The quantum phase transition between groundstates of a system with correlated disorder near absolute zero is studied. The computations are based on Monte Carlo methods and the worm algorithm which is an effective method to simulate basic models like the Ising and XY model by making use of global Monte Carlo moves given by modified random walks. Random quenched disorder modeled as a correlated distribution of two values of the coupling constant gives rise to an additional phase transition with a not before seen intermediate phase. / Kvantfasövergången mellan grundtillstånd av ett system med korrelerad oordning nära nolltemperaturen studeras. Beräkningarna är baserade på Monte Carlo metoder och worm algoritmen som är en effektiv metod för att simulera grundläggande modeller som Ising och XY modellen genom att använda sig av globala Monte Carlo steg som ges av modifierade slumpmässiga vandringar. Slumpmässig infrusen oordning modellerad som en korrelerad fördelning av två värden på kopplingsstyrkan ger upphov till en ny mellanliggande fas.

A soft quadruped robot is being developed at the Department of Machine Design and Department of Production Engineering at KTH. The legs of the robot consist of four continuum actuators that can achieve complex movements. In order to efficiently develop gaits for the robot, reinforcement learning will be used. The learning process will use data from simulation instead of directly from the real robot to save time and resources. However, it is significantly more computationally expensive to simulate soft robotics than rigid, because the physical laws of flexible materials are inherently complex. Because of this, soft robot simulations tend to be slower which limits their usability for reinforcement learning. This thesis explores simulation modelling options in Matlab Simscape for the soft quadruped robot, that can be used in reinforcement learning. Four simulation models of the soft actuator were implemented in order to be tested and compared. Two actuation methods and two build options were chosen based on the literature study and related works, and were then permuted for the different combinations. The tested combinations are: lumped-parameter method actuated by internal force, flexible beam actuated by internal force, lumped-parameter method actuated by cable/pulley network and flexible beam actuated by cable/pulley network. The four actuators were built and tested separately. Computational time and simulation-to-reality gap were used for evaluating the modeling methods. The results show that the best option when modelling the soft actuator for reinforcement learning in Matlab Simscape is to use the lumped-parameter method in combination with a cable and pulley network. High accuracy level can still be achieved despite not keeping the true number of attachment points between the cable and actuator. The number of pulleys in the model is linearly correlated to the time cost required to simulate the model. / En mjuk fyrbent robot är under utveckling vid institutionen för maskinkonstruktion och institutionen för industriell produktion på KTH. Robotens ben består av fyra kontinuerligt deformerbara ställdon som kan åstadkomma komplexa rörelser. För att effektivt utveckla gångstilar till roboten kommer förstärkt inlärning att användas. Inlärningsprocessen kommer att använda data från simulering istället för från den fysiska roboten för att spara tid och resurser. Det är dock betydligt dyrare beräkningsmässigt att simulera mjuk robotik än styv, eftersom flexibla material är mer komplexa. På grund av detta tenderar simuleringar av mjuka robotar att vara långsammare, vilket begränsar deras användbarhet för förstärkt inlärning. Detta examensarbete utforskar därför alternativ för modellering och simulering av den mjuka fyrbenta roboten i Matlab Simscape, med målet att den ska kunna användas med förstärkt inlärning. Fyra olika simuleringsmodeller av det mjuka ställdonet implementerades för att testas och jämföras. Två aktiveringsmetoder och två konstruktionsalternativ valdes baserat på litteraturstudien och relaterade arbeten, och permuterades sedan till möjliga versioner. De testade versionerna är således: klumpparametermetod som aktiveras av intern kraft, flexibel balk som aktiveras av intern kraft, klumpparametermetod som aktiveras av kabelnätverk och flexibel balk som aktiveras av kabelnätverk. De fyra ställdonen byggdes och testades separat. Beräkningstid och grad av verklighetstrogenhet, användes för att jämföra resultaten av dessa tester. Resultaten visar att det bästa alternativet vid modellering av det mjuka ställdonet för förstärkt inlärning i Matlab Simscape är att använda klumpparametermetoden i kombination med ett kabelnätverk. Hög noggrannhetsnivå kan uppnås trots att man inte bibehåller det verkliga antalet fästpunkter mellan kabeln och ställdonet. Antalet fästpunkter för kabeln i modellen är linjärt korrelerat till den tidskostnad som krävs för att simulera modellen.

