Es wurden die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften bedingt durch dehnungsinduzierte Martensitbildung im metastabilen austenitischen Stahl X5CrNi18.10 und in einem niedrig legierten Mn-Si-Al Stahl untersucht. Dazu wurden Zugversuche bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Für den Stahl X5CrNi18.10 wird auf der Grundlage der Arbeit von Ludwigson und Berger ein Modell zur Beschreibung des Umwandlungsverhaltens als Funktion der Dehnung und der Temperatur entwickelt. Es kann weiterhin gezeigt werden, dass die erreichbare Gleichmaßdehnung in diesen Stahl durch eine maximal ertragbare Umformarbeit bestimmt wird. Die erhaltenen Fließkurven konnten mit Hilfe der FEM und einer modifizierten Mischungsregel für die Festigkeit erfolgreich modelliert werden. Die Ergebnisse für den Mn-Si-Al Stahl zeigen, dass neben dem Restaustenit, das Verbundverformungsverhalten der anderen Gefügebestandteile (Ferrit, Bainit, Martensit) wichtige Faktoren für die Optimierung der mechanischen Eigenschaften darstellen.

Den världsledande stålproducenten Ovako Group AB tillverkar valsade stålstänger i sin produktion i Hällefors. De färdigvalsade stängerna klipps efter nedkylning i luft enligt kundlängd, vilket i vissa fall har visat sig resultera i defekter vid ändarna. Mindre och övergripande statiska analyser av klipprocessen tyder på att dessa uppstår för vissa typer av stålsorter vid för höga och för låga temperaturer. De defekta ändarna behöver justeras genom räddningsuppdrag som kräver extra resurser och tid. Eftersom Ovako har upprättat långsiktiga klimatmål i form av reducerat klimatavtryck, vilket kan uppnås genom besparingar av resurser, inleder de nu ett arbete mot att optimera klipprocessen och minimera antalet defekter.Denna studie avser undersöka om det går att simulera klipprocessen för en av Ovakos stålstänger med hjälp av den finita elementmetoden och mjukvaran Abaqus. Det långsiktiga syftet med detta är att genom vidare arbeten, om detta visar sig vara möjligt, hitta optimala klipptemperaturer för olika typer av stålstänger med målet att reducera resursanvändningen och därtill Ovakos klimatavtryck. De frågeställningar som studien ämnar besvara är därmed; Kan verkliga defekter från kallklippning av stålstänger vid olika temperaturer simuleras? och Inom vilket temperaturintervall går det att klippa en stålstång utan defekter?Studien tyder på att det går att göra verklighetstrogna simuleringar för klipp av upphettade stålstänger i Abaqus då godtyckliga materialparametrar införs. Det fastställdes även att kompletterande primärdata behövs för att öka validiteten av resultaten från experimenten, speciellt vid undersökningar av en specifik stålsort. Denna slutsats kan tillämpas i vidare arbeten för att i kombination med utökad mekanisk data hitta optimala klipptemperaturer för flera typer av stålstänger. / The world-leading steel producer Ovako Group AB manufactures rolled steel bars at their production in Hällefors. The rolled rods are cut after cooling in air according to customer length, which in some cases has been shown to result in defects at the ends. Scarce and comprehensive static analyzes of the cutting process indicate that these occur for certain types of steels at too high and low temperatures. The defect ends need to be adjusted through rescue missions that require extra resources and time. Since Ovako has set long-term climate goals in the form of a reduced climate footprint, which can be achieved through savings in resources, they are now initiating work towards optimizing the cutting process and minimizing the number of defects.This study aims to investigate whether it is possible to simulate the cutting process for one of Ovakos steel rods using the finite element method and the Abaqus software. The long-term purpose of this is to, through further work and if it proves to be possible, find optimal cutting temperatures for different types of steel bars with the aim of reducing resource use and, in addition, Ovako's climate footprint. The questions that the study intends to answer are thus; Can real defects from cold cutting of steel bars at different temperatures be simulated? and Within what temperature range is it possible to shear cut a steel rod without defects?The study indicates that it is possible to make realistic simulations for cutting heated steel rods in Abaqus when arbitrary material parameter values  are introduced. It was also determined that additional primary data are needed to increase the validity of the results from the experiments, especially in studies of a specific type of steel. This conclusion can be applied in further work to find optimal cutting temperatures for several types of steel bars in combination with extended mechanical data.

