Neste trabalho foi desenvolvida uma formulação alternativa para o acoplamento entre o método dos elementos de contorno (MEC) e o método dos elementos finitos (MEF) para análise não linear geométrica de estruturas reticuladas ligadas a meios contínuos bidimensionais heterogêneos, aplicado a problemas de interação solo-estrutura. O solo foi considerado com comportamento elástico linear e modelado via MEC por meio de uma formulação alternativa à clássica técnica de sub-região permitindo a consideração de múltiplas inclusões mais ou menos rígidas do que o material padrão e de linhas de carga internas aos domínios. Este código foi então acoplado ao programa AcadFrame, baseado no MEF posicional para análise não linear geométrica de pórticos com consideração de cinemática exata. O acoplamento numérico foi realizado por meio de uma formulação algébrica onde a matriz de rigidez do solo e a força de contato são condensadas e somadas à matriz e ao vetor de forças internas da estrutura a cada iteração no processo de Newton-Raphson. Em ambos os programas foi utilizada uma generalização do grau de aproximação dos elementos através dos polinômios de Lagrange, o que permite a utilização de elementos curvos de alta ordem. Foi utilizada ainda a técnica dos mínimos quadrados para reduzir as oscilações de forças de superfície no contato. Os resultados obtidos de forma geral são bastante satisfatórios e comprovam a eficiência da formulação. O trabalho permite a análise de problemas de edificações apoiadas sobre solos estratificados com múltiplas inclusões e linhas de carga. Permite tanto a análise de elementos apoiados diretamente sobre o solo (sapatas, radies) quanto de elementos internos e em qualquer direção, como no caso de estacas verticais ou inclinadas. Pode-se inclusive considerar as estacas passando por diferentes camadas de solo. A aplicação pode ser estendida ainda a outros problemas elásticos, acoplamento entre peças mecânicas e análise de materiais compostos. / This work presents an alternative coupling of the boundary element method (BEM) and the finite element method (FEM) to create a computer program for non linear geometric analysis of frames coupled to continuous domains, applied to soil-structure interaction. A linear elastic behavior is considered for the soil, modeled by BEM. An alternative formulation is adopted for the classic sub-region technique, allowing the consideration of multiple inclusions and load lines inside the soil domain. The BEM computational code is coupled to the AcadFrame software, based on positional FEM for non linear geometric analysis of frames, considering exact kinematics. The numerical coupling is made by an algebraic formulation where the soil stiffness matrix and contact forces are condensed and added to the structure matrix and internal forces for each iteration on Newton-Raphson process. On both programs it is adopted a generalization of the element degree assuming the Lagrange polynomials, which allows the use of curved high order elements. It was also implemented the least square method in order to obtains better and smoother results of surface forces in the contact interface. The obtained results are satisfactory and prove the formulation efficiency. The program allows the analysis of buildings supported by layered soils with multiples inclusions and load lines. It considers directly supported elements over the soil (footing foundations, radies) and internal elements in any direction, like vertical and diagonal piles. It can also consider piles going through different layers of the soil. This formulation can be applied to other elastic problems like coupling between mechanic pieces and composite material analysis.

Les capacités de résistance de l'argilite Callovo-Oxfordian (COx), qui est une roche hôte potentielle pour le dépôt souterrain profond de déchets radioactifs de haute activité en France, sont étudiées. À une échelle microscopique, des micros pores peuvent être observés dans la matrice. Une première étape d'homogénéisation a été réalisée afin d'évaluer le critère de résistance de la matrice. L'analyse microstructurale de ce matériau à quelques centaines d'échelle, référencée échelle échelle mésoscopique, montre une matrice argileuse et une distribution aléatoire d'inclusions minérales (quartz et calcite).Dans le but de déterminer le domaine de résistance à l'argilite COx, un premier outil numérique a été développé dans le contexte du comportement élastoplastique de la matrice. Plusieurs modèles morphologiques du volume élémentaire représentatif ont été considérés, et soumis à un chargement incrémental dans des conditions périodiques jusqu'à la charge limite. A la suite de ce calcul élastoplastique, un point de la frontière du domaine de résistance est obtenu. Ce dernier est alors obtenu par des calculs élastoplastiques successifs.Une alternative aux simulations élastoplastique directes, des approches cinématiques et statiques du calcul à la rupture sont réalisées. Une méthode du type éléments finis basée sur la construction d'un champ de contrainte (dans l'approche statique) et d'un champ de vitesse (dans l'approche cinématique) est développé dans un outil numérique permettant de calculer une limite inférieure et une limite supérieure de domaine de résistance / The strength capacities of Callovo-Oxfordian (COx) argillite which is a potential host rock for the deep underground repository of high-level radioactive waste in France are investigated. At a micro-scale, micro-pores can be observed in the matrix. A first strength homogenization step has been performed in order to evaluate the matrix strength criteria. The microstructure analysis of this material at some hundreds of micromet