Hydroforming, a metal forming process for the production of sophisticated components with complex geometries from mostly tubular semi-finished products, has been successfully applied in some industries for several decades. Particularly, various applications from the automotive sector such as elements of the exhaust system, structural components or drive elements can be manufactured. As trends in tube and sheet metal forming move towards lightweight construction, complex components with low production volumes, and high precision, the prospective expansion into further application areas is anticipated. To enhance the efficiency of the process, additional processes can be integrated into the hydroforming process. Examples of this are punching, collar pulling and other joining processes. Typical components include lightweight camshafts in which the cams are form- and force-fitted onto the tubes within forming process. Despite arbitrary three-dimensional forming and the high degree of flexibility, the hydroforming process is subjected to certain restrictions. Generally, in an industrial environment, only semi-finished products with wall thicknesses from 1.5 mm to a maximum of 3.5 mm are formed. Wall thicknesses of less than 1 mm are common for thin-walled, tubular components. These require special technological measures in the area of toolmaking, particularly regarding sealing system and tool engraving, and are subjected to process parameters with correspondingly smaller process windows

The aim with this master thesis was to set up a FE-simulation of an impact test of a bike helmet in LS-DYNA that correlates well with the peak acceleration score of a real life impact test. Furthermore, a parametric study has been performed in LS DYNA to investigate the robustness of the model, as well as to see which parameters have a great influence on the peak acceleration score. To investigate the acceleration of the helmet, helmet drop tests have been performed at the Borås RISE lab. Building an FE-model of the helmet drop test required multiple iterations to ensure stability and accuracy of the model. The steps of the modelling process included investigating previous simulations of helmet impacts in LS-DYNA, preprocessing of CAD, defining material models and establishing contact and boundary conditions. The parameters that have proven to have a great impact on the peak acceleration value are the tensile stress cutoff, the PC shell thickness, the strain rate dependency, and the EPS thickness. A conclusion of this work is that FE modelling is a way to approximate the peak acceleration value for linear impact tests, and a useful tool for investigating design parameters. The density of the EPS foam is shown to have a large influence on the peak acceleration value in both the experimental tests and the FE simulation. From the FE simulationns, the thickness of the EPS, as well as the thickness of the PC shell have shown to have a great impact on the peak acceleration score. / Syftet med denna masteruppsats var att sätta upp en FE-simulering av ett islagstest för en cykelhjälm i LS-DYNA som korrelerar bra med experimentella islagstest. Vidare har en parametrisk studie utförts i LS DYNA för att undersöka modellens robusthet, samt för att se vilka parametrar som har en stor påverkan på maxaccelerationen. För att undersöka hjälmens acceleration, har islagstester av cykelhjälmar utförts på RISE lab i Borås. För att bygga en FE-modell av ett islagstest krävdes flera iterationer för att säkerställa modellens stabilitet och noggrannhet. Stegen i modelleringsprocessen inkluderade undersökning av tidigare simuleringar av hjälmar i LS-DYNA, förbearbetning av CAD-filer, definiering av materialmodeller och upprättande av kontakt och gränsvillkor. De parametrar som har visat sig har en stor inverkan på det maximala accelerationsvärdet är dragspänningsgränsen, skaltjockleken på PC:n, töjningshastighetsberoendet och EPS-tjockleken. En slutsats av detta arbete är att FE-modellering är ett sätt att approximera värdet på maxaccelerationen för linjära islagstester och ett användbart verktyg för att undersöka designparametrar. Densiteten av EPS-skum har visat sig ha en stor inverkan på maxaccelerationsvärdet i både experimentella tester och FE-simuleringen.

The automotive industry is currently trying to replace the conventional steels to lightweight materials such as aluminum or carbon fiber to meet all stricter emission targets. When using such materials, traditional joining methods, such as spot welds, could be difficult to use. Therefore, more focus has been put on self-piercing rivets (SPR).In whole car models used in crash simulations, substitution models are used to model SPR joints. It is important to calibrate these models for different load cases. Volvo Cars Corporation (VCC) are currently calibrating using time-consuming physical tests where the SPR joint is subjected to loads in different directions. To save time, a way of virtually evaluating the SPR joint strength is therefore sought after. To do this, a method was developed using non-linear FEM in LS-DYNA. The method was then used to perform sensitivity studies concerning friction, sheet thickness and rivet geometry.The method developed can be divided into three parts. The process simulation, where the rivet insertion was simulated. A springback analysis, where the material is allowed to springback, closer resembling the real behaviour. Finally, the three destructive tests, lap-shear, cross-tension and KS2, were built using the geometry and initial values from the springback.For the process simulation, an explicit solution was used. To handle the large deformations present during the event, r-adaptivity was used together with a kill-element-method to describe failure, based on CrachFEM or Gissmo. The following springback analysis was then performed using one implicit step.For the destructive tests, a solid element representation of the SPR joint was created using the geometry and initial values from the springback. A shell-solid hybrid model was used to keep the computational time low.Using the method, a good correlation was found both for the process- and the destructive test simulations when compared to experiments. Furthermore, it could be concluded that friction, sheet thickness and rivet geometry affects the SPR joint strength and characteristics.

