Abstract The effect of microstructure on the mechanical properties of thermomechanically rolled and direct quenched wear resistant steel plates was investigated. The prior austenite morphology and transformed microstructure was studied and compared to tensile properties, impact toughness, hardness and bendability. Also, the effect of inclusion structure and texture on the mechanical properties was investigated. Decreasing the finishing rolling temperature increased the level of austenite pancaking. Centerlines of samples consisted mainly of auto-tempered martensite. With lower finishing rolling temperatures and higher reductions in the non-recrystallization regime the formation of polygonal ferrite and bainite increased at the subsurface layers. Lowering the finishing rolling temperature increased the intensity of {554} texture component at the centerline and {112} shear texture component at the subsurface layers. The impact toughness and strength were observed to increase with increasing austenite pancaking in mostly martensitic specimens. High fraction of polygonal ferrite seemed to have a detrimental effect on strength and impact toughness. Impact toughness is also impaired by the presence of coarse inclusions. Homogeneous, mostly martensitic microstructure through thickness seemed to ensure good bendability. Inhomogeneous, highly ferritic microstructure or structure with an intense {112} shear texture component in the subsurface layers combined with elongated MA islands near the surface resulted in the highest minimum bending radiuses. / Mikrorakenteen vaikutus kulutusterästen mekaanisiin ominaisuuksiin Tiivistelmä Työssä tutkittiin mikrorakenteen vaikutusta termomekaanisesti valssattujen ja suorasammutettujen kulutusteräslevyjen mekaanisiin ominaisuuksiin. Perinnäisen austeniitin morfologiaa sekä lopullista mikrorakennetta verrattiin vetokokeista, iskusitkeyskokeista, kovuusmittauksista ja särmäyskokeista saatuihin tuloksiin. Myös näytteiden sulkeumarakenteet sekä tekstuurit mitattiin, ja niitä verrattiin mekaanisiin ominaisuuksiin. Austeniitin litistymisen huomattiin lisääntyvän valssauksen lopetuslämpötilan laskiessa. Näytteiden keskilinjat koostuivat pääosin itsepäässeestä martensiitista. Matalammat valssauksen lopetuslämpötilat lisäsivät polygonaalisen ferriitin ja bainiitin muodostumista levyjen pintakerroksiin. Keskilinjojen {554}–tekstuurikomponentin, sekä pintakerrosten {112}–leikkaustekstuurin intensiteettien huomattiin kasvavan valssauksen lopetuslämpötilan laskiessa. Lujuus ja iskusitkeys paranivat austeniitin litistymisen lisääntyessä, kun rakenne oli pääosin martensiittinen. Kun näytteisiin muodostui runsaasti ferriittiiä, havaittiin iskusitkeyden ja lujuuden alenevan merkittävästi. Myös isokokoisten sulkeumien havaittiin olevan erittäin haitallisia iskusitkeyden kannalta. Homogeeninen, pääosin martensiittinen mikrorakenne takasi parhaat särmäystulokset. Huonoimmat särmäystulokset havaittiin näytteissä, joissa mikrorakenne oli epähomogeeninen sisältäen paljon ferriittiä, tai kun pinnan voimakas {112}–leikkaustekstuuri yhdistettiin valssaussuunnassa venyneisiin MA-saarekkeisiin pintakerroksissa.

Thesis (M.S.)--Utah State University, 2009. / Title from title screen (viewed Feb. 8, 2010). Department: Mechanical and Aerospace Engineering. Includes bibliographical references. Archival copy available in print.

Thesis (M.S.)--Utah State University, 2008. / Title from title screen (viewed Aug. 4, 2009). Department: Mechanical and Aerospace Engineering. Includes bibliographical references. Archival copy available in print.

Thesis (M.S.)--Utah State University, 2010. / Title from title screen (viewed July 19, 2010). Department: Mechanical and Aerospace Engineering. Includes bibliographical references. Archival copy available in print.