scale, referred at meso-scale, shows a clay matrix and a random distribution of mineral inclusions (quartz and calcite).Aiming to the determination of COx argillite strength domain, an FEM numerical tool has been developed in the context of the elastoplastic behavior of the matrix. Several morphological patterns of the representative elementary volume have been considered and subjected to an incremental loading in periodic conditions until collapse occurs. As a result of such elastoplastic calculation, one point of the boundary of the strength domain is obtained. The latter then could be reached by successive elastoplastic calculations.As an alternative to direct elastoplastic simulations, kinematic and static approaches of limit analysis are performed. The stress-based (static approach) and the velocity-based (kinematic approach) finite element method are used to develop a numerical tool able to derive a lower bound and upper bound of strength domain, respectively

Vevaxeldeformation studeras i samband med uppspänning i en virvelfräsmaskin inför en skärande process. Syftet är att öka förståelse om deformationsbeteendet av vevaxelns viktiga funktionsytor genom analysering med Finita elementmetoden (FEM). Volvo Cars i Skövde hanterar i dagsläget oönskad vevaxeldeformation genom tidskrävande fysiska tester. Därför önskar företaget ta stöd av virtuell analysering. Detta arbete leder även till ett fastställande om FEM är ett tillämpbart verktyg att utgå ifrån för att upprätthålla snäva vevaxeltoleranser. Användning av virtuell analysering istället för fysiska tester skulle medföra tidsbesparing och ha positiv inverkan på miljön.  Programvaran Abaqus används för genomförande av deformationsanalyser vilka också utvärderas mot fysiska mätningar i en dragprovmaskin (Instron) för att därigenom säkerställa pålitligheten av använd FE modell.  Analyser genomförs huvudsakligen för deformationsuppkomst av vevaxeln i samband med uppspänning. Två olika typer av vevaxlar analyseras. Till respektive vevaxel skapas en FE modell med ansatta randvillkor och belastningsförhållanden utgående från en genomförd mekanisk analys av vevaxeln. Erhållna resultat visar att bricksidorna av vevaxeln deformeras med i storleksordningen <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?10%5E%7B-2%7D" /> mm då vevaxeln belastas i samband med uppspänning med en hoptryckning på 0,2 mm. Denna deformation anses medföra risk att ett bearbetningsfel kan förorsakas. Analyserna visar även vilka ytor som deformeras mest/minst. Utvärdering mot dragprovning indikerar att riktning på vevaxeldeformation stämmer överens med analyserna, men att avvikelser på deformationsstorleken förekommer. Skillnaden kan möjligen förklaras med att E-modulen varierar inom den testade vevaxeln medan den definierade E-modulen i Abaqus antar ett konstant värde. Dessutom kan eventuella felkällor från dragprovningen ha inverkan på resultatutfallet av de fysiska mätningarna.  Genomförda analyser tyder på att FEM är tillämpbar för analysering av vevaxeldeformation och rekommendationer om en lämplig FE modell tillhandahålls. En potentiell lösning till deformationsproblemet anses vara beräkning av optimal klämkraft vid uppspänning. / Crankshaft deformation is studied in connection with clamping conditions in a whirl milling machine before a cutting process. The purpose of the project is to increase knowledge about the deformation behaviour of the crankshaft and its important functional surfaces by performing analyses using the finite element method (FEM). Volvo Cars in Skövde, Sweden is currently managing unwanted crankshaft deformation occurrence by using time consuming physical testing methods. Therefore, the company wish to use virtual analyses instead of physical tests. This work also leads to a determination if FEM is an applicable tool in order to maintain narrow tolerances of the crankshaft. Using virtual analyses instead of physical tests would be time saving and would also have a positive impact on the environment. The computer software Abaqus is used to implement the deformation analyses that are also evaluated against physical measurements done with a tensile testing machine (Instron) and thereby be able to ensure the reliability of the used FE model. FE analyses are mainly performed to evaluate the deformation of the crankshaft associated with clamping. Two different crankshaft types are being analysed. A FE model is created for each crankshaft along with applied boundary and load conditions according to performed mechanical analysis of the crankshaft. Obtained results show that the thrust bearing sides of the crank pins on the crankshaft deform in the range of <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?10%5E%7B-2%7D" /> mm when the crankshaft is compressed during clamping with 0.2 mm. This deformation is considered to entail a risk for a processing error to occur. At the same time the analyses show which surfaces are most/least deformed. Evaluation according to the tensile testing indicates that the direction of the crankshaft deformation corresponds to the analysis but slight deviation of the deformation magnitude is present. The deviations can be explained by variations of the E-module within the crankshaft while the defined E-module in Abaqus has a constant value. Furthermore, there is a possibility that sources of error from the tensile tests can have an influence on the obtained results from the physical measurements. Conducted analyses indicates that FEM is applicable for crankshaft deformation analyses and recommendations of a suitable FE model are provided. A potential solution of the deformation problem is considered to be the calculation of optimal clamping force.