In this master thesis, the accuracy of the crack depth meter RMG 4015 was evaluated for different types of cracks with various damage mechanisms. In total, 61 crack depth measurements were conducted with the crack depth meter on 56 cracks which were located in the 23 different test pieces supplied by Kiwa. The measured crack depths were then compared to the true crack depths, which were determined by cutting the test pieces and measuring directly on the cross-sections of the cracks using a light optical microscope. The results of the comparison showed that the RMG 4015, which uses potential drop techniques, was very accurate at measuring both strain induced and alkaline stress corrosion cracks. However, the results also showed that the crack depth meter underestimates chloride induced stress corrosion cracks, corrosion fatigue cracks and stress corrosion cracks/hydrogen embrittlement cracks at varying degrees. Therefore, the main recommendation for Kiwa is to switch the RMG 4015 to a crack depth meter that uses ultrasonic techniques instead. The master thesis also explored the possibilities to improve an FE model produced by Kiwa in a previous project which involved an analysis of a cracked component. The present crack depth measure program included a test piece from this component. The stress distribution in the original model did not represent the cracks found in the real structure and it was suspected to be the result of some boundary conditions not corresponding to those acting in the actual pipe system. Some adjustments to the boundary conditions and contact regions were made and a new improved model with a better representing stress distribution was found. / I detta examensarbete utvärderades noggrannheten hos sprickdjupsmätaren RMG 4015 för olika typer av sprickor med olika skademekanismer. Totalt utfördes 61 sprickdjupsmätningar med sprickdjupsmätaren på 56 sprickor i 23 olika provbitar som tillhandahölls av Kiwa. De uppmätta sprickdjupen jämfördes sedan med de verkliga sprickdjupen, som bestämdes genom att provbitarna skars upp och mätningarna utfördes direkt på sprickornas tvärsnitt med hjälp av ett optiskt ljusmikroskop. Resultaten av jämförelsen visade att RMG 4015, som använder sig av potentialfallstekniker, var mycket noggrann vid mätning av både töjningsinducerade och alkaliska spänningskorrosionssprickor. Resultaten visade dock också att sprickdjupsmätaren underskattar kloridinducerade spänningskorrosionssprickor, korrosionsutmattningssprickor och spänningskorrosionssprickor/väteförsprödningssprickor i varierande grad. Den viktigaste rekommendationen till Kiwa är därför att ersätta RMG 4015 med en sprickdjupsmätare som istället använder ultraljudsteknik. I examensarbetet undersöktes också möjligheterna att förbättra en FE-modell som Kiwa tagit fram i ett tidigare projekt som omfattade en analys av en sprucken komponent. En provbit från denna komponent ingick i det nuvarande programmet för sprickdjupsmätning. Spänningsfördelningen i den ursprungliga modellen representerade inte de sprickor som fanns i den verkliga strukturen och det misstänktes vara resultatet av vissa randvillkor som inte motsvarade de som verkar i det verkliga rörsystemet. Vissa justeringar av randvillkoren och kontaktytorna gjordes, och en ny förbättrad modell med en bättre representativ spänningsfördelning hittades.