This thesis focuses on the critical development of friction and blended braking capabilities for an electric driveline model intended for multiscale road-cargo simulations. In the rapidly evolving landscape of transportation, electric driveline technology has emerged as a key player in achieving sustainability and efficiency goals. This study addresses the pivotal aspect of braking performance within this context, aiming to optimize energy utilization and enhance road safety. Using a systems engineering approach, MATLAB, and Simulink, the work in this thesis focused on the construction of a comprehensive model of a Volvo FH truck with friction/blended braking and an Anti-lock Braking System (ABS). The model underwent rigorous validation against the New European Driving Cycle (NEDC) and subsequent simulation under NEDC, US06, WLTC3 driving cycles. The primary objective was to assess the impact of activating or deactivating the blended control system on the State of Charge (SOC) and energy consumption. Through iterative refinement, the model's energy consumption per kilometer closely approximated actual FH truck test values. Activating the blended control system consistently led to reduced energy consumption across all driving cycles, underscoring its potential to enhance sustainable and safe transportation solutions. Importantly, the ABS system functioned effectively throughout the simulations, ensuring vehicle safety, while the model maintained a consistent output speed aligned with the input speed. This abstract summarizes the research's focus, methodology, and key findings, highlighting the successful development and validation of a Volvo FH truck model with friction/blended braking and ABS systems. The results underscore the blended control system's capacity to improve energy efficiency, contributing to the pursuit of sustainable and efficient transportation solutions in the evolving landscape of electric driveline technology. / Detta examensarbete fokuserar på utvecklingen av en elektrisk drivlinemodell som inkluderar mixning av konventionell friktionsbromssystem och den elektriska drivlinans moment under regenerering. Modellen är avsedd för multiskaliga väg-och godstransportsimuleringar. I den snabbt föränderliga transportsektorn är elektrisk drivlineteknologi en viktig del för att uppnå hållbarhets- och effektivitetsmål. Detta arbete behandlar den avgörande aspekten av bromsprestanda i detta sammanhang och har som mål att optimera energianvändningen och kontrollera vägsäkerheten. Genom att använda s.k. systems engineering-metodik, MATLAB och Simulink, utvecklades en dynamisk modell av en Volvo FH-lastbil med friktions-/mixad bromsning och system för låsningsfria bromsar (ABS). Modellen genomgick en rigorös validering mot New European Driving Cycle (NEDC) och efterföljande simuleringar enligt NEDC, US06 och WLTC3-körcykler. Det primära målet var att bedöma effekten av att aktivera eller inaktivera det mixade kontrollsystemet på laddningsnivå (SOC) och energiförbrukning. Genom iterativ förbättring approximerade modellen energiförbrukningen per kilometer nära de faktiska provvärdena för FH-lastbilar. Aktivering av det blandade kontrollsystemet ledde konsekvent till minskad energiförbrukning för alla körcykler och underströk dess potential att förbättra hållbara och säkra transportsystem. Det är viktigt att notera att ABS-systemet fungerade effektivt genom alla simuleringar och säkerställde fordonssäkerheten, samtidigt som modellen beräknade en hastighet i linje med körcykelns specificerade hastigheten. Denna sammanfattning sammanfattar forskningens fokus, metodik och huvudsakliga resultat och lyfter fram den framgångsrika utvecklingen och valideringen av en Volvo FH-lastbilsmodell med friktions-/mixad bromsning och ABS-system. Resultaten understryker det blandade kontrollsystemets förmåga att förbättra energieffektiviteten och bidra till strävan efter hållbara och effektiva transportsystem i den snabbt föränderliga världen av elektrisk drivlineteknologi.