Le développement actuel de l’industrie vise à prévoir l’intégrité des structures dans le temps ou dans le cas de sollicitation extrême. Les risques liés à la propagation des fissures dans le cas de chocs ou d’impacts sont encore difficiles à prévoir. Les codes de calcul dans ce domaine regroupent plusieurs méthodes de simulation au sein d’un même code de calcul. Afin de présenter les différentes méthodes numériques mises en oeuvre, ce mémoire a été découpé en trois parties distinctes. Dans la première partie, nous présentons la bibliographie, puis notre apport aux méthodes de simulation numérique en l’appliquant au cas de la propagation de fissure dynamique et enfin les résultats obtenus à partir des méthodes proposées. Nous comparons ces simulations à des résultats expérimentaux ou à des simulations 2D trouvés dans la littérature. À travers la bibliographie, nous présenterons la théorie de la mécanique de la rupture pour arriver à un critère de propagation de fissure adapté à la dynamique transitoire. Ce critère a déjà été utilisé pour la fissuration dynamique en 2 dimensions. Nous décrirons la méthode des éléments finis étendus utilisée jusqu’ici principalement en quasi-statique. Nous donnerons les avantages mais aussi les limites de mise en oeuvre de cette méthode, notamment à travers le choix des enrichissements et de l’intégration des éléments coupés par la fissure. La méthode des level-sets est ensuite présentée : elle permet de décrire et faire évoluer la fissure indépendamment de la structure. On met en évidence le besoin de robustesse pour faire évoluer la fissure en dynamique explicite. La seconde partie est consacrée au développement et à l’extension de la méthode en 3D. Après avoir rappelé le critère de propagation en 3D fragile et avec plasticité, on cherche à proposer des schémas d’intégration spatiale plus économiques. Une nouvelle stratégie de propagation des level-sets basé sur la géométrie est proposée pour la dynamique explicite 3D. Enfin dans la troisième partie, nous appliquerons les méthodes à des cas de propagation de fissure bidimensionnelle puis tridimensionnelle. Nous simulerons dans un premier temps des cas 2D en mode I puis en mode mixte, afin de vérifier que l’on arrive à résultats proches des cas déjà simulés en 2D. Pour terminer par des simulations de propagation tridimensionnelle de fissure avec arrêt et redémarrage de la fissure. Tous ces développements on été implémentés dans le code de calcul de dynamique explicite EUROPLEXUS, co-propriété du CEA et de la Commission Européenne. / The current development of the industry focus on structural integrity over time or in the case of extremes stresses. Risks related to the cracks propagation in the event of shocks or impacts are still difficult to predict. Computing codes in this area groups several methods of simulation within the same computer software. To present the various numerical methods used, this thesis was divided into three distinct parts. In the first part we present the literature. Then, in second part, our contribution to the numerical simulation methods are presented by applying it to the case of dynamic crack propagation. Finally the results obtained from the proposed methods are described. We compare these simulations with experimental results or 2D simulations found in the literature. Through the first part, we present the theory of fracture mechanics to reach a criterion of crack propagation adapted to the transient dynamics. This criterion has been used for dynamic cracks in two dimensions. We describe the extended finite element method mainly used for quasi-static problems. We give the advantages but also the limits of this method: the choice of enrichment and the integration method are particularly important. The level-sets method is then presented: it allows to describe and develop the crack regardless of the structure. It highlights the need of robustness due to explicit dynamics scheme. The second part is devoted to the development and extension of the method in 3D. After reminding the propagation criterion in 3D, we try to offer more economic patterns of spatial integration. A new strategy of level-sets propagation based on geometrical approach is proposed for the explicit dynamic and applied in 3D. In the third part, we apply the methods to the case of two-dimensional crack propagation and three-dimensional. We initially simulate 2D mode I then mixed mode, to ensure that we arrive at results close to earlier 2D simulations. To finish, we present three-dimensional simulations of crack propagation with stopping and restarting crack. All these developments have been implemented in the computing software EUROPLEXUS , co-owned by the CEA and the European Commission.