The typical construction of a stator coil includes the use of end corona protection (ECP)coating, which is made of semi-conductive materials like silicon carbide (SiC). Thepurpose of ECP is to smooth the electric stress distribution near the slot exit, limitingthe electric field and partial discharge (PD) activity within the insulation system. Thisthesis investigates how ECP affects the dielectric response of a stator coil in highvoltagemeasurements, both in the time-domain and frequency-domain. It also studieshow well time-domain results transformed to the frequency-domain correspond to directmeasurements. As a further point, the effect of the ECP on PD activity was demonstrated.Measurements of dielectric response and PD were made on new coil-halves producedin the usual way in a production run for a motor. The results show that applying theECP design significantly reduces the PD activity and increases the inception voltage. Inaddition, the dielectric response of the coil with ECP tape has shown to have a nonlinearvoltage dependent characteristic due to the presence of ECP. As the voltage goes higher,this causes a shift of the loss peak toward higher frequency. A distributed-element modelof the end section of a stator coil was used to model the nonlinear effect due to ECP, andits results are compared to the measured results. Lastly, FEM simulation of a stator coilend section is presented, showing the contribution of ECP tape in evenly distributing theelectric stress near the slot exit. / Den typiska konstruktionen av en statorhärva använder ändglimmskydd (ECP), somär tillverkad av halvledande material som kiselkarbid (SiC). Syftet med ECP är attjämna ut det elektriska fältet vidövergången från spåret tilländlindningen, för attundvika högpåkänning och partiell urladdningsaktivitet (PD). Arbetet som presenteras här undersöker hur ECP påverkar den dielektriska responsen hos en statorspole, vid tidsdomänoch frekvensdomänmätningar vid höga spänningar. Den studerar också hur väl tidsdomänresultat som omvandlas till frekvensdomänen motsvarar direkta mätningar. Som en annan punkt visades ECP:s inverkan på PD-aktivitet. Mätningar av dielektrisk respons och PD gjordes på nya statorhärvor som tillverkades för en stor motor. Resultaten visar att tillämpningen av ECP-konstruktionen avsevärt minskar PD-aktiviteten och ökar inceptionsspänningen. Dessutom har spolens dielektriska respons med ECP-tejp visat sig ha en ickelinjär spänningsberoende egenskap på grund av närvaron av ECP. Ö kad spänning orsakar en förskjutning av förlusttoppen mot högre frekvens. En modell för ECP användeseteendet, och dess resultat jämförs med mätningarna.utligen presenteras FEM-simulering som visar hur ECP gör fältet jämnare.

On assiste aujourd’hui à une évolution des systèmes électroniques nomades vers des fonctionnalités plus avancées. Cette complexification des systèmes électroniques nomades nécessite une augmentation de la puissance de calcul des puces électronique, ce qui se peut se traduire par une utilisation d’une technologie CMOS agressive, mais qui se complète aujourd’hui par une technique appelée intégration 3D. Il ne s’agit donc plus d’une évolution classique à l’échelle du transistor suivant la loi de Moore mais à celle de l’échelle plus large du boîtier / système, on parle alors de la loi de « More than Moore ». L’empilement tridimensionnel (3D) des puces électroniques engendre une augmentation de la densité de puissance totale dissipée par unité de surface de l’empilement final. Cette puissance, résultant essentiellement de l’effet joule dans les transistors et l’interconnexion, est une source de chaleur qui contribue à l’augmentation de la température globale de la puce. L’objectif global de cette thèse est d’étudier les échanges thermiques dans un empilement de puces 3D durant leur fonctionnement. On s’attachera à comprendre les effets géométriques ou matériaux de l’empilement ainsi que l’impact du placement des TSV, Bumps ... sur ces échanges thermiques. L’étude s’appuie sur des simulations numériques validées par des mesures expérimentales sur des empilements 3D. Ces études numérique et expérimentale auront comme finalité de déduire des règles de dessin thermiques qui seront validées sur le dessin de circuits basiques ou plus complexes. Dans la suite, ces différents objectifs seront motivés et abordés en détail. L’établissement d’un modèle thermique basé sur des simulations en éléments finis d’un procédé industriel CMOS 65 nm 3D permettra d’aborder le problème de modélisation de la manière la plus précise possible. En effet, les précédentes simulations ont utilisé des modèles compacts – donc de moindre précision que les éléments finis – et un procédé générique qui ne reflète pas toutes les propriétés des matériaux, et en particulier