials   

Areas of interest include:  Mechanics and Materials Science 

Research Highlights  

    Currently directing the MTU Research Center for the Mechanics of Materials  and  Instabilities.   Also directing the Laboratory of Mechanics of AUT and coordinating  an  EU‐TMR  Network  on  "Spatio‐ Temporal Instabilities in Deformation and Fracture" involving  seven  European  laboratories  through Aristotle  University  of  Thessaloniki.  He  has published more  than  300  papers  in  the  areas  of mechanics  and  materials.  Several  of  these publications  helped  to  identify  and  establish research  areas  such  as  double  porosity/diffusivity theory,  dislocation  patterning,  strain  gradient 

Selected Publications  

Valavala, P.K., Clancy, T.C., Odegard, G.M., Gates, T.S., and Aifantis,  E.C.,  “Multiscale Modeling  of  Polymer Materials using a Statistics‐Based Micromechanics Approach,” Acta Materialia, Vol. 57, No. 2, pp. 525‐532, January 2009. 

Aifantis,  E.  C.,  "Gradient  Deformation  Models  at  Nano, Micro, and Macro‐scales," Journal of Engineering Materials Technology, Vol. 121. 189‐202, 1999. 

Aifantis,  E.  C.,  "Strain  gradient  interpretation  of  size  ef‐fects," Int. J. Fract. 95, 229‐314, 1999. 

Recent Funding  

University  of  Illinois  ($256,164)  Novel  Experi‐ments and Models for Nanomechanical Analyses of Metallic Nanowires  and  Polymeric/Collagenic Nanofibers 

Harold A. Evensen  Professor Emeritus 

PhD Syracuse University  

Areas of interest include:  Noise Control, Vibrations,  Signal Analysis 

Research Highlights  

     Dr.  Evensen  teaches  graduate  and  professional courses in dynamic measurements; signal processing; industrial noise  control;  and  vehicle noise,  vibration, and harshness (NVH).   He consults  in  industrial noise control  and  vibration  measurements  with  the American machine tool industry and is experienced in dynamic  measurements  applied  to  noise  and vibration  problems  in  machines  and  structures. Current  interests  include  analysis  of  vibrational energy  flow  through  structures,  incorporating  laser Doppler vibration measurements. 

Selected Publications  

Liu,  Qunli  and  Subhash,  Ghatu,  and  Evensen,  Harold  A. “Behavior  of  a  Novel  Iterative  Deconvolution  Algorithm for  System  Identification,”  Journal  of  Vibration  and Control, II: 985‐1003, 2005. 

Welsh,  P.  and  Evensen,  H.  A.,  "Vibrational  and  Sound Radiation  Properties  of  a  Double‐Layered  Diesel  Engine Gear Cover;" Paper 99NV‐95 SAE 1999 Noise and Vibration Conference, Traverse City, Michigan, May 1999. 

Spisak,  M.  and  Evensen,  H.  A.,  "Estimating  Vibrational Energy Flow in Plates using an Autoregressive Technique," Proceedings,  17th  Annual  Modal  Analysis  Conference, Kissimmee,  Florida,  Society  for  Experimental Mechanics, Bethel, Connecticut, February 1999.

Recent Funding  

NASA  (Co‐PI)  ($750,626)  Direct  Computational Simulations  and  Experiments  for  Internal  Con‐densing Flows’ System ‐ Instabilities/Dynamics in Micro‐Gravity and Terrestrial Environments 

USDA  Forest  Products  Laboratory  (Co‐PI) ($184,806) A Study to Examine the Use of Trans‐verse  Vibration  Nondestructive  Techniques  to Determine  Residual  Stiffness  and  Strength  of Timber Bridges 

Page 123: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

123

Research Highlights  

A catalyzed ceramic particulate matter filter is examined relative to  its effect on emissions and the passive regenera‐tion process within. The emissions are measured  relative  to their  size  distribution,  and  chemical/biological  character. Modeling relative to the pressure drop and mass of particu‐late matter in the filter is being developed.  A 1‐dimensional 2 layer single channel wall‐flow particulate filter model is being applied with output variables being  the outlet size distribu‐tion and particle concentration, the mass of  particulate mat‐ter  retained  in  the  filter, and  the mass oxidized by NO2 and thermal including the location in the filter where oxidation is taking  place.    The  diesel  laboratory  has  been  designed  to include  the  study  of  active  regeneration  of  the  particulate matter deposited in the filter.   