Anledningen till att samhället fungerar som invånare förväntar sig och är vana vid är att det mesta är uppstrukturerat med lagar och regler varav många grundar sig i erfarenheter från verkligheten. Till exempel dimensioneras byggnader efter regler som har prövats fram såsom ändrade regler för snölast. Den senaste ändringen skedde i EKS 10 år 2016 vilket bland annat kan ha påverkats av det som skedde vintern 2009/2010 då många tak rasade in på grund av en förhöjd mängd snö jämfört med tidigare dimensioneringsriktlinjer. Ändringen påverkades även av insikten för risken med ojämn fördelning av snön. Samtliga bärande delar i en byggnad är alltså dimensionerade av en konstruktör för att hålla för en viss last. Syftet med arbetet var att kartlägga och öka kunskapen om dimensionering av stålfackverk i hallbyggnader, varav denna undersökning fokuserar på sadelfackverk. Att belysa brandskyddsfrågan var också en del av syftet. Arbetet genomfördes med hjälp av en faktaundersökning som understöddes av intervjuer, beräkningar i programmet FEM-Design och ett studiebesök på SWL. Resultatet av beräkningarna gjordes i två delar, snittkrafter respektive bärförmåga i fackverkets överram med dubbla vinkeljärn. Momentet beräknades för hand med tre olika metoder som påminde om varandra men också med FEM-Designs analys. Denna jämförelse avslöjade att fördelningen mellan moment i stöd och fält var omvänt mellan handberäkningar och FE-analys vilket berodde på att stödsjunkningen inte hade beaktats i handberäkningarna, enbart i analysen. Jämförelser gjordes sedan för snittkrafterna mellan ett fackverk med ledade livstänger samt ett fackverk med fast inspända knutpunkter. Framtagningen av överramens bärförmåga gjordes med tre olika metoder för att sedan jämföra dem mot varandra i form av överramens utnyttjandegrad. Den första metoden innehöll en fiktiv linjelast för att ta hänsyn till imperfektion, utnyttjandegraden som räknades fram blev 89 %. Den andra metoden, vid namn allmän metod, beräknades med en kritisk parameter från FEM-Design som gav utnyttjandegraden 98 %. Till sist utfördes beräkningen med FEM-Design (Steel design) för att med dimensioneringsverktyget ta fram två utnyttjandegrader att jämföra mot de två förstnämnda metoderna, som blev 82 % respektive 99 % som tar hänsyn till böjknäckning respektive böjvridknäckning. Den mest trovärdiga utnyttjandegraden som beräknades var med den allmänna metoden (98 %) eftersom den tar hänsyn till flest knäckningsfall. En negativ aspekt med dimensioneringsprocessen är att reglerna som ska beaktas är utspridda i flera eurokoder. Det leder till att det många gånger krävs en erfaren konstruktörs kunskaper för att ta hänsyn till samtliga skrifter som berör konstruktionsdelen som ska dimensioneras. Det visade sig också att fokus ligger på fel område när det gäller uppbyggnaden av brandskyddskravet för hallbyggnaders stålfackverk. Med syftet att rädda liv handlar kraven idag om att brandskydda stålstommen istället för att fokusera på det mest avgörande problemet som hotar människoliv i denna situation – värmestrålning. Problemen måste prioriteras och åtgärdas i rätt ordning för att det ska vara någon mening med kraven som bestäms av myndigheterna. Metoden som användes för hela arbetet var optimal för att få fram ett resultat med denna kvalitet med de förutsättningar som rådde. Ett mer omfattande arbete, exempelvis en doktorsavhandling, hade kunnat göra mer omfattande studier än detta. Felkällan är främst den mänskliga faktorn då kunskaperna om programmet FEM-Design är begränsade. Slutsatserna som dras av detta examensarbete sammanfattas genom att svara på frågeställningarna för arbetet med nästföljande två textstycken. Problematiken i dimensioneringsprocessen är framför allt avsaknaden av regler i eurokoderna som behandlar bärförmåga av icke dubbelsymmetriska tvärsnitt. Som det är idag krävs analys i komplexa beräkningsprogram för att använda de alternativa metoderna som nämns i eurokoderna (allmän metod och metoden med imperfektioner för global analys). Om konstruktören vill använda beräkningsprogram som FEM-Design fullt ut för att beräkna bärförmågan av överramen med dubbla vinkeljärn är problemet att programmet inte kan räkna med (egendefinierade) sammansatta dubbeltvärsnitt. Anledningen till att stålfackverk i hallbyggnader inte behöver brandskyddas är för att syftet att rädda liv inte uppfylls genom detta. Innan risk finns för kollaps av byggnaden uppkommer ett annat problem, nämligen ökande värmestrålning. När värmestrålningen överstiger 200°C är människors liv i fara vilket innebär att problemet inte ligger i stålstommens bärförmåga utan värmestrålningen orsakad av branden. Det här arbetet tillför mycket för konstruktörer som ska dimensionera fackverk med exempelvis dubbla vinkeljärn eftersom det är en