celles des interfaces. Les résultats ainsi obtenus seront validés par des mesures sur des puces empilées réalisées dans le procédé considéré. Dans cette partie expérimentale, l’objectif est de déterminer une cartographie de la température dans un empilement 3D en utilisant des capteurs embarqués dans le silicium, et ce sous différentes conditions d’opération de la puce 3D. Il en ressortira un modèle numérique validé et calibré par des mesures expérimentales. / Today we are witnessing an evolution of mobile electronic systems to more advanced features. The complexity of mobile electronic systems requires an increase in computing power of electronic chips, which can lead to the use of aggressive CMOS technology, but which now completed with a technique called 3D integration. It is more of a classical evolution across the transistor following Moore's law but that of the wider scale of the packaging / system, it is called the law of "More than Moore". Three dimensional (3D) stack of electronic chip generates an increase in the density of total power dissipated per unit area of the final stack. This power, essentially resulting in the Joule effect transistors and interconnection, is a source of heat which contributes to increase the overall temperature of the chip. The global objective of this thesis is to study the heat transfer in a 3D stack of chips during operation. We will seek to understand the geometric or materials effects of the stack and the impact of the placement of TSV, Bumps ... on these heat exchanges. The study is based on numerical simulations validated by experimental measurements on 3D stacks. These numerical and experimental studies have as a goal to deduce thermal design rules that will be validated in the drawing of basic or more complex circuits. In the following, these goals will be motivated and discussed in detail. The establishment of a thermal model based on finite element simulations of an industrial process 3D CMOS 65 nm will address the problem of modelling the most accurate way possible. Indeed, previous simulations used compact models - so that the lower accuracy of finite elements - and a generic method that does not reflect all of the properties of materials, and in particular interfaces. The results obtained will be validated by measurements on stacked chips carried out within the process concerned. In the experimental part, the objective is to determine a thermal mapping in a 3D stack using sensors embedded in the silicon, and under different conditions of 3D chip process. This will provide a numerical model validated and calibrated by experimental measurements.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un microsystème d'éjection matriciel pour la fonctionnalisation in-situ des puces à ADN. L'objectif est de concevoir et réaliser un système flexible, peu onéreux et performant permettant le dépôt localisé de micro-gouttes de réactifs (nucléotides en solution dans l'acétonitrile en l'occurrence) sur la surface de la biopuce afin de synthétiser les séquences d'oligonucléotides in-situ. Les avantages d'un tel système sont le faible coût de l'équipement, une grande flexibilité dans le choix des séquences synthétisées et la possibilité de réaliser des puces à fortes densités d'unités d'hybridation. Après examen des différentes possibilités d'actionnement, l'éjection par actionnement thermique a été retenue. Le principe s'inspire du jet d'encre thermique mais la difficulté essentielle vient du fait que les éjecteurs sont disposés de façon matricielle avec une très grande densité et doivent être commandables individuellement les uns des autres. La conception du micro-injecteur passe par la compréhension du mécanisme d'éjection et nous a amené à traiter des aspects théoriques de l'ébullition et de l'éjection. Une première structure a été conçue et réalisée, devant répondre au cahier des charges imposé par l'application ainsi qu'à l'impératif d'une bonne reproductibilité de l'éjection. A ces fins, différentes simulations par des méthodes à éléments finis ont été effectuées à partir du logiciel CoventorWare. La structure retenue intègre des résistances chauffantes sur une fine membrane diélectrique et les buses d'éjection sont réalisées en résine photosensible SU8. Les propriétés du dispositifs permettent d'atteindre localement des températures suffisamment importantes pour provoquer la nucléation homogène des bulles gazeuses tout en confinant la chaleur générée autour d'une buse d'éjection, sans interaction thermique avec les voisines. Les éjecteurs réalisés ont été caractérisés et il a ainsi été montré que des g outtel ettes de 0,1pl à 3nl pouvaient être éjectées lorsque la tension d'alimentation varie entre 25V et 5V et l'impulsion électrique d'alimentation durait de 50µs à 50ms.

