Ziel dieser Arbeit ist die Simulation der Deformation von Bauteilen, welche aus nahezu inkompressiblem Material bestehen. Dabei soll sich das Material sowohl linear als auch nichtlinear elastisch verhalten können. Zusätzlich soll die Belastung des Bauteils beliebig gewählt werden können, das heißt, es sollen kleine als auch große Deformationen möglich sein.

This thesis is the result of the investigation and solution of a mechanicalproblem regarding flywheel malfunctions. A flywheel is, in short, a devicethat relies on a rotating object’s moment of inertia to store energy overshort time spans. This project is part of the development of a fourthflywheel prototype at the division for electricity at Uppsala university,which uses magnetic levitation to keep a hollow cylinder rotating at veryhigh speeds inside a vacuum chamber. Should the magnets fail however, orsome other error occur that leads to an uncontrolled state of rotation, thecylinder needs to be stabilized mechanically by a device usually referredto as ‘back-up bearing’. This contraption might, like an airbag of a car,never be used but needs to be included if an emergency occurs to protectother parts of the flywheel which would otherwise be destroyed by theunrestrained rotor. A theoretical pre-study was conducted to determine what challenges andrespective solutions the design of such a device would encounter, forexample the amount of energy in the rotor and possible ways to dissipate itin the event of a malfunction. The benefits and downsides of materials andmachine elements such as bearings were investigated in order to design aset of backup bearings. The modelling was done using SolidWorks, which wasalso used to conduct thermal and mechanical simulations on differentconcepts. MatLab was used for calculations, using formulae from themanufacturers and from different websites. The project concluded that the sheer energy of the flywheel at top speedpresents considerable thermodynamic difficulties. A solution capable ofhandling this was however achieved, albeit barely. Unfortunately onlysimulations and calculations confirm this result as no practicalexperiments could be conducted, therefore caution is advised in futureexperiments where the flywheel speed approaches maximum levels.