svår process att genomföra, åtminstone för konstruktörer som brukar använda något enklare beräkningsprogram. Resultatet som däremot påvisade att brandskyddet av stålfackverk är onödigt är väldigt viktigt för samhället att uppmärksamma eftersom det kan betyda att Sveriges krav för brandskydd i hallbyggnader är felaktig eller undermålig för att rädda liv vid brand. / The purpose with this degree project was to look into the design process regarding steel trusses in hall buildings in order to find out what should be considered and what can be overlooked in the calculations to get the best result. In addition to the calculations, the need for fire protection of steel trusses in hall buildings was also investigated. This work was implemented through a literature study, interviews and calculations, both by hand and with the software FEM-Design. The interviews and a study visit at a manufacturer, were complements to the literature study to get a more trustworthy result. The calculation study was split into two parts; the first part contained the production of the cutting forces for the steel truss so that the values could be used in the second part. One section was analyzed in FEM-Design to calculate the load capacity of the upper chord, where the load capacity was calculated by three different methods. One of these, the general method, gives the most reliable result because it takes several flexural buckling into account. The utilization rate was 98 % with the general method compared to 89 % and 99 % using the other methods. The literature study about fire protection showed that several studies have come to the same result, e.g. that fire protection of steel trusses in hall buildings is unnecessary. The conclusions, thanks to this work, are that a problem in the design process is that there are no rules in the Eurocodes dealing with the capacity for non-double symmetrical cross-sections. Therefore, complex calculating programs are required today to use alternative methods from the Eurocodes. Fire protection, on the other hand, isn’t necessary because the problem isn’t that the roof structure rages. Human life is threatened long before by the heat radiation from the fire. In fact a person can only handle a short time of heat radiation of maximum 200°C while the steel frame doesn’t collapse until the temperature reached about 900-1000°C, that’s why the rules should be changed in Sweden.

Drückwalzen als inkrementelles Umformverfahren ist aufgrund seiner Verfahrenscharakteristik mit sehr hohen Rechenzeiten bei der Finite-Elemente-Methode (FEM) verbunden. Die Modelle ModIni und FloSim sind zwei analytisch-elementare Ansätze, um dieser Prämisse entgegenzuwirken. Das für ModIni entwickelte Geometriemodell wird in der vorliegenden Arbeit weiterentwickelt, so dass eine werkstoffunabhängige Berechnung der Staugeometrie ermöglicht wird und ein deutlich größeres Anwendungsspektrum der Methode bereitsteht. Die Simulationsmethode FloSim basiert auf dem oberen Schrankenverfahren und ermöglicht somit eine Berechnung von Zylinderdrückwalzprozessen innerhalb weniger Minuten. Für die Optimierung der Methode FloSim wurden in der vorliegenden Arbeit die analytischen Grundlagen für die Berechnung der Bauteillänge sowie der Umformzonentemperatur während des Prozesses erarbeitet. Weiterhin wurde auf Basis von numerisch realisierten Parameteranalysen ein Ansatz für die analytische Berechnung des Vergleichsumformgrades von Drückwalzprozessen entwickelt. Diese drei Ansätze, zu Bauteillänge, Temperatur und Umformgrad wurden in die Simulationssoftware FloSim integriert und führen zu einer deutlichen Genauigkeitssteigerung der Methode. / Flow Forming as incremental forming process is connected with extreme long computation times for Finite-Element-Analyses. ModIni and FloSim are two analytical/elementary models to antagonize this situation. The geometry model, which was developed for ModIni, is improved within the presented work. The improvement enables the material independent computation of the pile-up geometry and permits a wider application scope of ModIni. The simulation method FloSim is based on the upper bound method, which enables the computation of cylindrical Flow Forming processes within minutes. For the optimization of the method FloSim, the basics for the analytical computation of the workpiece length during the process and the computation of the forming zone temperature were developed within this work. Fur-thermore, an analytical approach for the computation of the equivalent plastic strain of cylindrical Flow Forming processes was developed based on numerical parameter analyses. This tree approaches for computing the workpiece length, the temperature and the equivalent plastic strain were integrated in FloSim and lead to an increased accuracy.