A new advanced  ceramic material  for diesel particulate filters  is being studied and  the pressure drop, active  regen‐eration characteristics, and the filtration efficiency of these filters will be compared to a conventional ceramic material being used on new heavy‐duty vehicles  in 2007.   A  lumped parameter model for the particulate filter  is being used to simulate  the  catalyzed particulate  filter  in  a  heavy‐duty  truck.   A Vehicle  Engine After‐treatment  System  Simulation (VEASS) was developed and is used for particulate filter and NOx control system studies. A model based control system is being simulated using VEASS to control the regeneration process.  A project is also underway to model the control of nitrogen oxides using a SCR catalyst which is modeled as part of the overall control system model. 

John H. Johnson  Research Professor and Presi‐

dential Professor Emeritus 

PhD, University of Wisconsin—Madison 

Advanced Power Systems           Research Center 

 

Areas of interest include        Internal combustion engines,   Diesels engines fuel economy  Air pollution,   Emissions modeling 

Recent Funding  

Dept of   Energy ($2.8M) Experimental Studies for DPF and SCR Model, Control System  , and OBD Development for Engines using Diesel and Biodiesel Fuels. 

John Deere Co. ($418,043) Modeling of a Diesel Oxidation Catalyst and a Catalyzed Particulate Filter (DOC‐CPF) Sys‐tem with Active Regeneration Using a Hydrocarbon Injection System 

International Truck & Engine  (Co‐PI)  ($252,830) System Level Modeling and Control  for Diesel engine PM and NOx After‐treatment 

John Deere Co. ($224,915) Modeling of a Continuously Regenerating Particulate Trap  in a Heavy‐Duty Diesel Engine with Cooled Low Pressure EGR 

Dow Automotive Corp. ($128,361) Characterization and Performance of Dow Automotive Advanced Ceramic Material Substrate for Diesel Particulate Filter 

International Truck & Engine (Co‐PI) ($119,644) Model Based Analysis and Investigation of Advanced Control Strate‐gies for an Integrated Urea‐SCR After‐Treatment System 

International Truck & Engine (Co‐PI) ($112,473) SCR Catalyst Modeling & Evaluation of Control Strategies for Nox Re‐duction in Diesel Engine Exhaust After‐Treatment 

 

Page 124: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

124

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Dissertation  

Antonio Triana Padilla Development of Models to Study the Emission, Flow, and Kinetic characteristics from Diesel Oxidation Catalysts and Particulate Filters (Co‐advisor) (2004) 

Master of Science in Mechanical Engineering 

Name  Thesis 

Rayomand H. Dabhoiwala An Experimental and Modeling Study of Two Diesel Oxidation Catalyst‐Catalyzed Particulate Filter Systems and the Effects of the Cracked Filter on its Performance (Co‐Advisor)(2007) 

Saurabh Mathur  Experimental Studies of an Advanced Ceramic Diesel Particulate Filter (Co‐Advisor)(2007) 

Rajesh N. Nair  Course work (2007) 

Andrew J. Peplinski  Course work (2007) 

Rajiv B. Nanjundareddy  Course work (2006) 

Kiran C. Premchand An Experimental and Modeling Study of the Filtration and Oxidation Characteristics of a Diesel Oxidation Catalyst and a Catalyzed Particulate Filter (2006) 

Mohammed Hasan The Filtration and Oxidation Characteristics of a Diesel Oxidation Catalyst and a Catalyzed Particulate Filter:  Develop‐ment of a 1‐D‐2 Layer Model (2005) 

Paramjot Singh An Experimental Study of Active Regeneration of an Advanced Catalyzed Particulate Filter by Diesel Fuel Injection Up‐stream of an Oxidation Catalyst (2005)                                  