Welds play a crucial role in the product portfolio of GKN Aerospace. For ease of manufacturing and repairability, butt welds are preferred in the aerospace industry. Weld regions undergo local distortions during manufacturing due to the external heat-input, and the resulting local geometries are complex and stochastic in nature. Under operational loads, the distorted geometry affects the local stress field around the weld region, and this has a significant impact on the fatigue life. Traditional design calculations of welds resort to idealization of the local weld geometry. In this thesis, the influence of real weld geometry on the computed fatigue life is investigated. Linear elastic fracture mechanics principles are utilized to calculate the fatigue life of a weld starting from a pre-defined initial crack. The influence of important weld geometric parameters, namely, – edge offset and weld toe radii, on the fatigue life is investigated in detail. A statistical analysis approach, using transfer functions and Monte Carlo simulation, is devised to study the effect of variation in the different weld geometric parameters. Different edge offset measures from a real geometry are identified and these measures are investigated as potential candidates to obtain conservative life estimates using the idealized geometry. Investigations in this thesis show that the real geometry has a significant effect on the weld fatigue life. In all cases of local weld geometry, the edge offset has the largest influence on life. For a real weld geometry, the root toe radius has a significant influence on life. In an idealized geometry, for the same normalized edge offset, an increase in the plate thickness leads to a decrease in life. A new edge offset measure is proposed that leads to conservative life estimates when used in conjunction with the idealized geometry, thus enabling computationally efficient design calculations. / Svetsar spelar en avgörande roll i GKN Aerospace produktportfölj. För att underlätta vid tillverkning och reparationer föredras stumsvetsar inom flygindustrin. Svetsområden genomgår lokala deformationer under tillverkningen på grund av extern värmepåverkan, och de resulterande lokala geometrierna är komplexa och stokastiska till sin natur. Vid termisk och mekanisk belastning i drift påverkar den deformerade geometrin det lokala spänningsfältet runt svetsområdet vilket har en betydande inverkan på utmattningslivslängden. Vid traditionell dimensionering av svetsar idealiseras den lokala svetsgeometrin. Denna avhandling undersöker inverkan av verklig svetsgeometri på den beräknade utmattningslivslängden. Linjärelastisk brottmekanik används för att beräkna utmattningslivslängden för en svets med utgångspunkt från en fördefinierad initial spricka. Inverkan av viktiga svetsgeometriska parametrar, nämligen - kantförskjutning och svetsradie, på utmattningslivslängden undersöks i detalj. En statistisk analysmetod, med hjälp av överföringsfunktioner och Monte Carlo simulering, är framtagen för att studera effekten av variation i de olika svetsgeometriska parametrarna. Olika kantförskjutningsmått från en verklig geometri identifieras och dessa mått undersöks som potentiella kandidater för att erhålla konservativa livslängdsuppskattningar med hjälp av den idealiserade geometrin. Undersökningar i denna avhandling visar att den verkliga geometrin har en signifikant effekt på svetsutmattningslivslängden. I alla fall av lokal svetsgeometri har kantförskjutningen den största inverkan på livslängden. För en riktig svetsgeometri har svetsradien vid svetsens rotsida en betydande inverkan på livet. I en idealiserad geometri, för samma normaliserade kantförskjutning, leder en ökning av plåttjockleken till en minskning av livslängden. Ett nytt kantförskjutningsmått föreslås som leder till konservativa livslängdsuppskattningar när de används i kombination med den idealiserade geometrin, vilket möjliggör beräkningseffektiva designberäkningar.