Finita elementmetoden (FEM) utvärderas för att i framtiden kunna undvika mycket av den fysiska provning som idag används vid optimering av maskininställningar, både vid införandet av nya maskiner men även på befintliga. Fräsmaskinen som granskas grovbearbetar fyrcylindriga vevaxlar under åtta bearbetningstempon. Resonansfrekvenser skulle kunna identifieras med hjälp av en FEM-modell och sedan undvikas genom att justera skärhastigheten. Litteraturstudien innefattar skärande bearbetning, vibrationer, svängningsteori och FEM. Modeller av vevaxlar ges av arbetsgivaren och egenfrekvensanalyser utförs i programvaran Abaqus för samtliga bearbetningstempon. Egenfrekvenser jämförs med den drivande frekvensen från fräsverktyget. Fräsning i vevaxelns egenfrekvens inträffar vid ett tillfälle, bearbetningstempo två. Vibrationerna antas inte påverkas i stor utsträckning på grund av fräsverktygets differentialdelade skär som gör att fräsning i egenfrekvens endast inträffar var sjätte skär. Vibrationsdata från arbetsgivaren visar även att vibrationerna är låga för bearbetningstempot. FEM-modellerna verifieras med fysiska experiment (slagimpulsprov) på fritt upphängd vevaxel och jämförs med resultat från FEM-analys för fri axel. Skillnaden i egenfrekvens mellan experiment och FEM-simulering är maximalt 5 %, vilket bekräftar modellernas tillförlitlighet. Vidare skapas en förenklad modell av fräsverktyget som analyseras angående egenfrekvenser i Abaqus. Egenfrekvenserna visar sig vara betydligt högre än högsta skärfrekvensen, vilket verifierar att bearbetning inte sker i verktygets egenfrekvens. Finita elementmetoden är en mycket lämplig metod för att fastställa egenfrekvenser och därmed undvika bearbetningsvibrationer som uppstår p.g.a. resonans. Fräsverktygens differentialdelade skär ger dock en ständigt varierande frekvens, vilket tyder på att vibrationerna i fräsmaskinen troligtvis inte orsakas av resonansfenomenet. / The finite element method (FEM) is evaluated with the purpose of avoiding time consuming physical testing which is currently used for optimizing machine settings, both in new and existing machines. The studied milling machine machines crankshafts through eight machining steps. Resonance frequencies could be identified with a FEM-model and then be avoided by adjusting the cutting speed. The literature study includes machining through cutting, vibrations, oscillation theory and FEM. Crankshaft models are provided by the employer and eigenfrequency analyses are carried out with the software Abaqus, simulating the crankshaft mounted in the milling machine during all machining steps. The eigenfrequencies are compared to the cutting frequency from the milling tool. Milling with eigenfrequency occurs during machining step two. The influence on the vibrations is assumed to be small due to the variable teeth spacing on the tool. The machine will therefore only be machining in eigenfrequency every sixth cut. Vibration data created by the employer also indicate that vibrations are low during the machining step. Verification of the FEM-models is conducted through physical experiments with impact hammer testing. The test is carried out on a freely hinged crankshaft and compared to the FEM-results for a constraint-free crankshaft. The difference in eigenfrequency between the impact hammer test and the FEM-analysis is a maximum of 5 %, which demonstrates the reliability of the model. Furthermore a simplified model of the cutting tool is made and analyzed for eigenfrequencies in Abaqus. The eigenfrequencies are shown to be higher than the highest possible cutting frequency which confirms that the cutting tool is not machining in its own eigenfrequency. FEM is a useful method for determining eigenfrequencies and thereby avoiding machining vibrations caused by resonance. However, due to the variable teeth spacing the cutting frequency is constantly changing for the operation, which indicates that the vibrations are not caused by the resonance phenomena.