国立情報学研究所で電子化したコンテンツを使用している。

In this Licentiate of Engineering thesis, a method is proposed that identifies the mechanical properties of arteries in vivo. The mechanical properties of an artery are linked to the development of cardiovascular diseases. The possibility to identify the mechanical properties of an artery inside the human body could, thus, facilitate disease diagnostization, treatment and monitoring. Supplied with information obtainable in the clinic, typically limited to time- resolved pressure-radius measurement pairs, the proposed in vivo parameter identi- fication method calculates six representative parameters by solving a minimization problem. The artery is treated as a homogeneous, incompressible, residual stress- free, thin-walled tube consisting of an elastin dominated matrix with embedded collagen fibers referred to as the constitutive membrane model. To validate the in vivo parameter identification method, in silico arteries in the form of finite element models are created using published data for the human abdominal aorta. With these in silico arteries which serve as mock experiments with pre-defined material parameters and boundary conditions, in vivo-like pressure-radius data sets are generated. The mechanical properties of the in silico arteries are then determined using the proposed parameter identification method. By comparing the identified and the pre-defined parameters, the identification method is quantitatively validated. The parameters for the radius of the stress-free state and the material constant associated with elastin show high agreement in case of healthy arteries. Larger differences are obtained for the material constants associated with collagen, and the largest discrepancy occurs for the in situ axial prestretch. For arteries with a pathologically small elastin content, incorrect parameters are identified but the presence of a diseased artery is revealed by the parameter identification method. Furthermore, the identified parameters are used in the constitutive membrane model to predict the stress state of the artery in question. The stress state is thereby decomposed into an isotropic and an anisotropic component which are primarily associated with the elastin dominated matrix and the collagen fibers, respectively. In order to assess the accuracy of the predicted stress, it is compared to the known stress state of the in silico arteries.  The comparison of the predicted and the in silico decomposed stress states show a close agreement for arteries exhibiting a low transmural stress gradient. With increasing transmural stress gradient the agreement deteriorates. The proposed in vivo parameter identification method is capable of identifying adequate parameters and predicting the decomposed stress state reasonably well for healthy human abdominal aortas from in vivo-like data. / In diesem Lizentiat der Ingenieurwissenschaften wird eine Methode zur Identifikation der mechanischen Eigenschaften von Arterien in vivo vorgestellt. Die mechanischen Eigenschaften einer Arterie sind mit der Ausbildung kardiovaskulärer Krankheiten verknüpft und deren Identifikation hat daher das Potenzial die Diagnose, die Behandlung und die Überwachung dieser Krankheiten zu verbessern. Basierend auf klinisch möglichen Messungen, die üblicherweise auf ein zeitaufgelöstes Druck-Radiussignal limitiert sind, werden sechs repräsentative Parameter durch Lösen eines Minimierungsproblems berechnet. Die sechs Parameter sind dabei die Eingangsparameter des zur Hilfe gezogenen konstitutiven Schalenmodells welches eine Arterie als eine homogene, inkompressible, restspannungsfreie und dünnwandige Röhre beschreibt. Weiterhin wird angenommen, dass die Arterienwand aus einer elastindominierten Matrix mit eingebetteten Kollagenfasern besteht. Um die in vivo Parameteridentifikationsmethode zu validieren, werden in silico Arterien in Form von Finite Elemente Modellen erstellt. Diese in silico Arterien beruhen auf publizierten Materialparametern der menschlichen Abdominalaorta und dienen als Pseudoexperimente mit vordefinierten mechanischen Eigenschaften und Randbedingungen. Mit diesen Arterien werden in vivo-ähnliche Druck-Radiussignale erstellt und anschliesend werden ihre mechanischen Eigenschaften mit Hilfe der Parameteridentifikationsmethode bestimmt. Der Vergleich der identifizierten und der vordefinierten Parameter ermöglicht die quantitative Validierung der Methode. Die Parameter des spannungsfreien Radius und der Materialkonstanten für Elastin weisen hohe Übereinstummung im Falle gesunder Arterien auf. Die Abweichung der Materialkonstanten für Kollagen sind etwas gröser und der gröste Unterschied tritt beim axialen in situ Stretch auf. Für Arterien mit einem pathologisch geringen Elastinbestandteil werden falsche Parameter identifiziert, wobei die Parameteridentifikationsmethode eine krankhafte Arterie offenlegt. Weiterhin werden mit Hilfe der identifizierten Parameter und des konstitutiven Schalenmodells der Spannungszustand in der Arterienwand berechnet. Dieser ist dabei aufgeteilt in einen isotropen und einen anisotropen Anteil. Der isotrope Anteil wird mit der elastindomierten Matrix und der anisotrope Anteil mit den Kollagenfasern verknüpft. Um die Genauigkeit des berechneten Spannungszustandes beurteilen zu können, wird dieser mit dem Zustand in den in silico Arterien verglichen. Im Fall von Arterien, die einen geringen transmuralen Spannungsgradienten aufweisen, entspricht der berechnete Spannungszustand dem in silico Zustand. Mit zunehmendem transmuralen Spannungsgradienten lässt die Übereinstimmung nach. Für die gesunde menschliche Abdominalaorta ist die entwickelte in vivo Parameteridentifikationsmethode in der Lage, basierend auf in vivo-ähnlichen Messsignalen, adäquate Parameter zu identifizieren und einen zufriedenstellenden Spannungszustand zu berechnen. / I denna licentiatavhandling föreslås en metod för att identifiera mekaniska egenskaper hos artärer in vivo. De mekaniska egenskaperna är kopplade till utvecklingen av hjärt-kärlsjukdomar, och möjligheten att identifiera dessa egenskaper skulle således kunna underlätta diagnostisering, behandling och uppföljning av dessa sjukdomar. Den förslagna metoden använder kliniskt mätbara tryck-radie-signaler och löser ett minimeringsproblem för att bestämma sex parametrar som beskriver kärlets mekaniska egenskaper. Artären modelleras som ett homogent, inkompressibelt och spänningsfritt tunnväggigt rör där kärlväggen utgörs av en elastindominerad matris armerad med inbäddade kollagenfibrer. För att validera parameteridentifieringen skapas en uppsättning representativa, virtuella artärer med hjälp av finita element. Dessa in silico-artärer baseras på publicerade data för mänsklig bukaorta och används för att generera fiktiva tryckradie-signaler vilka sedan matas in i den förslagna modellen. Genom att parametrar och randvillkor för in silico-artärerna är kända fungerar dessa som en kontroll mot vilka resultatet från parameteridentifieringen kan jämföras. Parametrarna som beskriver den icke trycksatta radien och den elastindominerade matrisen visar god överensstämmelse med de in silico-artärerna för friska kärl. Större diskrepans erhålls för de parametrar som associeras med kollagenet, och den största avvikelsen erhålls för den parameter som beskriver den axiella försträckningen. För artärer med patologiskt lågt elastininnehåll identifieras felaktiga parametrar, men resultatet avslöjar ändå tydligt en sjuk artär. De identifierade parametrarna har också använts för att jämföra spänningstillst åndet i membranmodellen och in silico-artäreren. Spänningstillståndet har delats upp i en isotrop och en anisotrop komponent svarande mot, i huvudsak, den elastindominerade matrisen samt kollagenfibrerna. Resultatet visar en mycket god överensstämmelse för bägge komponenterna hos in silico-artärer med låg spänningsgradient genom väggen. Med ökande spänningsgradient försämras dock överensstämmelsen. Resultatet visar att den förslagna metoden är kapabel att identifiera adekvata parametrar och att förutsäga spänningskomponenterna i en frisk aorta.