This thesis project is about designing and developing an already existing testing device for a new invented Doctor Blade. A doctor blade is a blade used for creping tissue paper of a rotating cylinder, Yankee Cylinder. The old testing device was incomplete in a way that a rotating cylinder was missing, hence the tested blade is not loaded properly. The old testing device already contained the doctor blade holding device and the pulling device (pulling the creping blade). These two devices are transferred to the new testing device without any redesign within them. The adding of a rotating cylinder/roller required some new redesign regarding the testing device. The main beam (beam carrying all elements) is replaced with a larger one in order to fit the roller and is elongated in order to run longer tests. The new beam has a larger cross section in order to minimize the risk of bending. The main beam is supplied with five small beams, welded onto it, three for attaching the holding device and two for attaching the roller. The dimensions of these small beams are chosen in order to put the roller on the right position according to the creping blade. An electric motor is added to the new testing device in order to drive the roller with a chain. This required two sprockets, one for the motor and one for the roller shaft. The sprockets are chosen with a pitch diameter ratio matching the gearing required. FMEA-analysis is done on the whole design where five failure modes were chosen to be included, bending of the main beam and motor beam, screw joints of the same beams and sprocket-chain mechanism. Some FEM-analysis was required in order to detect the bending of the beams and measuring the loading on the screw joints. The screw joint loading achieved from the FEM-analysis is used for the theoretical screw joint calculations. The FMEA-analysis implied that four of the analyzed failure modes have acceptably low risk factor and dos not require any further actions. However one received a high risk factor, the chain-sprocket mechanism, the risk of clamping fingers. This is solved by adding a protecting house/shell made of sheet metal. Measurements were done on the old and the new testing device regarding the required force for pulling the creping blade and the pressure distribution between the creping blade and the beam (and roller in the new testing device). The improvement of the pulling force values is rather due to the new designed doctor blade than due to the new testing device. The new testing device is however more appropriate than the old one hence the added roller and the tests shows that it is functional as well. / Projektet handlar om design och utveckling av en redan existerande testrigg för ett nyuppfunnet kräppningsblad. Ett kräppningsblad är det bladet som just kräpper av papper från en roterande cylinder, s.k. Yankee Cylinder. Den gamla testriggen var inte komplett och saknade en roterande cylinder, därav kräppningsbladet belastades inte ordentligt. Den gamla testriggen innehöll redan en hållaranordning för kräppningsbladet och en dragstation (som drar kräppningsbladet). Dessa två delar förflyttades till den nya testriggen utan några korrigeringar. Tillägget av en roterande cylinder/vals krävde ny design för den nya testriggen. Huvudbalken (balken som bar alla delar) ersattes av en större balk för att den nya valsen ska få plats. Nya balken är även längre i syfte att kunna köra längre tester. Tvärsnittsarean hos den nya balken är större i syfte att minimera risken för böjning. Fem små balkar är fastsvetsade i den nya huvudbalken, tre för fästning av hållaranordningen och två för fästning av valsen. Placeringen av dessa fem balkar valdes i syfte att placera valsen i rätt position enligt kräppningsbladet. En elektrisk motor tillfördes till den nya testriggen i syfte att driva valsen med en kedja. Detta krävde två nya kugghjul, en för motorn och en för valsaxeln. Delningsdiametern för de två kugghjulen valdes med en viss kvot som motsvarar den utväxlingen som krävs. FMEA-analys utfördes på hela testriggen dör fem olika haveriorsaker inkluderades, böjning av huvudbalken och motorbalken, skruvförbanden på dessa två balkar och till sist kugghjul-kedja mekanismen. FEM-analys krävdes för beräkningar av böjningen på balkarne och för belastningen på skruvförbanden. Belastningen på skruvförbanden uppnåd från FEM-analysen användes senare i de teoretiska beräkningarna av skruvförbanden. FMEA-analysen angav att fyra av de fem analyserade haveriorsakerna har accepterad låg riskfaktor och kräver inga åtgärder. Dock så visade det sig att en haveriorsak fick en för hög risk faktor, kugghjul-kedja mekanismen, risken att klämma fingrar.Detta problem löstes med hjälp av att designa ett skyddshus /skal av plåt. Mätningar gjordes på den gamla och den nya testriggen på dragkrafter och tryckfördelning mellan kräppningsblad och balk (vals i den nya testriggen). Förbättringen av värden på dragkrafterna beror mer av det nydesignade kräppningsbladet än av den nya testriggen. Hursomhelst är den nya testriggen lämpligare än den gamla med tanke på tillförseln av valsen och dessutom så visar testerna att den är funktionell.

The aim of this master’s thesis is to determine the effective material properties of cancellous bone. In the first part of this work, finite element models are used for numerical homogenization of trabecular structures. It is shown that the applied boundary conditions have a strong influence on the effective material properties. To this end, different boundary condition are opposed and discused. In the second part, the Levenberg-Marquardt method is used to identify the preferred direction. Furthermore, it is shown that cancellous bone can be modelled as a transverse isotropic material. Finally, the homogenized continua are compared with the microstructural models of cancellous bone. / Ziel der Masterarbeit ist die Bestimmung der effektiven Materialparameter von spongiösem Knochen (lat. spongia „Schwamm“). Die numerische Homogenisierung von Trabekelstrukturen erfolgt mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. Es wird gezeigt, dass die verwendeten Randbedingungen einen starken Einfluss auf die effektiven Materialparameter ausüben. Die verschiedenen Randbedingungen werden dazu gegenübergestellt und diskutiert. Im zweiten Teil erfolgt mit Hilfe des Levenberg-Marquardt-Verfahrens die Identifizierung von ausgezeichneten Richtungen.Weiterhin wird gezeigt, dass die Spongiosa näherungsweise als transversalisotropes Material modelliert werden kann. Am Ende erfolgt der Vergleich des homogenen Ersatzkontinuums mit dem Mikrostrukturmodell der Spongiosa.