This master thesis treats the development of a new solution for a retractable boarding step to Scania trucks, which is a part of the modular system. Some customers have the need to transport additional passengers. For such applications, Scania provides trucks featuring a Crew Cab, which is an extended cab with rear doors. Easy exit through the rear doors is important for many customers who use this type of cabin. Therefore, there is a possibility to get a retractable boarding step, equipped with an upper step and a lower foldable, that enables easy entry and exit. This function is especially important for fire fighters carrying heavy equipment and therefore has more difficulties exiting the truck. The robustness and dependability of the function is critical to ensure the safety. If it fails, the legal requirements are not met while driving or even worse, injury may occur. Pneumatics is used for the fold out of the step and a spring folds it in. The current boarding step needs improvement in order for it to be dependable and robust. If the boarding step have not been folded out, the entry and exit of the cab is not possible. This thesis covers the product development, simulations and verification of a new boarding step concept that shall improve the entry- and exit function, making it more robust and dependable. Through problem identification, a product specification and a thorough concept generation and development process a final concept has produced. Simulations were made in order to verify that the step could be stepped on when entering and exiting the cab. The result was a lower step, sliding on linear bearings in a linear motion. This enabled egress and ingress independent of the extraction or retraction of the step. This makes it more reliable than the current product. The sliding mechanism need to be tested in order to ensure the robustness. A prototype was made in order for the function to be tested. / Detta examensarbete behandlar utvecklingen av en ny lösning för ett fällbart insteg till Scania lastbilar, som är ett modular product Scania utvecklar lastbilar till ett brett spektrum av tillämpningar. Behov av att transportera ytterligare passagerare kan finnas. För sådana tillämpningar erbjuder Scania specialfordon med manskapshytt, en förlängd hytt med bakdörrar. Enkel urstigning genom bakdörrarna är viktigt för många kunder som utnyttjar denna typ av hytt. Därför finns möjligheten att få ett utfällbart steg som förenklar in- och urstigning, utrustad med ett fast övre steg och ett fällbart nedre. Detta är särskilt viktigt för brandmän som bär tung utrustning och därför har svårare att ta sig ur bilen. Det utfällbara steget fälls ut för enkel åtkomst när det behövs och viks in under körning. Detta för att uppfylla lagkrav för fordonsbredd. Tryckluft används för att fälla ut steget och en fjäder används för att fälla in det. Flera fall där problem gällande in- och utfällningsmekanism har påvisats, fälls inte steget ut är det inte möjligt att stiga i och ur hytten. Förbättring av robusthet och pålitlighet behövs genomföras. Examensarbetet ska förbättra instignings- och urstigningsfunktionen och se till att den är robust och pålitlig.Genom att identifiera problemet, upprätta en produktspecifikation och genomföra en grundlig konceptgenerering och utvecklingsprocess har ett slutgiltigt koncept tagits fram.  FEM simuleringar gjordes för att kunna verifiera att insteget håller för att kliva på. Resultatet blev ett undre steg, som glider på linjärlager. Detta möjliggör i och urstigning oberoende av i vilket läge steget är. Det gör den mer tillförlitlig än dagens produkt. Glidmekanismen måste testas för att kunna säkerställa dess robusthet. En prototyp har tillverkats för att testa detta.

Previous to the now acting construction regulations EKS and Eurocode, the fire resistance of the load-bearing structures of mono glazed balconies were designed with a fire test called the SP fire 105. In 2011, when EKS replaced the previous construction regulations called Boverkets konstruktionsregler, BKR, the SP fire 105 was no longer the requirement for mono glazed balconies. Instead, EKS prescribed that the load-bearing structures of mono glazed balconies should be determined by the use of nominal fire exposure or a natural fire model. EKS and Eurocode have previously prescribed that the standard temperature-time curve (ISO 834) was to be used when determining the fire resistance of structural elements according to nominal temperature-time curves. But an agreement made between Balkongföreningen and Boverket in 2011, established that the external temperature-time curve could be used for determination of the fire resistance of the structural elements of mono glazed balconies. The external temperature-time curve means a design temperature of the structural members of approximately 680 °C for a fire-resistance class R30, instead of a temperature of 842 °C for the standard temperature-time curve. In 2019, EKS 11 was introduced with a slight change in the regulation. The new regulation specifically implies that building parts placed within glazed balconies should not be considered as external. Due to the formulation in EKS 11, it is no longer possible to use the external temperature-time curve for verification of the fire resistance of structural elements of mono glazed balconies. The formulation says that building parts placed within glazed balconies should not be considered as external, which means that the standard temperature-time curve must be applied. The present research tries to clarify the more reasonable temperature-time curve of the standard fire curve and the external fire curve, or if neither of the curves is realistic. 