Nishant Singh  Development of a Vehicle Engine After‐treatment System Simulation (VEASS) Model with Application to the Study of a Controls Design Strategy for Active Regeneration of (Co Advisor) (2004) 

Venkata R. Lakkireddy The Effect of an Advanced Oxidation Catalytic  Converter and a Catalyzed particulate Filter on the Emissions from a Heavy Duty Diesel Engine  (2004) 

Dr. Johnson continued from page 123 

Selected Publications  

Singh, S., Johnson, J. H., Parker G.G., and Yang, S.L., “Vehicle After‐treatment System Simulation (VEASS) Model: Ap‐plication to a Controls Design Strategy for Active Regeneration of a Catalyzed Particulate Filter”, SAE 2005 Transac‐tions Journal of Fuels and Lubricants, SAE Paper No. 2005‐01‐0970, Presented at SAE 2005 World Congress, April 11‐14, 2009. 

Parker, G., Johnson, J.H., Devarakonda, M., Strots, V., and Santhanam, S., “Model‐Based Estimation and Control Sys‐tem Development in a Urea‐SCR Aftertreatment System,” SAE International Journal of Fuels and Lubricants, Vol. 1, No. 1, pp. 646‐661, April 2009.  

Yang, S.‐L., Johnson, J.H., Triana, A.P., Hasan, M., “An Advanced 1D 2‐Layer Catalyzed Diesel Particulate Filter Model to Simulate: Filtration by the Wall and Particulate Cake, Oxidation in the Wall and Particulate Cake by NO2 and O2, and Regeneration by Heat Addition,” SAE 2006 Transactions Journal of Fuels and Lubricants, March 2007. 

Shende, A.S., Johnson, J.H., Yang, S.L. Bagley, S. T., and Thalagavara A. M., “The Filtration and Particulate Matter Oxi‐dation Characteristics of a Catalyzed Wall‐flow Diesel Particulate Filter: Experimental and 1‐D 2‐Layer Model Results,” SAE Paper No. 2005‐01‐0949, Presented at SAE 2005 World Congress, April 11‐14, 2005. 

Naber, J., Johnson, J.H., Bagley, S.T. , Singh, P., Thalagavara, A.M, “An Experimental Study of Active Regeneration of an Advanced Catalyze Particulate Filter by Diesel Fuel Injection Upstream of an Oxidation Catalyst,” SAE Transactions Journal of Fuels and Lubricants, Vol. 115, pp. 334‐357, April 2006. 

Page 125: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

125

V.C. Rao Komaravolu  Principal Lecturer 

PhD, Indian Institute of Technology 

 

Areas of interest include:   Thermodynamics, Heat transfer, 

Research Highlights  

Survey of heat transfer in electrical machines. 

Techniques  of  temperature  measurement  in  rotating systems. 

Prediction  of  temperature  distribution  in  electrical machines using network analyzer. 

Scale model studies of large capacity turbo‐generators. 

Studies on sprayer performance in deaerators 

Estimation  of  heat  transfer  coefficients  in  industrial steam turbines. 

Selected Publications  Rao,  K.V.C.,  “Effect  of  Cooling  Fluid  Properties 

and  Application  Variables  on  Heat  Transfer  in Turning  and  Boring  Operations”  Proceeding  of  ASME  Japan/USA  Symposium  on  Flexible Automation, Vol. 2, pp 1119‐1126, 1996. 

Eisele,  T.C.,  Rao,  K.V.C.,    and  Kawatra,  S.K., “Cycloning  and  Froth  Floatation  of  Scrubber Sludge  for  Pollution  Prevention”,  Proceedings Pollution  Prevention  in  the  Mining  &  Mineral Process Industries, 1995. 

Rao,  K.V.C.,  and  Sastri,  V.M.K.,  “Experimental Investigation for Fluid Flow and Heat Transfer in an  Elliptical Duct Rotating  about  a Parallel Axis Mahadevappa”, Experimental Heat Transfer, Vol. 6, pp 97‐109, 1993. 