The report aims to describe the austenitic stainless steel Sanicro 25 from a thermomechanical point of view. The thermal and mechanical properties of the material make it suitable for use in coal – and thermal power plants. By the use of Sanicro 25 it would be possible to bring the efficiency of these plants up while bringing the carbon emissions down.A material model is created from material testing and validated through simulation in the finite element software Abaqus. The model that has been derived describes the material behavior during loading and stress relaxation for the first cycle in a thermomechanical fatigue test well. The unloading part of the cycle however cannot be described correctly by the use of this model. / Rostfritt

Software packages for the numerical solution of partial differential equations (PDEs) using the finite element method are important in different fields of research. The basic data structures and algorithms change in time, as the user\'s requirements are growing and the software must efficiently use the newest highly parallel computing systems. This is the central point of this work. To make efficiently use of parallel computing systems with growing number of independent basic computing units, i.e.~CPUs, we have to combine data structures and algorithms from different areas of mathematics and computer science. Two crucial parts are a distributed mesh and parallel solver for linear systems of equations. For both there exists multiple independent approaches. In this work we argue that it is necessary to combine both of them to allow for an efficient and scalable implementation of the finite element method. First, we present concepts, data structures and algorithms for distributed meshes, which allow for local refinement. The central point of our presentation is to provide arbitrary geometrical information of the mesh and its distribution to the linear solver. A large part of the overall computing time of the finite element method is spend by the linear solver. Thus, its parallelization is of major importance. Based on the presented concept for distributed meshes, we preset several different linear solver methods. Hereby we concentrate on general purpose linear solver, which makes only little assumptions about the systems to be solver. For this, a new FETI-DP (Finite Element Tearing and Interconnect - Dual Primal) method is proposed. Those the standard FETI-DP method is quasi optimal from a mathematical point of view, its not possible to implement it efficiently for a large number of processors (> 10,000). The main reason is a relatively small but globally distributed coarse mesh problem. To circumvent this problem, we propose a new multilevel FETI-DP method which hierarchically decompose the coarse grid problem. This leads to a more local communication pattern for solver the coarse grid problem and makes it possible to scale for a large number of processors. Besides the parallelization of the finite element method, we discuss an approach to speed up serial computations of existing finite element packages. In many computations the PDE to be solved consists of more than one variable. This is especially the case in multi-physics modeling. Observation show that in many of these computation the solution structure of the variables is different. But in the standard finite element method, only one mesh is used for the discretization of all variables. We present a multi-mesh finite element method, which allows to discretize a system of PDEs with two independently refined meshes. / Softwarepakete zur numerischen Lösung partieller Differentialgleichungen mit Hilfe der Finiten-Element-Methode sind in vielen Forschungsbereichen ein wichtiges Werkzeug. Die dahinter stehenden Datenstrukturen und Algorithmen unterliegen einer ständigen Neuentwicklung um den immer weiter steigenden Anforderungen der Nutzergemeinde gerecht zu werden und um neue, hochgradig parallel Rechnerarchitekturen effizient nutzen zu können. Dies ist auch der Kernpunkt dieser Arbeit. Um parallel Rechnerarchitekturen mit einer immer höher werdenden Anzahl an von einander unabhängigen Recheneinheiten, z.B.~Prozessoren, effizient Nutzen zu können, müssen Datenstrukturen und Algorithmen aus verschiedenen Teilgebieten der Mathematik und Informatik entwickelt und miteinander kombiniert werden. Im Kern sind dies zwei Bereiche: verteilte Gitter und parallele Löser für lineare Gleichungssysteme. Für jedes der beiden Teilgebiete existieren unabhängig voneinander zahlreiche Ansätze. In dieser Arbeit wird argumentiert, dass für hochskalierbare Anwendungen der Finiten-Elemente-Methode nur eine Kombination beider Teilgebiete und die Verknüpfung der darunter liegenden Datenstrukturen eine effiziente und skalierbare Implementierung ermöglicht. Zuerst stellen wir Konzepte vor, die parallele verteile Gitter mit entsprechenden Adaptionstrategien ermöglichen. Zentraler Punkt ist hier die Informationsaufbereitung für beliebige Löser linearer Gleichungssysteme. Beim Lösen partieller Differentialgleichung mit der Finiten Elemente Methode wird ein großer Teil der Rechenzeit für das Lösen der dabei anfallenden linearen Gleichungssysteme aufgebracht. Daher ist deren Parallelisierung von zentraler Bedeutung. Basierend auf dem vorgestelltem Konzept für verteilten Gitter, welches beliebige geometrische Informationen für die linearen Löser aufbereiten kann, präsentieren wir mehrere unterschiedliche Lösermethoden. Besonders Gewicht wird dabei auf allgemeine Löser gelegt, die möglichst wenig Annahmen über das zu lösende System machen. Hierfür wird die FETI-DP (Finite Element Tearing and Interconnect - Dual Primal) Methode weiterentwickelt. Obwohl die FETI-DP Methode vom mathematischen Standpunkt her als quasi-optimal bezüglich der parallelen Skalierbarkeit gilt, kann sie für große Anzahl an Prozessoren (> 10.000) nicht mehr effizient implementiert werden. Dies liegt hauptsächlich an einem verhältnismäßig kleinem aber global verteilten Grobgitterproblem. Wir stellen eine Multilevel FETI-DP Methode vor, die dieses Problem durch eine hierarchische Komposition des Grobgitterproblems löst. Dadurch wird die Kommunikation entlang des Grobgitterproblems lokalisiert und die Skalierbarkeit der FETI-DP Methode auch für große Anzahl an Prozessoren sichergestellt. Neben der Parallelisierung der Finiten-Elemente-Methode beschäftigen wir uns in dieser Arbeit mit der Ausnutzung von bestimmten Voraussetzung um auch die sequentielle Effizienz bestehender Implementierung der Finiten-Elemente-Methode zu steigern. In vielen Fällen müssen partielle Differentialgleichungen mit mehreren Variablen gelöst werden. Sehr häufig ist dabei zu beobachten, insbesondere bei der Modellierung mehrere miteinander gekoppelter physikalischer Phänomene, dass die Lösungsstruktur der unterschiedlichen Variablen entweder schwach oder vollständig voneinander entkoppelt ist. In den meisten Implementierungen wird dabei nur ein Gitter zur Diskretisierung aller Variablen des Systems genutzt. Wir stellen eine Finite-Elemente-Methode vor, bei der zwei unabhängig voneinander verfeinerte Gitter genutzt werden können um ein System partieller Differentialgleichungen zu lösen.