Diss. (sammanfattning) Luleå : Luleå tekniska univ., 2001. / Härtill 5 uppsatser.

Licentiatavhandling (sammanfattning) Stockholm : Kungliga Tekniska högskolan, 2006. / Härtill 4 uppsatser.

In this project, a mechanical system for transferring a silica nanoparticle is designedand implemented. This system is based on a mobile optical trap which enables 3Dmanipulation of a nanoparticle in high vacuum condition. The silica nanoparticle withdiameter 177nm is trapped at ambient pressure in first chamber called loading chamberat wavelength 1565nm. Then the pressure of loading chamber is reduced by vacuumpump to 10−5−10−6mbar. The second chamber is always kept in high vacuum. There isa vacuum valve between two chambers which isolates them from each other. As we openthe valve, the pressure inside the both chambers would be equilibrated. The trappednanoparticle is transferred to the second chamber with the distance around 20-25cm inless than 20-30 seconds with macroscopic scale resolution. During this long range transfer,we are able to perform microscopic transfer due to the presence of three nanopositionersaligned with three axes. No feedback system is used to stabilize particle motion for lowerpressure. / I detta master examensarbete ett mekaniskt system för överflyttning av en kiselnanopartikelär utformad och implementerad. Detta system bygger på en mobil optisk fälla sommöjliggör 3D manipulering av en nanopartikel i högt vakuumtillstånd. Kiselnanopartikelmed 177nm diameter fångas vid omgivningsryck och vid våglängden 1565nm i förstakammaren såkallad laddningskammaren. Sedan reduceras trycket i laddningskammarenmed vakuumpump till 10−5−10−6mbar. Den andra kammaren hålls alltid i högvakuum.I syfte att isolera dessa tvåkammare ifrån varandra finns det en vakuumventil emellankammarna. När ventilen öppnas trycket inne i båda kamrarna hålls i jämvikt ochden fångade nanopartikel överförs till den andra kammaren på en avståndet runt 20-25cm, på mindre än 20-30 sekunder med makroskopisk skala upplösning. Under dennalånga överföringsintervall, har vi möjlighet att utföra mikroskopisk överföring pågrundav närvaron av tre nanopositioners inriktade med tre axlar. Inget återkopplingssystem används för att stabilisera partikelrörelse för lägre tryck.