A computational framework for linear static aeroelastic analyses is presented. The overall aeroelasticity model is applicable to conceptual aircraft design studies and other low-fidelity aero-structural analyses. A partitioned approach is used, i. e. separate solvers for aerodynamics and structure analyses are coupled in a suitable way, together forming a model for aeroelastic simulations. Aerodynamics are modelled using the vortexlattice method (VLM), a simple computational fluid dynamics (CFD) model based on potential flow. The structure is represented by a three-dimensional (3D) Euler-Bernoulli beam model in a finite element method (FEM) formulation. A particular focus was put on the modularity and loose coupling of aforementioned models. The core of the aeroelastic framework was abstracted, such that it does not depend on any specific details of the underlying aerodynamics and structure modules. The final aeroelasticity model constitutes independent software tools for the VLM and the beam FEM, as well as a framework enabling the aeroelastic coupling. These different tools have been developed as part of this thesis work. A wind tunnel experiment with a simple wing model is presented as a validation test case. An aero-structural analysis of a fully elastic unmanned aerial vehicle (UAV) (OptiMale) is described and results are compared with an existing higherfidelity study. / Rapporten beskriver en beräkningsmodell för linjära, statisk aeroelastiska analyser. Modellen kan användas för konceptuella designstudier av flygplan. En partitionerad metod används, d v s separata lösare för aerodynamik- och strukturanalyser kopplas på ett lämpligt sätt, och bildar tillsammans en modell för aeroelastiska simulationer. Aerodynamik modelleras med hjälp av en så kallad vortex-lattice method (VLM), en enkel modell för beräkningsströmningsdynamik (CFD) som är baserad på friktionsfri strömning. Strukturen representeras av en tredimensionell (3D) Euler-Bernoulli-balkmodell implementerad med hjälp av en finita elementmetod (FEM). Ovannämnda modeller har utvecklats med fokus på modularitet och lös koppling. Kärnan i den aeroelastiska modellen har abstraherats så att den inte beror på specifika detaljer i de underliggande aerodynamik- och strukturmodulerna. Aeroelasticitetsmodellen i sin helhet består av separata mjukvaruprogram för VLM och balk-FEM, såväl som ett ramverk som möjliggör den aeroelastiska kopplingen. Dessa olika program har utvecklats som en del av examensarbetet. Ett vindtunnelförsök med en enkel vingmodell presenteras som ett valideringstest. Dessutom beskrivs en analys av ett elastiskt obemannad flygplan (OptiMale) och resultaten jämförs med en befintlig studie som har genomförts med modeller av högre trovärdighet.

Metamaterials are artificially designed materials with desired electromagneticresponses for advanced wave manipulation. Their key constituent is often somenoble metal, thanks to its well localized plasmonic effects with highextinction cross section. In this project, a metamaterial based onmetal-insulator-metal (MIM) structure is investigated to create a compactplanar reflector which mimics the function of a parabolic mirror. In such ametamaterial, each MIM unit is essentially a sub-wavelength resonator whichexhibits magnetic-dipole resonance. To achieve focusing effect, phase shift onreflected wave by each MIM unit upon a plane-wave incidence is calculatedrigorously through finite-element method. By carefully selecting unitgeometries and thereby introducing a phase gradient along the reflector plane,one can control propagation direction of reflected wave at each reflectorposition. The principle can be explained in terms of either ray-optics theoryor generalized Snell’s law. As a particular demonstration, we have designed inthe thesis a planar reflector consisting of eleven MIM units with a totaldevice width of 5.5 µm. FEM simulation showed that the reflector focuses lightat 1.2 µm wavelength with a nominal focus length of 6 µm. Such compactmetamaterial devices can be potentially fabricated on chips for sensing andtelecom applications, circumventing many inconveniences of includingconventional lenses in an optical system. / Metamaterial är artificiellt konstruerade material med vissa önskadeelektromagnetiska egenskaper, vilket kan utnyttjas för avancerad styrning avelektromagetisk vågutbredning. Metamaterialet som undersöks i denna rapportär baserad på en metall-isolator-metall (MIM) struktur, denna strukturkommer användas för konstruktion av en platt parabolisk reflektor. Vilket isin tur består av en serie MIM-strukturer med varierande storlekar. VarjeMIM-struktur är i princip en resonator med en storleksordning mycket mindreän våglängden och ger upphov till en magnetisk resonans. För att sedan uppnåfokus genomförs en rigorös beräkning av fasen med hjälp av finita elementmetoden, varpå man kan beräkna fas och amplitud från strukturen efterreflektion från en plan våg. Därefter kan man välja ut de geometrierna somkrävs för att styra riktningen av vågpropagationen med en fasgradient.Fysikaliska principerna kan förklaras genom stråloptik eller med hjälp avgeneraliserade Snell's lag. I denna rapport presenteras en design av en planreflektor med elva MIM strukturer där den totala storleken är 5.5 µm. FEMsimulering visade att reflektorn fokuserade ljuset vid våglängden 1.2 µm medden nominella fokallängden 6 µm. Dessa kompakta metamaterial kan eventuellttillverkas på chip för detektering och telekom, vilket löser problemen medatt inkludera konventionella linser i optiska system.