Space industry has been booming in the recent times, investments have not justbeen made on satellites and launch vehicles but also on space sustainability. Spaceindustry has its users in national agencies, private commercial agencies, academia andexperimental organisations. Smallsats and cubesats are one of the most interestingdomains in space industry today. This has led to pure research and astonishinginnovations in this domain to enable lower costs, lower mass, increased orbital period,better accessibility and global impact. Development of sustainable products requiresthe system to qualify a certain standard set up in the industry. This standard ensuresthat the system safely completes its mission up in space. The problem described byGomSpace Sweden concerns one of their ongoing products, a cold gas propulsionunit which is suitable for a typical 6U cubesat called ESA6DOF. In large, the productconsists of a structure, two propellant tanks, one plenum tank, piping, electronics andsix thrusters. Qualification of this propulsion system module involves the system toundergo a random vibration test according to ECSS standards. This thesis work shallbe focused on setting up the structure needed to perform random vibration simulationsin COMSOL. This step is done to primarily iterate the design to make it robust enoughto sustain loads during flight and also to avoid any physical damages during testingcampaign. Followed by performing the actual random vibration test at a facility usingthe assembled ESA6DOF propulsion module. Finally, this ends with validating thesimulation results with that of testing. / Rymdindustrin har blomstrat den senaste tiden. Investeringar har inte bara gjortspå satelliter och bärraketer utan också på hållbarhet i rymden. Rymdindustrinhar sina användare i nationella organisationer, privata kommersiella organisationer,universitetsvärlden och forsknings organisationer. Smallsats och cubesats är tvåav de mest intressanta domänerna inom rymdindustrin idag. Detta har letttill grundforskning och häpnadsväckande innovationer inom detta område för attmöjliggöra lägre kostnader, lägre massa, ökad omloppstid, bättre tillgänglighetoch global påverkan. Utveckling av hållbara produkter kräver att systemet möteren viss standard uppsatt i branschen. Denna standard säkerställer att systemetsäkert slutför sitt uppdrag uppe i rymden. Problemet som beskrivs av GomSpaceSweden gäller en av deras pågående produkter, en kallgasdrivenhet lämplig för entypisk 6U cubesat kallad ESA6DOF. I stort består produkten av en struktur, tvådrivmedelstankar, en plenumtank, rörledningar, elektronik och sex finjusterarraketer.Kvalificeringen av denna framdrivningssystemmodul innebär att systemet genomgåren slumpmässig vibration enligt ECSS-standarder. Detta examensarbete harfokuserat på att sätta upp den struktur som behövs för att utföra slumpmässigavibrationssimuleringar i COMSOL. Detta steg gjordes för att i första hand itereradesignen för att göra den robust nog att tåla belastningar under flygning och ävenför att undvika fysiska skador under testkampanjen. Efter detta utfördes det faktiskaslumpmässiga vibrationstestet på en anläggning med den sammansatta ESA6DOF-framdrivningsmodulen. Avslutningsvis utfördes validering av simuleringsresultatenmot testresultaten.

This research study aims to investigate the capacity of single photons to carry information through polarization and time ordering and proposes a protocol called Beyond Pulse Position Modulation (BPPM) to improve photon-based communication reliability over longer distances with limited power. Such a protocol may be used in any communication scenario where energy efficiency is important, e.g., in satellite communication or where pulse position modulation (PPM) typically is used. The study compares various metrics such as information bits per symbol, photon, and time bin to evaluate the system’s efficiency and conducts a comparative analysis of BPPM, Pulse Position Modulation (PPM), On-Off Keying (OOK), andGeneral protocol’s effectiveness. (The simulations were conducted using the Python programming language with Visual Studio Code IDE.) / Denna forskningsstudie syftar till att undersöka informationskapaciteten hos enstaka fotoner då dessa kodats med avseende på polarisering och tidsordning. Ett nytt protokoll som kallas Beyond Pulse Position Modulation (BPPM) använder felkorrigering för att förbättra kommunikationstillförlitligheten över längre avstånd med begränsad effekt. Ett sådant protokoll kan användas i vilket kommunikationsscenario som helst där energieffektivitet är viktigt, t.ex. vid satellitkommunikation eller där pulspositionsmodulering (PPM) vanligtvis används. Studien jämför olika mätvärden som informationsbitar per symbol, per foton och per tidslucka för att utvärdera systemets effektivitet och genomför en jämförande analys av BPPM, Pulse Position Modulation (PPM), On-Off Keying (OOK) och ett protokoll med fixt antal fotoner per block avseende protokollens effektivitet. (Simuleringarna utfördes med Python-programmeringsspråket med Visual Studio Code IDE.)

