The design and analysis of large casted parts present significant challenges due to their complex geometry. Finite Element (FE) modeling is a vital tool for understanding the performance of casted components. However, the computational requirements associated with these parts often lead to excessive processing times and resource utilization. This thesis aims to enhance the efficiency of the mid-surface model creation by developing an FE modeling approach suited explicitly for large casted components. The study begins by exploring the background of casted parts and their applications. A comprehensive analysis of modeling and meshing techniques is conducted, emphasizing their application to large casted components. Building upon this knowledge, different ideas are examined, leading to the proposal of a methodology combining CAD strategies for design features, hybrid meshing techniques, and approaches aimed at reducing FE modeling time to streamline the overall process.To validate the proposed approach, a series of case studies involving casted parts with varying levels of complexity are undertaken. Real-world casting process parameters are considered, highlighting the advantages and limitations in each ideation phase. The proposed methodology is tested and show cased to expert engineers to evaluate its efficiency and feasibility. Furthermore, the efficiency of the new approach is quantitatively evaluated in terms of processing time. The developed methodology offers engineers and researchers a powerful tool to accelerate the design process and optimize FE modeling time while managing computational costs. As industries continue to push the boundaries of size and complexity in casted part design, the insights and techniques presented in this thesis offer a valuable resource for addressing the various engineering challenges inherent in future endeavors. / Utformningen och analysen av stora gjutna delar innebär betydande utmaningar på grund av deras komplexa geometri. Finita Element (FE)-modellering är ett viktigt verktyg för att förstå prestandan hos gjutna komponenter. De beräkningskrav som är förknippade med dessa delar leder dock ofta till alltför långa handläggningstider och resursutnyttjande. Detta examensarbete syftar till att förbättra effektiviteten av skapandet av mittyteta modeller genom att utveckla en FE-modelleringsmetod som är specifikt lämpad för stora gjutna komponenter. Studien börjar med att utforska bakgrunden till gjutna delar och deras tillämpningar. En omfattande analys av modellerings-och diskret iseringstekniker genomförs, med tonvikt på deras tillämpning på stora gjutna komponenter. Med utgångspunkt i denna kunskap undersöks olika idéer, vilket leder till förslaget om en metod som kombinerar CAD-strategier för designfunktioner, hybridmodelleringstekniker och tillvägagångssätt som syftar till att minska FE-modelleringstiden för att effektivisera den övergripande processen. För att validera det föreslagna tillvägagångssättet genomförs en serie fallstudier som involverar gjutna delar med varierande nivåer av komplexitet. Verkliga gjutprocessparametrar beaktas, vilket belyser fördelarna och begränsningarna i varje idéfas. Den föreslagna metoden testas och visas upp för expertingenjörer för att utvärdera dess effektivitet och genomförbarhet. Dessutom utvärderas effektiviteten av det nya tillvägagångssättet kvantitativt i termer av handläggningstid. Den utvecklade metoden erbjuder ingenjörer och forskare ett kraftfullt verktyg för att påskynda designprocessen och optimera FE-modelleringstiden samtidigt som de hanterar beräkningskostnader. När industrier fortsätter att tänja på gränserna för storlek och komplexitet idesign av gjutna delar, erbjuder de insikter och tekniker som presenteras i denna avhandling en värdefull resurs för att ta itu med de olika tekniska utmaningarna som är inneboende i framtida strävanden.

In the design of a railway bridge that is meant for train speeds larger than 200 km/h, the Swedish Traffic Administration requires a dynamic analysis in addition to the conventional static design. The models used for static design may not always be suitable for dynamic analysis, which could lead to inaccurate estimations of the dynamic response. The reason for this is a limited knowledge of the actual structural dynamic behaviour of bridges, which is why a hydraulic bridge exciter has been developed. With this device, smaller bridges can be excited in a load- or displacement-controlled manner under variable frequency and load. By having known inputs, the bridges’ dynamic properties can be evaluated using experimental modal analysis. A finite element model of the double tracked railway bridge Pershagen was created in order to plan a pilot test of the bridge exciter. The influence of the load amplitude and sweep rate was evaluated. A theoretically optimal excitation position was also investigated in order to excite as many eigenmodes as possible from one position during the pilot test. Based on these results, a pilot test was performed on the Pershagen Bridge. The dynamic properties of the bridge were evaluated based on the results from the test. From the pilot test it could be concluded that the load amplitude had a direct influence on the dynamic properties of the bridge, hence the dynamic behaviour is non-linear. The 1st vertical bending mode and its dynamic properties could also be identified. / Då en järnvägsbro som är avsedd för tåghastigheter över 200 km/h ska dimensioneras ställs det krav av Trafikverket att en dynamisk analys av bron skall utföras, utöver konventionell statisk dimensionering. De bromodeller som används för statisk analys är dock inte alltid lämpliga för dynamisk analys, vilket kan leda till felaktiga skattningar gällande den dynamiska inverkan. Anledningen till detta är att kunskapen om broars dynamiska egenskaper är begränsade, och av denna anledning har en lastexciterare utvecklats. Med hjälp av denna anordning kan mindre broar exciteras med kontrollerad last eller förskjutning under variabel frekvens och last. Då dessa input-parametrar är kända kan broars dynamiska egenskaper utvärderas genom experimentell modal analys. En finit element-modell av den tvåspåriga järnvägsbron vid Pershagen har skapats för att kunna planera ett pilottest av lastexciteraren. Svephastigheten och lastamplituden har analyserats. En teoretiskt optimal exciteringsposition har utvärderats för att excitera största möjliga antal moder från en och samma position under pilottestet. Utifrån dessa resultat utfördes ett pilottest på bron vid Pershagen, där brons dynamiska egenskaper utvärderades utifrån resultaten. Från pilottestet kunde en slutsats dras om att lastamplituden hade en direkt inverkan på de dynamiska egenskaperna, vilket betyder att det dynamiska beteendet är olinjärt. Den första vertikala böjmoden och dess dynamiska egenskaper kunde också fastställas.