Die Dynamik von axialen Magnetlagern ist im besonderen Maße von den eingesetzten Materialien abhängig. Axiale Flussverläufe machen eine Blechung von Stator und Rotor unwirksam und hohe induzierte Spannungen rufen im Magnetkreis wirbelstrombedingte Gegenfelder hervor. Zusätzliche kompensierende Magnetisierungsströme lassen den messbaren Strom der Steuerspule dem kraftbildenden Hauptfluss vorauseilen. Durch Einsatz von Pulververbundwerkstoffen lässt sich dieser Effekt reduzieren. Aus mechanischen Gründen wird die rotierende Axiallager-Scheibe in konventionellen Anwendungen dennoch aus Stahl gefertigt. In dieser Diplomarbeit werden alternative Materialien und Ausführungsformen untersucht und die auftretenden Unterschiede im dynamischen Verhalten mit der Eisenkreiszeitkonstante quantifiziert. Neben dem zu Grunde liegenden analytischen Modell soll eine fortgeschrittene Systembeschreibung vorgestellt werden, die das atypische Übertragungsverhalten der Regelstrecke berücksichtigt. Dieses setzt sich aus Differenziergliedern gebrochen-rationaler Ordnung zusammen und bildet ein sogenanntes „Fractional-Order-System“. Die Modelle werden mittels FEM-Simulationen und Experimenten am eigens konstruierten Versuchslager verifiziert. / The dynamics of axial magnetic bearings are characterized by an above-average dependency on the used materials. Axially directed fields render laminated stators and rotors ineffective. High induced voltages inside the magnetic core evoke eddy currents and opposing fields, which are compensated by an additional magnetizing current. Therefore a significant delay between the measurable coil current and the force-related magnetic flux is observed. The use of soft magnetic composites can minimize this effect, though the bearing disk usually is manufactured from conventional steel for mechanical reasons in a wide range of applications. In this diploma thesis alternative materials and embodiments are considered and the occurring differences regarding the dynamic behavior will be quantified by means of the magnetic circuit time constant. Beside its underlying analytical model, an advanced system description is introduced to include the atypical transfer function of the closed loop control system, characterized by so-called Fractional-Order-Derivatives. All models will be verified by FE-analysis and experiments on a newly constructed magnetic bearing.

Das Formdrücken findet seine industrielle Anwendung in der Herstellung rotationssymmetrischer Hohlbauteile für kleine und mittlere Losgrößen. Diese Bauteile werden häufig in einem weiteren Verfahrensschritt als Vorform für die Herstellung profilierter Hohlkörper genutzt. Verfahrensbedingt tritt bereits bei der Vorformherstellung eine ungewollte Blechdickenabnahme auf. Um diese Blechdickenabnahme zu minimieren, wurde anhand numerischer Methoden das Verfahren des Rotationsschwenkbiegens an der Professur Virtuelle Fertigungstechnik der TU Chemnitz entwickelt. Das Prinzip dieses inkrementellen Umformprozesses basiert auf einer Verfahrenskombination des konventionellen Drückens und des Schwenkbiegens, mit dem Ziel der faltenfreien Herstellung von Hohlbauteilen bei gleichzeitiger minimaler Blechausdünnung. Die als Halbzeug verwendete Ronde wird zu Beginn des Prozesses auf eine formgebende Matrize gespannt und in Rotation versetzt. Durch die Schwenkbewegung eines zylindrischen Umformwerkzeuges wird das ebene Blech an die Kontur der Matrize angelegt, wobei keine Relativbewegung zwischen Blech und Werkzeug stattfindet. Demzufolge entstehen minimale Zugspannungen in der Blechebene und die Blechausdünnung wird deutlich verringert. Durch die Durchmesserreduzierung bilden sich jedoch ebenso tangentiale Druckspannungen aus, welche zu einer ungewollten Faltenbildung führen können. Im Rahmen des Vortrages werden anhand von FEM-Simulationen Möglichkeiten vorgestellt, um diese Druckspannungen zu reduzieren oder gezielt zur Vorformherstellung für profilierte Hohlbauteile zu nutzen.