In this thesis I argue that science fiction is not a genre exclusively made up of written texts but a community or series of communities. I examine the science fiction community's engagement with questions of femeninity, masculinity, sex and sexuality over the past seventy years, that is from 1926 until 1996. My examination of this engagement is centred on the battle of the sexes, the lives of James Tiptree, Jr. and the Award named in Tiptree's honour. I make connections between contemporary feminist science fiction and the earliest pulp science fiction engagements with sex and sexuality.

No description available.

Ce travail de recherche présente la modélisation du comportement mécanique des matériaux granulaires cohésifs par une approche multi-échelle en combinant la méthode des éléments finis (FEM) et la méthode des éléments discrets (DEM). A l'échelle microscopique, la DEM est utilisé pour modéliser un assemblage granulaire alors qu'à l'échelle macroscopique, la solution numérique est obtenue par la FEM. Afin de faire un pont entre l'échelle micro et macroscopique, un Volume Elementaire Représentative (VER) est considéré dans lequel la contrainte suite à une déformation imposée résulte d'un calcul numérique de type DEM. Par cette manière, la loi numérique constitutive est déterminé par la modélisation de la microstructure, et par conséquent prenant en compte les natures des matériaux granulaires. Après avoir achevé à construire la loi numérique, on propose d'étudier les propriétés de cette loi incrémentale en terme des enveloppes de réponse Gudehus, et des analyses en bande de cisaillement. Cet étude nous permet d'avoir une vision générale sur cette nouvelle loi. Dans cette contribution numérique multi-échelle, en implémentant la loi numérique DEM dans un code de calcul par éléments finis, un outil numérique est obtenu et utilisé à simuler des essais menés au laboratoire. Des résultats obtenus produisant la localisation de la déformation en bandes de cisaillement seront analysés et discutés. / This thesis presents a multi-scale modeling approach of cohesive granuar materials in combining the Finite Element Method (FEM) and the Discrete Element Method (DEM). At microscopic level, a DEM is used to model dense grains packing. At the macroscopic level, the numerical solution is obtained by a FEM. In order to bridge the micro and macro scales, the concept of Representative Elementary Volume (REV) is applied, in which the average REV stress and the consistent tangent operators are obtained in each macroscopic integration point as the results of DEM's simulation. In this way, the numerical constitutive law is determined through the detailed modeling of the microstructure, therefore taking into account the nature of granular materials. After completing the building of numerical law, we aim to investigate the properties of this incremental law in terms of the response envelopes Gudehus and the shear band analysis. This study allows us to better understand this new constitutive law. On the side of multi-scale numerical contribution, the numerical law DEM is implemented in a finite elements code. The numerical tool obtained is used to simulate a series of biaxial test in plane strain condition and the hollow cylinder test in laboratory. Macroscopic strain localization is observed and discussed.