Banherjee,  B.,  Rao,  K.V.C.,  Sastri,  V.M.K., “Transient  Free  Convective  Heat  Transfer  from Co‐rotating  Concentric  Disks”,  International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 33, No. 5, pp 1177‐1182, 1990. 

Josh Loukus  Instructor  PhD, Michigan Technological 

University  

Areas of interest include:  Nano‐ceramic particle dispersion,  

Manufacture of metal matrix 

Research Highlights  

Structural    light‐metal  components  can  be designed and built cost effectively by the tailoring of macro‐material properties by nano‐contituents in the reinforcements of mental matrix composites (MMC).  Control of both the ceramic reinforcement ‘preform’ manufacturing as well as squeeze casting capabilities are  paramount  to  the  successful  deployment  of  a cost‐effective MMC product. 

  Deployable  technologies  that  have  been developed  on  this  research  path  are:  (1)  Tile insulation  for  NASA,  (2)  Structural  braking components, (3) RF rapid drying technology, and (4) 

Selected Publications  

Dreyer, J.T., Pandit, S.M., Rickli, J.L., Camelio, J.A., Loukus, J.E., and Loukus, A.R., “Workpiece Defect Detection Using Piezoelectric Instrumented Fixtures for Machining of Metal Matrix Composites,” Transactions of NAMRI/SME, Vol. 36, pp. 81‐88, October 2008. 

Hathaway, R., Loukus, A., Johnson, C., Wood, T., Loukus, J., Halonen, A., Simula, G., Pikhovich, V., Coleman, B., Weiss, D., “Manufacturing Process Influence on Microstructural Features of Selectivity Reinforces Magnesium Metal Matrix Composites”, TMS Proceedings, (San Antonio, TX), 2006. 

Loukus,  J.E.,  Loukus,  A., Halonen,  A.,  “The  Effects  of  Processing Methods  on  the Mechanical  Properties  of  Cast Magnesium Metal matrix Composites,” AFS Interantion Conference on High Integrity Light Metal Castins, (Indianapolis, IN), November 2005.   

Page 126: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

126

Charles H. Margraves  Lecturer 

PhD, University of Tennessee—        Knoxville  

Director, Engineering Learning  Center  

Areas of interest include   Thermal, fluid, and bio‐processes 

at micro‐ and nano‐scale 

Research Highlights  Dr. Margraves is interested in visualizing and analyzing thermal, fluid and bio‐processes at the micro– and nano‐ scale levels using a variety of microscopy techniques; Fluorescence, Total In‐ternal Reflection Fluorescent,  DICM,  and IRCM. 

Selected Publications  

Choi, C.K., Margraves, C.H., English, A.E., and Kihm, K.D., "Multicontrast Microscopy Technique to Dynamically Finger‐print Live‐cell Focal Contacts during Exposure and Replacement of a Cytotoxic Medium," Journal of Biomedical Optics, Vol. 13, Issue 5, 054069, October 2008.  

Choi, C.K., Margraves, C.H., English, A.E., Kihm, K.D., "Dynamic Optical and Electrical Properties of Endothelial Cell Attachment on Indium Tin Oxide Bio‐electrodes," Journal of Biomedical Optics, Vol. 12, Issue 6, 064028, 2007. 

Choi, C.K., English, A.E., Kihm, K.D., Margraves, C.H., “Simultaneous Dynamic Optical and Electrical Properties of En‐dothelial Cell Attachment on Indium Tin Oxide Bioelectrodes,” Journal of Biomedical Optics, Vol. 12, No. 6, 064028, December 2007. 

Choi, C.K., Margraves, and Kihm K.D., “Examination of Near‐Wall Hindered Brownian Diffusion of Nanoparticles: Com‐parison to Theories by Brenner (1961) and Goldman et al. (1967),” Physics of Fluids, Vol. 19, No. 10, October 2007. 

Choi, C.K., Margraves, C.H., Kihm, K.D., "Examination of the Effect of Salinity on the Minimum Elevation of Nano‐particles using Ratiometric Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (R‐TIRFM) ," Experiments in Fluids, Vol. 