EINLEITUNG UND ZIELSTELLUNG: Die genaue Kenntnis über die thermische Beanspruchung einer Bremsscheibe ist für ihre funktionsgerechte Dimensionierung neben der mechanischen Belastung unabdingbar. Überdimensionierte Bremsscheiben führen zu einer größeren Fahrzeugmasse und somit erhöhten Energieverbrauch eines Straßenfahrzeugs. Etablierte Auslegungsstrategien berücksichtigen den Einfluss des Bremssattels nicht. Im Folgenden soll daher eine Möglichkeit aufgezeigt werden, die ungleichmäßige Pressung des Bremssattels in der thermischen Auslegung der Bremsscheibe zu berücksichtigen und eine genauere Temperaturverteilung in dieser zu ermitteln. Die angestrebten Erkenntnisse erlangen zunehmend Bedeutung durch die verschärfte Regulierung (Euro 7) zur Reduzierung von Bremsabrieb und den hierzu eingesetzten Werkstoffvariationen der Reibpartner. || METHODIK: Im Ersten Schritt wird eine strukturmechanische Simulation des Bremssattels durchgeführt, um die Pressungsverteilung zwischen Bremsbelag und –scheibe zu ermitteln. Diese Pressungsverteilung wird mittels nummerischer Integration und weiterer Berechnungen in eine Reibleistungsfunktion überführt. Anschließend kann mit der Reibleistungsfunktion der Wärmeeintrag in die Reibflächen der Bremsscheibe beschrieben werden und somit die thermodynamische Simulation zur Auslegung der Bremsscheibe durchgeführt werden. || ERGEBNISSE: Um die Genauigkeit der Simulation zu bewerten, wurden parallel zur Entwicklung der Methodik Versuche auf einem Schwungmassenprüfstand durchgeführt. Die von der Simulation vorhergesagte Bremsscheibentemperatur zeigt eine gute Übereinstimmung mit den durchgeführten Versuchen. || EINSCHRÄNKUNGEN: Als besonders kritisch erwies sich das Finden der Wärmeübergangskoeffizienten für die Abkühlung der Bremsscheibe während der thermodynamischen Simulation. Hier können CFD-Simulationen zukünftig für eine noch bessere Modellbildung sorgen. || ZUSAMMENFASSUNG: Die vorgestellten Ergebnisse der Simulationsmethodik zur thermischen Auslegung einer Bremsscheibe zeigen gute Übereinstimmungen mit den durchgeführten Versuchen. Durch die Kopplung von strukturmechanischer und thermodynamischer Simulation über die Reibleistungsfunktion, werden vergleichsweise wenige Berechnungsressourcen für die Simulation benötigt. Weitere Validierung des Modells wird derzeit durchgeführt.

The aim of the present thesis is to improve and optimize a Thomson coil based actuatorfor medium voltage vacuum interrupters. The Thomson coil based actuator’s concept isdiscussed. The thesis presents analytical as well as finite element models of the actuatoralong with a comparison of their results. Several experimental setups have been built forthis degree project and they are described in the thesis. Measurements from these setupsare also compared to simulation results. The thesis concludes by drawing conclusionsfrom the compared results and proposes possible directions for additional work in thenear future. / Målsättningen för denna uppsats är att förbättra och optimera en aktuator för mellanspänningsvakuumbrytare baserad på en Thomsonspole. Aktuatorkonceptet analyserasoch diskuteras. Uppsatsen presenterar analytiska modeller såväl som numeriska modellerför FEM av aktuatorn, samt jämförelser av resultaten från simuleringar gjorda av dessa.Flera experimentuppställningar har byggts under detta examensprojekt och beskrivs idenna uppsatsen. Mätningar från dessa uppställningar jämförs också med resultaten frånsimuleringarna. Uppsatsen drar slutligen slutsatser utifrån resultaten och föreslår möjligavägar för ytterligare arbete på området inom en snar framtid.

Radio frequency (RF) and microwave switches are widely used in several different applications including radar, measurement systems, telecommunications, and other areas. An RF switch can control a radar’s transmit vs. receive mode, select the operating band, or direct an RF signal to different paths. In this study, a single pole eight throw (SP8T) switch using only Surface Mount (SMT) components is designed and simulated in Keysight’s Advanced Design System (ADS). Single pole eight throw is defined as one input and eight possible outputs. A star network configuration with series-shunt PIN diode switches is used to create the 8-way RF switch. There are other commercially available SP8T switches from MACOM, Skyworks, Analog Devices, and other vendors that operate around this bandwidth. However, this design uses SMT components and series-shunt diode configurations to create a device in the GHz range and power handling in the high 20 to 30 dBm range. This study modeled components in ADS, including the PIN diodes and the bias tees. The project also analyzed multiple layouts, finalizing the optimal design to meet specifications. The insertion loss, bandwidth, isolation, return loss, power handling, and switching speed are analyzed in the final design. Key specifications for this design are determined by comparing to other commercially available SP4T and SP8T switches from MACOM, Skyworks, Analog Devices, and other vendors, as well as developing an operational switch over the 2-18 GHz bandwidth. Additional specifications include limiting insertion loss to 2.0 dB maximum and maximizing isolation to 30 dB minimum. Switching speed and power handling specifications are also set to 20 ns and 23 dBm, respectively. Future projects will work on design fabrication and improvements to the manufactured switch.