Asset management within the nuclear industry has become an increasingly relevant topic as safety requirements have tightened and energy security has become more important. Asset management ensures performance and reliability in a nuclear facility by balancing costs, opportunities, and risks to get the most out of assets. Asset management processes can often be modeled as capital budgeting problems, where investments are evaluated based on costs and benefits, which establishes a link to mathematical optimization. This study addresses asset management at the Swedish nuclear power plant, Forsmark, and aims to implement an optimization model to improve the project selection related to maintenance and replacement of assets at the plant. First, the most relevant areas of nuclear asset management are identified through a comprehensive literature review. The most relevant method, identified as a mix between risk-informed asset management and capital budgeting, is then implemented to fit the prerequisites at Forsmark. Several models of different complexity are developed and the resulting stochastic model incorporates uncertainty of input variables by assuming underlying distributions. Finally, a methodology to incorporate a quantitative risk measure in the optimization is suggested through the use of conditional value at risk. Results are generated based on simulated data and illustrate the potential of implementing the method at Forsmark. / Tillgångsförvaltning inom kärnkraftsindustrin har blivit alltmer aktuellt i takt med att säkerhetskraven har skärpts och tillförlitlighet i energiproduktionen blivit viktigare. Effektiv tillgångshantering säkerställer prestanda och reliabilitet i ett kärnkraftverk genom att hitta en balans mellan kostnader, möjligheter och risker för att maximera nyttan av tillgångar. Projekturval i tillgångsförvaltningen kan ofta modelleras som ett kapitalbudgeteringsproblem, där investeringar utvärderas utifrån kostnader och uppsida, vilket påvisar en koppling till matematisk optimering. Denna studie behandlar tillgångshantering vid det svenska kärnkraftverket Forsmark och syftar till att implementera en optimeringsmodell för att förbättra projekturvalet relaterat till underhåll av tillgångar vid anläggningen. Det första steget i studien bearbetar den befintliga litteraturen inom området för att få en uppfattning av relevanta metoder. Den mest relevanta metoden identifierades som en mix mellan riskinformerad tillgångsförvaltning och kapitalbudgetering. En metod baserad på de generella principerna för dessa områden utvecklades och anpassades för de specifika förutsättningarna på Forsmark. Flera modeller av olika komplexitet utvecklades och den slutgiltiga stokastiska modellen inkorporerar osäkerhet i de mest relevanta ingångsvariablerna genom att anta sannolikhetsfördelningar. Slutligen föreslås en metod för att implementera ett kvantitativt riskmått i optimeringen genom att använda CVaR. Resultaten genereras utifrån simulerade data och illustrerar potentialen i att implementera metoden på Forsmark.

The experimentally obtained value of the critical exponent ν is presently in significant disagreement with current theoretical predictions for the λ-universality class. We suggest two novel approaches of determining the exponents ν and η by utilizing the effects of finite size scaling. The numerical computations are performed using Monte Carlo simulations of a 3D XY model, realized on a bc-lattice. Different sizes of systems are then either compared in pairs (pairwise fit) or all together (joint fit), in order to fit the correct value of the critical exponents to our sampled data. We find for the pairwise fitting procedure that ν = 0.6731(36) and η = 0.0351(39). Likewise, the joint fitting procedure yields ν = 0.6727(58) and η = 0.0349(49). The predictions for ν are very consistent with existing works, while the values for η are somewhat lower than expected from existing literature results. / Det experimentella värdet av den kritiska exponenten, ν, skiljer sig för närvarande från de teoretiska uppskattningarna som gjorts för λ-universalitetsklassen. Vi föreslår två nya metoder för att bestämma exponenterna ν och η, genom att använda effekterna från ändlig storleksskalning. De numeriska beräkningarna utförs med hjälp av Monte Carlo simulering av en tredimensionell XY-modell, realiserad på ett kubiskt gitter. Olika sys- temstorlekar jämförs sedan antingen parvis eller gemensamt, för att kunna anpassa värdet på de kritiska exponenterna till data. Vi erhåller ν = 0.6731(36) och η = 0.0351(39), för parvis anpassning, samt ν = 0.6727(58) and η = 0.0349(49) för gemensam anpassning. Det beräknade värdet på ν stämmer bra överens med andra arbeten, medan värdena på η är något lägre än förväntat från tidigare uppskattningar.