Page 127: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

127

Research Highlights   Dr. Predebon’s research includes mechanical behavior, characterization and processing of ceramics, shock deformation including microstructural effects and dynamic fracture of metals and ceramics,    impact phenomena, computer simula‐tion of wave phenomena, explosive‐metal  interaction and  fragmentation. His  research usually  involves experimental, analytical, and computational elements.       Predebon’s research in mechanical behavior and processing of alumina resulted in two patents.  This alumina has excep‐tional compressive and tensile strength properties which  increase with strain rate. It   has also  increased toughness. It has an enhanced dynamic yield strength (Hugoniot Elastic Limit) and spall strength. Potential applications are ceramic cutting tools, engine components (pistons, valves, etc.), bioceramics, electronic structures, and armor. 

William W. Predebon  Professor and Department  Chair 

PhD, Iowa State University 

Recent Funding  

Herny Luce Foundation/Clare Boothe Luce Program (Co‐PI) ($295,612) Clare Boothe Luce Scholar Program 

State of Michigan ($34,700) Nationally Visible Infra‐structure: The MTU Machining Education & Research Laboratories (MERL) 

Michigan Technological University ($34,158) MTU REF‐IE: ME‐EM Research Caucus Grant Writer 

Selected Journal Publications  

Staehler, J.M., Predebon, W.W., Pletka, B.J., and Subhash, G., “Micromechanisms of Deformation in High‐Purity Hot‐Pressed Alumina,” Material Science and Engineering  Jour‐nal A, Vol. 291, No. 1‐2, pp. 37‐45, October 2000. 

Lankford, J., Predebon, W.W., Staehler, J.M., Subhash, G., Pletka, B.J., and Anderson, C.L., “The Role of Plasticity as a  Limiting  Factor  in  the  Compressive  Failure  of  High Strength  Ceramics,” Mechanics  of Materials  Journal,  Vol. 29, No. 3‐4, pp. 205‐218, August 1998. 

Staehler, J.M., Predebon, W.W., Pletka, B.J., and Subhash, G., “Strain‐Rate Effects  in High‐Purity Alumina,” JOM, 47, No. 5,  60‐63, 1995. 

 

Selected Other Publications   Shapton, W.R., Zenner, P.F., Predebon, W.W., Sutherland, J.W., Banks‐Sikarskie, M.A., Artman, L.A.,   and Lins, P.A.,  “From the Classroom to the Boardroom: Distance Learn‐ing Undergraduate and Graduate Engineering Programs, A Global Partnership of  Industry and Academia”,  Interna‐tional  Conference  on  Engineering  Education  Proceedings (CD Format),  Oslo, Norway, August 6‐10, 2001, pp. 1‐6. 

White, C.L., Predebon, W.W., Wathne, E., and Larsen, P.K., “An  International  Industry/University  Collaboration: Norsk Hydro Michigan Tech/NTNU”,  International Confer‐ence  on  Engineering  Education  Proceeding  (CD  Format), 

Areas of interest include:  Ceramics,   Impact phenomena,  Wave propagation,   Computer simulation of explosive metal systems 

Page 128: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

128

William Shapton  Professor Emeritus 

PhD University of Cincinnati  

SAE Formula Car Advisor  

Areas of interest include   Design,            Kinematics,   Vibration,   Modal analysis,   Noise path analysis 

Research Highlights  

Dr. Shapton is involved in design and experimental modal analysis of dynamic structures. Recently, this has been combined with noise control techniques to study vehicle  noise,  vibration,  and  harshness.  Noise  path analysis  techniques are applied  to  track  the path  that vibration energy travels through a structure to attenu‐ate, interrupt, and control the resulting sound or vibra‐tion.  Study  of  the  sound  quality  may  indicate  what properties of the sound are most objectionable or de‐sirable  so  that  the  spectrum may  be  shaped  to  opti‐mize  the  selection  of  alternative  sound  or  vibration treatments. 