Les tubes métalliques de précision sont largement utilisés pour des applications biomédicales. De tels tubes sont fabriqués par étirage à froid car ce procédé garanti le meilleur aspect de surface, le plus grand contrôle des dimensions du tube et le contrôle des propriétés mécaniques. L'objet de cette étude est de modéliser le procédé d'étirage de tube sur mandrin afin d'en améliorer la compréhension et de construire un outil permettant l'optimisation du procédé et de prédire la rupture des tubes en étirage. La construction du modèle élément finis s'appuie sur la réalisation d'essais expérimentaux afin de caractériser les propriétés mécaniques des matériaux et le frottement entre le tube et les outils d'étirage (mandrin, filière). Le comportement mécanique des alliages est caractérisé par des essais de traction sur tube, des essais de traction sur des éprouvettes découpées dans différentes orientations dans un tube déplié et des essais de gonflement de tube. Pour ces derniers, une machine et un outillage de gonflement de tubes ont été développés spécifiquement. Par le biais de ces essais différents aspects ont été étudiés : la viscoplasticité, l'anisotropie plastique, l'hétérogénéité des propriétés dans l'épaisseur du tube, la thermomécanique. Les coefficients de frottements ont été identifiés par analyse inverse sur des essais d'étirage instrumentés par des cellules d'effort. Des essais d'étirage ont été spécifiquement conçus en modifiant la géométrie du mandrin afin de conduire à la rupture des tubes lors de l'étirage. L'objectif de tels essais étant d'identifier la limite de formabilité des tubes. L'approche choisie pour prédire de la rupture a été d'utiliser des critères de ruptures qui pouvaient être calibrés sur des essais de traction uniquement. Les critères ont été calculés au cours de la simulation numérique de l'étirage sur mandrin et ils ont été évalués par rapport à leur capacité à prédire les réductions de section et d'épaisseur maximales. Enfin, des méthodes analytiques de calcul d'effort d'étirage ont été développées et comparées à la modélisation éléments finis. / Precision metallic tubes are widely used for biomedical applications. The requirements of such tubes in term of surface quality, precise dimensions and mechanical properties can be achieved by cold tube drawing only. The purpose of this study is to model the mandrel tube drawing in order improve the process understanding and to build a tool both for process optimisation and for failure prediction during drawing. Building the finite element modelling requires to perform a series of experimental tests in order to characterise the material mechanical behaviour and the friction between the tube and the forming tools (mandrel, die). The materials mechanical behaviour is characterized by means of tube tensile tests, tensile tests of oriented samples cut in different directions from flattened tubes and tube bulge test. For the latter, a tube bulge test device was specifically designed. Different aspects were covered by these tests: viscoplasticity, plastic anisotropy, materials properties heterogeneity in the tube thickness, thermomechanics. Friction coefficients were identified by inverse analysis on instrumented tube drawing tests. A specific drawing test was designed in order to identify the tube fracture during drawing by modifying the mandrel geometry. The goal of such test was to identify the tube formability limit. Among the different techniques available to predict tube failure, the approach of failure criterion was chosen. Different failure criteria that could be calibrated on tensile test were selected. Failure criteria were computed during the simulation of the mandrel tube drawing and they were evaluated in term of predictability of the maximum section and thickness reductions before fracture. Finally, analytical methods that enable to compute the drawing force were developed and compared with the finite element modelling.