A unique Unmanned Aerial Manipulator (UAM), also termed an aerial robot, is the subject of this thesis. A UAM is composed of a floating base attached to a manipulator that enables it to interact physically with the environment. The floating base is an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and the manipulator is defined as a two-cable underactuated Cable Driven Parallel Robot (CDPR). This specific design of a UAM is, to the author’s best knowledge, a novel concept. The thesis is done in collaboration with Airforestry, a company currently developing a solution for aerial forest thinning aiming to provide a more sustainable and efficient way to thin forests. Forest thinning today involves using heavy ground equipment that can cause damage to the surrounding environment and climate. The solution includes a UAV hovering over a chosen tree and attaching a tool (the manipulator) to it, cutting it, lifting it, and then transporting it. The thesis presents a planar model, control method, and simulation of the UAM system. The kinematic and dynamic models of the UAM are derived. A Proportional-Derivative (PD) controller is implemented for flying the UAV and another for controlling the cables. The model is simulated and examined by commanding the UAM to specific set-points under different circumstances such as comparing the UAV flying with and without the tool, changing the length of the cables, and changing the placement of the manipulators Center of Mass (CoM). Overall, the degree project provides a solid model foundation for the specific UAM which can be built upon and further improved. / En specifik Obemannad Flygande Manipulator (UAM), även kallad en flygande robot, är ämnet för denna avhandling. En UAM består av en flytande bas som är fäst vid en manipulator, vilket gör det möjligt för den att interagera med omgivningen. Den flytande basen är ett Obemannat Flygfordon (UAV) och manipulatorn definieras som en tvåkabel-aktuerad kabeldriven parallellrobot (CDPR). Denna specifika design av en UAM är, enligt författarens bästa kunskap, ett nytt koncept. Avhandlingen utförs i samarbete med Airforestry, ett företag som för närvarande utvecklar en lösning för skogsavverkning från luften i syfte att erbjuda ett mer hållbart och effektivt sätt att tunna ut skogar. Skogsavverkning idag innebär användning av tunga markmaskiner som kan skada den omgivande miljön och klimatet. Lösningen inkluderar en UAV som svävar över ett valt träd och fäster ett verktyg (manipulatorn) på det, skär det, lyfter det och transporterar det sedan bort. Avhandlingen presenterar en planarmodell, kontrollmetod och simulering av UAM-systemet. De kinematiska och dynamiska modellerna för UAM härleds. En proportionell-derivativ (PD) kontroller implementeras för att styra UAV:n och en annan för att kontrollera kablarna. Modellen simuleras och undersöks genom att styra UAM:n till specifika målpunkter under olika omständigheter, såsom att jämföra UAV-flygning med och utan verktyget, ändra längden på kablarna och ändra placeringen av manipulatorns masscentrum (CoM).svis ger examensarbetet en stabil modellgrund för den specifika UAM:n, som kan byggas vidare och förbättras.

In this thesis a regression analysis of ten independent data sets is analysed in order toestimate losses and Key Risk Indicators (KRI). Each data set contains a list of objects,impacts that each object contains and revenue stream values (RSV) to each impact.The project investigates the data and simulate yearly losses as response variables in theregression modelling. The three regressors that influence the yearly losses are numberof objects, sum of revenue streams and expected aggregated losses. Given the responsevariable from each data set a percentage scale of KRI’s is determined indicating howlarge losses each set possess. / I denna avhandling analyseras en regressionsmodellering av tio oberoende mängderdata för att uppskatta förluster och Key Risk Indicators. Den givna dataupsättningeninnehåller en lista med objekt, påverkan varje objekt erhåller och vad respektiveobjekt omsätter. Projektet undersöker den givma datan och simulerar årliga förlustersom svarsvariabler i regressionsmodelleringen. De tre regressorerna som påverkarde årliga förlusterna är antalet objekt, summan av intäckterna och förvämtadesammanlagda förlusterna. Från den givna svarsvariabeln från varje datamängdbestäms en procentuell skala av KRIer som indikerar hur stora förluster varjeuppsättning har.