Selected Publications  

Predebon, W.W., Sutherland,  J.W., Shapton, W.R., Zenner, P.F., Banks‐Sikarskie, M.A., Artman, L.A., and Lins, P.A., “From the Classroom to the Boardroom: Distance Learning Undergraduate and Graduate Engineering Programs, A Global  Partnership  of  Industry  and Academia,”  International Conference on Engineering Education Proceedings  (CD Format), Oslo, Norway, August 6‐10, 2001, pp. 1‐6.  

Dyer, T. J., Noland, T. W., Shapton, W. R., and Thomas, R. S., “The Analysis of Frequency Domain Data from Designed Experiments,” Proceedings of the 1995 SAE Noise and Vibration Conference, Traverse City, Michigan, May 1995. 

Shapton, W. R., Poland,  J. B., and Lally, M., “Increased Test Throughput on Dynamometers  through a System Ap‐proach to Noise and Vibration Testing,” IMAC‐XIII, Society for Experimental Mechanics, Nashville, Tennessee, February 13‐16, 1995. 

Moshrefi, N.,  Shapton, W. R., Van Karsen,  C.,  and Wicks, A.,  “Estimation of Multiple  Input/Output  Frequency Re‐sponse Functions  in the Presence of Uncorrelated Noise,” Proceedings of the 7th International Modal Analysis Confer‐

Page 129: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

129

Research Highlights  

Vable  enjoys developing  and using  computa‐tional  tools  for  stress  analysis  and design.   He  is currently  developing  a  computer program  based on boundary element method that can be used for design  and  analysis  of  isotropic  and  anisotropic bodies by users  that have  little or no knowledge of the boundary element methodology. The com‐puter  program  is  called    BEAMUP‐Boundary  Ele‐ment  Analysis  from Michigan's Upper  Peninsula‐which will be available to students and  faculty of MTU for their research in the near future. 

 Vable  is also developing BEAMUP for analyz‐ing stresses near an  interface of  two  isotropic or anisotropic materials  and  conducts  research  into the pedagogy of teaching mechanics of materials. 

Madhukar Vable  Associate Professor 

PhD, University of Michigan  

Areas of interest include   Computational mechanics 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Dissertation  

Jaihind Reddy Maddi  hpr‐Mesh Refinement for the Boundary Element Method Analysis of Multiple Material Prob‐lems (2006) 

Selected Publications   Vable, M.,  “Resolution of Stress Gradients In Bonded Joints by Boundary Element Method” in Modeling of Adhesive 

Bonded Joints, Eds: L. Silvia and A. Oechsner Springer, Heidelberg, Germany (In Print).  

Vable, M., Intermediate Mechanics of Materials, Oxford University Press, New York, 604 pages (2008) (ISBN: 978‐0‐19‐518855‐4)  

Vable, M., Solution Manual for Intermediate Mechanics of Materials, Oxford University Press, New York, 520 pages, (2008) (ISBN: 978‐0‐19532926‐1)  

Vable, M., and Reddy, J., “Boundary Element Analysis of Inclusions with Corners,” Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol. 31, No. 9, pp. 762‐770, September 2007. 

Vable, M. and Maddi J. "Boundary Element Analysis of Adhesively Bonded Joints",  International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 26, pp. 133‐144, June 2006. 

Vable, M.,  “Integrating  Fracture Mechanics  into Undergraduate  Design.”  Proceedings of ASEE Annual  Conference, Nashville, June 12‐15, 2005. 

Vable, M., “Controlling Errors in the Process of Automating Boundary Element Method Analysis,” Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol. 26, pp. 405‐415, 2002. 

Vable, M., and Fox, M.E., “Tests for Multiple Materials Problems,” Boundary  Elements XXIV, eds. C.A. Brebbia, A. Ta‐deu, and V. Popov, pp. 731‐740, 2002. 