In the field of structural dynamics, a broader knowledge about relevant phenomena that affect the dynamic behavior of railway bridges is vital for structural engineers and design code administrators. The knowledge might benefit in an increased understanding of e.g. the resonance phenomena, and in improvements of the existing design codes. A phenomenon that has received more attention in recent times is the so called soil-structure interaction (SSI), as it may significantly contribute to the stiffness and damping of a structural system. Previous investigations have suggested that the influence of SSI might be crucial for short and relatively stiff structures such as portal frame bridges. Yet, this effect is usually neglected due to the lack of simple models and guidelines. Dynamic analyses have been performed on a short-span closed portal frame railway bridge, situated on the Bothnia Line, where the effect of the surrounding and underlying soil and the ballasted track, has been investigated. This has been accomplished through the adoption of multiple boundary conditions to consider different forms of soil-structure interactions. The vertical bridge response has been studied by numerical three-dimensional models, both with full FE-models and simplified models appropriate for practical design purposes. More specifically the natural frequencies and damping ratios have been scrutinized. Theoretically, it has been identified that the contribution of the soil on the global damping is largely influential, as it has been indicated that the damping ratio of the fundamental bending mode is seven times greater than the, in this case, significantly conservative recommended design value. Furthermore, SSI has shown to increase the natural frequencies which consequently shifts the critical resonant speed, allowing for higher speeds. The bridge response is predominantly affected by the backfill soil, yet the modal damping contribution is equally substantial from the backfill and the subsoil. Moreover, it has been established that the proposed simplified model is promising and in good agreement with the full model. It has also been resolved that train passages on the surrounding soil play an important role on the dynamic bridge response. Unfortunately, the simplified model has proven to be incapable of considering these train loads, implying that further development is needed to attain an adequate model that may be implemented for portal frame bridges of short span. Applying only elastic constraints on the vertical degree of freedom at the foundation is a simplified modeling approach that fails to capture the soil behavior in an accurate manner, and is therefore not recommended for future research projects. While on the subject of future investigations, the effect of SSI should be studied on other bridges to externally validate the obtained results. / Inom strukturdynamik är det essentiellt att erhålla en bredare kunskap om relevanta fenomen som kan påverka det dynamiska beteendet av järnvägsbroar. Detta gäller för både yrkesverksamma ingenjörer och administratörer av normer och standarder för att få en ökad förståelse av exempelvis resonansfenomen samt för revidering och förbättring av befintliga normer. Ett fenomen som på senare tid har fått mer uppmärksamhet är den så kallade jord-struktur interaktionen eftersom den kan ha en signifikant inverkan på styvheten och dämpningen av ett system. Tidigare undersökningar har tytt på att effekten av jord-struktur interaktionen kan vara avgörande för korta och relativt styva broar som exempelvis plattrambroar. På grund av bristen på enkla modeller och riktlinjer är denna effekt ofta försummad. Dynamiska analyser har utförts på en kort sluten plattrambro belägen på Botniabanan, där påverkan av motfyllningen, underliggande jorden och det ballasterade spåret har utretts. Detta har åstadkommits genom att beakta olika randvillkor för att ta hänsyn till diverse former av jord-struktur interaktioner. Den vertikala responsen i bron har studerats genom tredimensionella numeriska modeller både med detaljerade FE-modeller och med praktiskt lämpade förenklade modeller, där i synnerhet egenfrekvensen och dämpningskvoten har analyserats. Bidraget från jorden har påvisat sig ha en avsevärd inverkan på den globala dämpningen då det framgick att dämpningskvoten för den fundamentala böjmoden är sju gånger större än det, i denna fallstudie, betydligt konservativa rekommenderade dimensioneringsvärdet. Dessutom har jord-struktur interaktionen lett till ökade egenfrekvenser som följaktligen skiftat den kritiska resonanshastigheten vilket tillåter högre hastigheter. Motfyllningen har haft en avsevärd effekt på responsen av bron, medan bidraget till ökningen i modala dämpningen har fördelats lika mellan motfyllningen och underliggande jorden. Vidare är den föreslagna förenklade modellen lovande och i god överenstämmelse med den detaljerade modellen. Det har även konstaterats att tågpassager på motfyllningen spelar en viktig roll för den dynamiska responsen. Dessvärre har den förenklade modellen misslyckats med att ta hänsyn till dessa tåglaster, vilket indikerar att en vidareutveckling krävs för en implementerbar adekvat modell för plattrambroar av korta spännvidder. Ett förenklat modelleringsalternativ är applicering av enbart elastiska randvillkor i den vertikala frihetsgraden av bottenplattan. Detta alternativ har visat sig vara otillräckligt för att efterlikna den underliggande jordens beteende och undanbedes för framtida studier. På tal om framtida projekt bör jord-struktur interaktionen utredas på andra broar för att externt validera resultaten.