När ett ställdon får som krav att kunna överföra höga krafter i relativt höga hastigheter med en dessutom väldigt hög precision är elektromekaniska ställdon oftast att föredra. En traditionell pinjong-kuggstång-uppställning uppfyller vissa av de kraven, men om kraften ska ökas behövs det fler än ett pinjongpar. Begränsningar på tillverkningsprecisionen för dessa kugghjul gör att deras ansättning på kuggstången blir omöjlig för uppsättningar med fyra eller åtta pinjongpar eftersom ett sådant ställdon blir statiskt överbestämt och på grund av tillverkningstoleranser kan det bli svårt att erhålla jämn lastfördelning mellan pinjongerna. Därför utvecklade företaget Cascade Drives innovativa kugghjul (cdGear) med s.k. Flex Units som har en självinställningsfunktion i själva kugghjulen vilken tillgodogör för tillverkningstoleranser och spelet som ska undvikas. Flex Units består av bl.a. av gummielement som förutom att tillåta enstaka pinjongers rotation för inställning även har en mycket bra dämpningsförmåga, särskilt vad det gäller plötsliga stötlaster. Stötbelastningar förekommer ofta vid drift av arbetsmaskiner där Cascade Drives-ställdonet har hittat sin största användning. Plötsliga och höga stötbelastningar, som t.ex. när en grävmaskin kör in i ett gupp eller en snöröjare kör på en kantsten kan påverka maskinkomponenternas livslängd betydligt. Ett eventuellt maskinhaveri riskerar skador på både fordonet, föraren och omgivningen. Rapporten redogör för hur en teoretisk modell byggdes upp för att matematiskt beskriva dessa stötbelastningar och metoder som användes i datorprogrammet MATLAB för att beskriva det dynamiska förloppet i ställdonet under stötbelastningens inverkan. Ytterligare redogörs avgränsningar som görs på modellen och tills slut ges förslag på möjliga förbättringar för vidare arbete med modellen. Projektets syfte är inte att utvärdera hela Cascade Drives-ställdonet utan endast skapa en modell som kan tillämpas på alla möjliga scenarion av stötmoment. Rapporten innehåller några exempel på stötbelastningar och redogör för hur de påverkar olika kugghjul som ingår i ställdonet och hur det påverkar maskinen i sin helhet. För de scenarion som MATLAB-koden testades för noteras en mycket god dämpningsförmåga även vid förhållandevis höga laster (flera ton av last). Detta tack vore de patenterade flexenheterna och gummikutsarna, som kan dimensioneras och väljas för material beroende på tillämpningsområde och det tillåtna monteringsutrymmet i ställdonet. Denna modell baseras på dimensioner och materialdata tillförda av uppdragsgivaren för det aktuella ställdonet. Mer noggranna värden och en bättre kännedom om tillämpningsområdet skulle ge möjligheter för omdimensionering av flexenheterna och en mer optimal dämpnings- och momentöverföringsfunktion i ställdonet. / When requirements for an actuator include big momentum, fast transfer of the forces with a very high positioning precision, electro-mechanical actuators are often the constructor's first choice. A traditional rack-pinion setup answers to some of the requirements, but if the goal is to increase the forces which the rack undergoes, more than one pair of pinions is necessary. Production limitations, inevitable tolerances and gaps as a result make it almost impossible to have setups of four or eight pinion-pairs on one single rack because a such actuator would be statically overdetermined and out of manufacturing costs it can be difficult to procure equal load distribution between the pinions. Overcoming this challenge helped the company called Cascade Drives based in Stockholm, Sweden, to patent a new type of gear they call cdGear. CdGear give pinion the ability to position itself to the rack automatically, due to the rubber parts inside the gear that also work as shock load-absorbers for the whole actuator. Shock loads are very frequent in the type of work where these actuators found their biggest application. Heavy-duty machines are often exposed to sudden and high loads on their moving parts, i.e. when an excavator drives over a bump or a snow-plowing machine drives into a curbstone. The sudden impact on the working parts will cause a greater stress on the equipment, shorten its lifespan and a machine part's failure can even cause serious damage on workers, machine, and the environment. This thesis describes a theoretical model created for the purpose of calculating the effects of shock loads on the actuator based on the mathematical description of gear behaviour during the impact. It also includes the methods used to create a model in MATLAB that simulates the dynamical forces, model's limitations, and suggestions on how to improve its accuracy. This project does not aim to improve the overall performance of the Cascade Drives-actuator, but rather deliver a sufficient virtual model that works for the most shock load scenarios, that in the end will give the commissioner useful data and clues on how to improve their product. The thesis does include a few different shock load scenarios that prove the code's functionality and give answers to how some shock loads affect gears inside the actuator and performance of the machine itself. For the virtual tests done Cascade Drives-actuator performs very good in damping the shock loads, even when the loads reach a corresponding force of a few tons. CdGear and elasticity inside its rubber parts are the main reason why the actuator performs so well, and the rubber parts inside the gear can be changed in respect to the application and the mounting space allowed. The model described in the report includes dimensions and material's data provided by the commissioner for the actuator in question. More exact and relevant results can be acquired if the input values are more precise, and the area of usage is described in more detail. More optimal rubber parts inside the CdGear would result in a better performing actuator that besides being able to transfer huge torque also could absorb the inevitable shock loads in a very satisfactory manner.