Page 130: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

130

Research Highlights  

     Plow blade shape optimization‐In order to exam‐ine whether  the cutting edge of plow blades could be optimized  for  ice  removal,  the mechanics of  re‐moving a  thin brittle  layer  (ice)  from a  strong  sub‐strate  (pavement) was studied. This study  involved the  finite  element  modeling  of  the  ice  layer  and pavement,  and  the  fracture  mechanics  associated with  debonding  the  ice  layer.  The  results  of  this study indicated that an optimized profile of the cut‐ting  edge  would  be  nearly  vertical,  and  that  the 

strength of the bond between the layer and substrate was the most important factor controlling ice removal. Magne‐toelastic deformation and buckling‐The deformation and buckling of ferromagnetic structural members placed within magnetic fields was examined  in this work, which developed a method to allow the  local magnetic field strength at the surface of a structural member to be calculated. Using this field, the forces resulting from the magnetic field could be accurately characterized and  the deformation predicted. While earlier studies had  resulted  in predictions of  the magnetic field strength required to cause buckling that were 50 to 100 percent in error, the buckling fields predicted 

by 

Carl R. Vilmann Associate Professor  PhD, Northwestern University  

Areas of interest include   Fracture mechanics,  Stress analysis,   Finite element methods,  Magnetoelasticity 

Selected Publications  

Yap, S. M., Vilmann, C. R., and Peach, M. O., “An Investigation Into Non‐Classical Magnetoelastic Bending and Buck‐ling of Ferromagnetic Thin Plates,” Proceedings of the 1994 Society for Experimental Mechanics Spring Conference, Bal‐timore, Maryland, pp. 14‐22, June 6‐8, 1994. 

Vilmann, C. R., and Nagaranthal, B., “Optimal Scraper Profiles for Promoting Interfacial Fracture,” Proceedings of the 1990 Computers in Engineering Conference and Exposition, Boston, Massachusetts, pp. 225‐32, August 5‐9, 1990. 

Passerello, C., Vilmann, C.R., Lychuk, W.M., Bradley, S.A., Lee, C., “Stress and Deformation Modeling of Multiple Ro‐tary Combustion Engine Trochoid Housing,” SAE International Congress and Exposition, Detroit, 1986.  

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Master of Science in  Mechanical Engineering 

Name  Thesis 

Mark A. Edmonds  Balancing Attributes within a Truck Underbody Sub‐System  (2006) 

Sangram A. Bagwe  Optimization of Bolted Joints for Sandwich   Composites (2005) 

Satyajit A. Lonkar   Design and Optimization of In‐Plane Adhesively Bonded Joint Between Sandwich panels (2005) 

Page 131: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

131

Research Highlights  

     Professor  Weinmann's  research  focuses  on manufacturing  processes with  emphasis  on metal forming  and  tribology  in metal working.  Currently he  is  designing/constructing  a  next‐generation, sheet‐metal drawing die Incorporating active draw‐beads to control the material flow  in the die. He  is involved in developing sensors capable of recording tangential and normal forces in sheet metal forming at  the  tool‐sheet  interfaces.  His  interests  also  ex‐tend  to  superplastic  forming of  automotive  sheet, and the mechanics of chip formation and tool life in machining. 

Klaus J. Weinmann  Research Professor  PhD, University of Illinois —  Urbana‐Champaign 

Professor Emeritus  

Areas of interest include   Sheet metal forming,   Tribology in metal  forming,   Metal cutting. 

Selected Publications  

Beard, J., Weinmann, K.J., and Emblom, W.J., “Strains Generated  In Selected Regions For An  Intelligent Die During Stamp Forming,” Transactions of the NAMRI/SME, Vol. 37, May 2009.  

Luckey, S.G., Friedman, P.A., and Weinmann, K.J. “Correlation of Finite Element Analysis to Superplastic Forming Ex‐periments,”  International Journal of Materials Processing  Technology,  Vol. 194, No. 1‐3, pp. 30‐37, November 2007. 

Khraisheh, M. K., Abu‐Farha, F.K.,  and Weinmann, K.J.,  “Investigation of  Post‐Superplastic Forming Properties  of AZ31 Magnesium Alloy,”  Annals of CIRP—Manufacturing Technology, Vol. 56, pp. 289‐292, May 2007. 