A nonlinear finite element analysis was performed for an axial loaded reinforced concrete column subjected to biaxial bending taking into account second-order effects. According to Eurocode there are two ways to take second-order effects into consideration: nonlinear FE analysis and hand calculation based on the simplified methods explained in Eurocode 2. Since simulating this kind of structures in ABAQUS is difficult, several simulations were made to find the correct model with satisfying accuracy. The nonlinear analysis focused on material modelling of concrete and its nonlinear behaviour. The simulation took into consideration the inelastic behaviour of concrete along with the confinement effect from transverse reinforcement. The finite element model was verified by comparing the obtained results from FEA to the results from a benchmark experiment. The mean values needed for simulating the FE model was derived from the mean compressive strength of concrete. After verification, another FE model using design parameters was analysed and the results were compared to the results from calculations based on simplified methods according to Eurocode 2 to see how much they agreed with each other. In a parametric study, the effect of eccentricity, compressive and tensile strength of concrete, fracture energy, modulus of elasticity, column cross-section dimension and length, steel yield stress and stirrup spacing were studied. A comparison between outcomes from the simplified methods and ABAQUS, calculated with design parameters showed that the bearing capacity from FE analysis was 21-34 % higher than the one obtained with the simplified methods. It is recommended that in further studies, analyse different slender reinforced concrete column with different L/h with FE-simulation to investigate if FEA always gives a more accurate result. For this case, and probably for columns with complex geometries, a finite element analysis is a better choice. / En icke-linjär finitelementanalys för en armerad betongpelare utsatt för tvåaxlig böjning genomfördes med hänsyn till andra ordningens effekter. Enligt Eurokoder finns det två sätt att iaktta andra ordningens effekter: icke-linjär analys och handberäkning baserad på de förenklade metoderna förklarad i Eurokod 2. Eftersom det är svårt att simulera den här typen av konstruktioner i ABAQUS, så har flera simuleringar utgjorts för att finna ett modell med acceptabelt noggrannhet. Den icke-linjära analysen fokuserade på korrekt materialmodell av betong och dess icke-linjära beteende. Modellen tog hänsyn till betongens oelastiska beteenden och inkluderade fleraxiella effekten. Finitelementmodellen verifierades genom att jämföra de erhållna resultaten från FEA till resultaten från ett försök. Värden som behövdes för att simulera FE-modellen härleddes från betongens medeltryckhållfasthet. Efter att referensmodellen var verifierad, ytterligare en FE-modell, som inkluderade designparametrar, analyserades och resultaten jämfördes med resultaten från beräkningar baserade på förenklade metoderna enligt Eurokod 2 för att se hur mycket de stämde överens med varandra. I en parameterstudie har effekten av excentricitet, tryck- och draghållfasthet av betong, brottenergi, elasticitetsmodul, pelarens tvärsnittsdimension och längd, stålsträckgränsen och centrumavstånd på byglar studerat. En jämförelse mellan resultaten från de förenklade metoderna och ABAQUS, beräknade med designparametrar visade att bärighetförmågan från FE-analys var 21-34% högre än den som erhålls med de förenklade metoderna. Det rekommenderas att i fortsatta studier, analysera flera slanka armerade betongpelare med olika L/h med FE-simulering för att undersöka om FEA alltid ger ett nogrannare resultat. För denna studie, och förmodligen för pelare med komplexa geometrier, är en FE-analys ett bättre val.