16 scenarios were analysed in this study. Using CFD simulations in FDS, the adiabatic surface temperature of the structural parts could be established. The adiabatic surface temperatures were then used as input in the FEM calculation program TASEF to calculate the temperatures of structural elements of a mono glazed balcony during a fire. The results imply that the max temperatures of the steel members of the mono glazed balcony analysed are generally lower than the temperatures of the external temperature-time curve. In a worst-case scenario where the structural member is located just adjacent to the fire source, the max temperature can be higher than the temperature of the standard temperature-time curve. The balcony slab reaches max temperatures between the external temperature-time curve and the standard temperature-time curve. The temperature within the slab is below 500 °C at a depth of 15 mm and according to the 500 °C isotherm method presented in SS-EN 1992-1-2, concrete that has a temperature lower than 500 °C has not been damaged by the fire. Further studies are needed to establish whether the external temperature-time curve or the standard temperature-time curve is to be used when designing the fire resistance of the load-bearing structure of mono glazed balconies. A suggestion for further studies is to conduct fire tests of a fire within a mono glazed balcony. Such results could then be compared to the results of this study and hopefully, lead to conclusions that are needed for a complete establishment of which temperature-time curve that should be used. / Under det tidigare gällande regelverket boverkets konstruktionsregler, BKR, dimensionerades brandmotståndet för den bärande konstruktionen av enkelinglasade balkonger med testmetoden SP fire 105. När BKR ersattes av boverkets föreskrifter och allmänna råd om tillämpning av europeiska konstruktionsstandarder, EKS, tillsammans med Eurokoderna, slutade man att använda SP fire 105 och började istället använda nominella temperatur-/tidförlopp. I tidigare versioner av EKS föreskrevs det att dimensionering enligt klassificering ska utföras med en brandexponering enligt standardtemperatur/-tidkurvan (ISO 834). Men i och med upphörandet av BKR år 2011, genomfördes en överenskommelse mellan Balkongförening och Boverket där man bestämde att den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger och öppna balkonger skulle få dimensioneras med exponeringskurvan för utvändig brand istället för standardtemperatur-/tidkurvan. Dimensionering enligt exponeringskurvan för utvändig brand resulterar i en dimensionerande temperatur på 680 °C för brandteknisk klass R30, istället för en temperatur på 842 °C vid dimensionering med standardtemperatur-/tidkurvan. Vid införandet av EKS 11 år 2019 skedde en förändring i föreskrifterna gällande branddimensionering av bärande konstruktioner. I EKS 11 framgår det explicit att byggnadsdelar vilka är placerade inom inglasade balkonger inte bör betraktas som utvändiga byggnadsdelar. Detta medför att den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger inte längre kan dimensioneras enligt exponeringskurvan för utvändig brand, utan måste dimensioneras enligt standardtemperatur-/tidkurvan. Denna studie syftar till att klargöra vilken temperatur som är rimlig att använda vid dimensionering av den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger. Är den tidigare exponeringskurvan för utvändig brand mer rimlig, eller är föreskriften om att använda standardtemperatur-/tidkurvan motiverad? I studien har 16 scenarion analyserats med hjälp av CFD beräkningar i simuleringsprogrammet FDS, och med hjälp av FEM beräkningar i simuleringsprogrammet TASEF. Med FDS beräknades den adiabatiska yttemperaturen för den bärande konstruktionen, vilken sedan användes som indata i TASEF för att beräkna temperaturen i den bärande konstruktionen. Maxtemperaturen på konstruktionselementen som utgörs av stål uppnår generellt temperaturer som understiger temperaturen för exponeringskurvan vid utvändig brand. I ett ”worst-case” scenario där brandkällan står i direkt anslutning till en stålkonstruktion, kan temperaturer uppnås vilka överstiger temperaturen i standardtemperatur-/tidkurvan. Maxtemperaturen på balkongplattan är högre än temperaturen i exponeringskurvan vid utvändig brand, men lägre än temperaturen i standardtemperatur-/tidkurvan. 15 mm in i balkongplattan understiger temperaturen på betongen 500 °C. Enligt 500 °C isotermmetoden som är publicerad i SS-EN 1992-1-2 innebär detta förenklat att all betong på ett djup överstigande 15 mm har kvar sin fulla bärförmåga. En slutsats är att det krävs vidare studier för att kunna fastställa vilket nominellt temperatur-/tidförlopp som borde användas vid dimensionering av den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger. Ett förslag på vidare studier är att utföra brandtester på en enkelinglasad balkong, varav resultaten sedan kan jämföras med resultaten i denna studie. Sådana resultat skulle förhoppningsvis möjliggöra ett fastställande av vilket nominellt temperatur-/tidförlopp som bör användas vid dimensionering av den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger.

Charged hydrogels are ionic polymer gels and belong to the class of smart materials. These gels are multiphasic materials which consist of a solid phase, a fluid phase and an ionic phase. Due to the presence of bound charges these materials are stimuli-responsive to electrical or chemical loads. The application of electrical or chemical stimuli as well as mechanical loads lead to a viscoelastic response. On the macroscopic scale, the response is governed by a local reversible release or absorption of water which, in turn, leads to a local decrease or increase of mass and a respective volume change. Furthermore, the chemo-electro-mechanical equilibrium of a hydrogel depends on the chemical composition of the gel and the surrounding solution bath. Due to the presence of bound charges in the hydrogel, this system can be understood as an osmotic cell where differences in the concentration of mobile ions in the gel and solution domain lead to an osmotic pressure difference. In the present work, a continuum-based numerical model is presented in order to describe the time-dependent swelling behavior of hydrogels. The numerical model is based on the Theory of Porous Media and captures the fluid-solid, fluid-ion and ion-ion interactions. As a direct consequence of the chemo-electro-mechanical equilibrium, the corresponding boundary conditions are defined following the equilibrium conditions. For the interaction of the hydrogel with surrounding mechanical structures, also respective jump condtions are formulated. Finaly, numerical results of the time-dependent behavior of a hydrogel-based chemo-sensor will be presented.