Emblom, W.J.,  and Weinmann, K.J., “The Correlation between Punch Forces and Wrinkling for a Sheet Metal Stamping Die with Adjustable Drawbeads,”  SAE Advances in Lightweight Materials: Casting and Aluminum and Achieving Light‐weight Vehicles, No. SP‐2105, Paper No. 2007‐01‐0422, April 2007. 

Klaus J. Weinmann, Luckey, S.G., Friedman, P.A., Xia, Z.C.  , “Simulation of Superplastic Forming using Explicit Finite Element Analysis,” SME Transactions of NAMRI, Vol.34, pp. 33‐37, May 2006. 

Luckey, S. G., Friedman, P.A., Xia, C., and Weinmann, K.J., “Correlation of Implicit  Finite Element Analysis to Superplas‐tic Forming Experiments,” Transactions of NAMRI of SME, Vol. 33, pp. 33‐40, August 2005. 

Neher, W., Weinmann, K.J., and Emblom, W.J., “Optimization of the Blankholder Thickness for Sheet Forming Using Finite Element Analysis,” Transactions of NAMRI of SME, Vol. XXIX, pp. 59‐66, 2001. 

Bohn, M. L., and Weinmann, K. J., “Open‐Loop Optimization of the Sheet Metal Drawing Process with Active Draw‐beads,” Transactions of NAMRI of SME, Vol. XXVIII, 2000. 

Recent Graduate Students (2004‐2009) 

Doctor of Philosophy 

Name  Dissertation  

William J. Emblom Closed‐Loop Control of the Sheet Metal Stamping Process with Active Drawbeads, a Flexible Blank‐holder, and Variable Active Blank Holder Forces  

George S. Luckey  Development of Finite Element Analysis Based Tools and Methods for the Design of Advanced Super‐plastic Forming Dies and Processes  

Master of Science in Mechanical Engineering 

Name  Thesis 

Cory M Arthur  Study of Clad Tubing Extrusion using the Finite Element Method (2008) 

Recent Funding  

Ford Motor Company ($59,120) Ford ‐ MTU Off‐Campus PhD Program: A Proposal for Advising Support Development of Hybrid Forming Dies for Super Plastic Forming in Aluminum Sheet 

Page 132: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

132

Robert Whipple  Research Engineer Scientist 

Research Highlights  

Technical roles performed in research activities in‐clude—design of experiments, design of experimental equipment, data acquisition to include installation and programming of computerized data acquisition sys‐tems, instrumentation selection and calibration, and data analysis with statistical comparisons. Projects include— 

Diurnal size changes in plants 

Stress wave propagation in underground hardrock mines 

Properties of finger bones 

Flow patterns and heat transfer of louvered fin heat exchanger 

Design of sporting equipment  Effects of  corona discharge on heat  transfer  and 

pressure drops in tubes 

Selected Publications  

Ohadi, M. M., Haase, R. A., Whipple, R. L., and Wouri, A. F., “A Basic Study on Ice Detachment from Road Surface Via High‐Pressure Abrasive Liquid Jets,” Proceedings of the 10th International Symposium on Jet Cut‐ting Technology, Amsterdam, Paper no. H‐3, October 1990. 

Nelson, D. A., Ohadi, M. M., Zia, S., and Whipple, R. L, “Electrostatic Effects on Pressure Drop in Tube Flows,” International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 11, No. 4, pp. 298‐302, 1990. 

Whipple, R. L., Ligon,  J. B., Burger, C. P., and Coffman, M. S., “Resistance Strain Gages as Physiological Transducers on Trees,” Experimental Mechanics, Vol. 16, No. 9, pp. 329‐36, September 1976. 

Page 133: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

133

Notes

Page 134: DEPARTMENT MECHANICAL ENGINEERING … Competition held in Alabama, and 2nd in a field of 65 at the SAE Mini Baja Competition in Oregon. The SAE Formula Car was 42 ...

134

 ME‐EM Mission 

Prepare Engineering students for successful careers  

ME‐EM Vision Be a nationally recognized mechanical engineering department that attracts, rewards,  

and retains the very best students, faculty, and staff —be a department of choice nationally  

Michigan Technological University is an equal opportunity education institution/equal opportunity  institution