Perfectly matched layer (PML) is a commonly used method of absorbing waves at a computational boundary for partial differential equation (PDE) problems. In this thesis, methods for improving the usability of implementations in Comsol Multiphysics is addressed. The study looks at complex coordinate stretching PMLs in the context of Helmholtz equation using the finite element method (FEM). For a PML to work it has to be set up properly with parameters that takes into account the properties of the problem. It is not always straight forward. Some theory behind PMLs is presented and experimentation on PML properties performed. Methods for PML optimization and adaption is presented. Currently, the way PMLs is applied in COMSOL Multiphysics requires the user to perform many tasks; setting up a geometry, meshing and choosing a suitable complex coordinate stretching. Using a so-called extra-dimension implementation it is possible to attach PMLs as boundary conditions in COMSOL Multiphysics. This simplifies for the user since the geometry and mesh is handled by the software. / Perfectly matched layer (PML) är en metod som ofta används för vågabsorbering vid randen för problem med partiella differentialekvationer (PDE). I det här examensarbetet presenteras metoder som förenklar användingen av PMLer i COMSOL Multiphysics. Studien kollar på PMLer baserade på komplex-koordinatsträckning med fokus på Helmholtz ekvation och finita elementmetoden (FEM). För att en PML ska fungera måste den sättas upp på rätt sätt med parametrar anpassade efter det givna problemet. Att göra detta är inte alltid enkelt. Teori presenteras och experiment på PMLer görs. Flera metoder för optimisering och adaption av PMLer presenteras. I nuläget kräver appliceringen av PMLer i COMSOL Multiphysics att användaren sätter upp en geometri, ett beräkningsnät och väljer den komplexa koordinatsträckningen. Genom att använda COMSOLs implementation av extra dimensioner är det möjligt att applicera PMLer som randvilkor. I en sådan implementation kan geometri och beräkningsnät skötas av mjukvaran vilket underlättar för användaren.

Pålgrundläggning är en vanlig metod vid grundläggning där sämre markförhållanden råder. För broaroch andra anläggningskonstruktioner måste stora laster tas i beaktande, både horisontella ochvertikala. Att dimensionera för detta kan vara en tidskrävande process som kräver många upprepadeberäkningar för att hitta en fungerande pålkonfiguration.Syftet med denna studie är att undersöka hur man med hjälp av ett avancerat analysprogramtillsammans med parametrisk modellering kan effektivisera processen för beräkning av pålgrupper.Studien avser undersöka hur man kan uppnå detta syfte med hjälp av Sofistik, ett FEM-program, isamverkan med Rhinoceros och Grasshopper, program för CAD och visuell programmering. Måletmed studien är att ta fram en effektiv metod där man med hjälp av ett skript med ändringsbaraparametrar kan skapa en mer automatiserad och flexibel process för modellering och beräkning avpålgrupper. Med metoden ska man kunna skapa och beräkna pålkonfigurationer under varierandeförutsättningar, med ett resultat som står sig väl mot mer etablerade metoder.Studien har visat att metoden är användbar för syftet att modellera och beräkna pålgrupper. Arbetet harresulterat i ett skript där användaren kan definiera ingående parametrar om material, geometri ochlaster, och genom skriptet både skapa en tredimensionell modell av en pålgrupp och sedan analyseradenna i analysprogrammet. Processen sker till stor del automatiskt och är flexibel på så sätt attparametrarna kan ändras och direkt uppdatera modellen och utföra en ny beräkning.Metoden har visat sig ge jämförbara resultat med ett etablerat beräkningsprogram för pålar, CAERymdpålgrupp, under förutsättning att en förenklad beräkning görs där bottenplattan ges oändligstyvhet. / Piling is a common method of foundation where poorer soil conditions prevail. For bridges and otherplant structures, large loads must be considered, both horizontal and vertical. Dimensioning for thiscan be a time-consuming process that requires many repeated calculations to find a working pileconfiguration.The purpose of this study is to investigate how, with the help of an advanced analysis programtogether with parametric modelling, the process for calculating pile groups can be streamlined. Thestudy aims to investigate how this goal can be achieved with the help of Sofistik, a FEM program, incollaboration with Rhinoceros and Grasshopper, programs for CAD and visual programming. The aimof the study is to develop an efficient method where, with the help of a script with adjustable values, amore automated and flexible process for modeling and calculating pile groups can be created.The study has shown that the method is useful for the purpose of modeling and calculating pile groups.The work has resulted in a script where the user can define parameters about material, geometry andloads, and through the script create a 3D model of a pile group and analyze this in the analysisprogram. The process is largely automatic and is flexible in such a way that the parameters can bechanged and directly update the model to perform a new calculation.The method has been shown to give comparable results with an established calculation program forpiles, CAE Rymdpålgrupp, provided that a simplified calculation is made where the foundation slab isgiven infinite stiffness.

No description available.

Rapid prototyping has in the last few years gained an ever increasing central role in projects thanks to its agile benefits. Because of that, boundaries regarding what can be accomplished can be pushed and new techniques for achieving goals can be explored at a reasonable cost. A challenge that remains though, is to be able to prototype rapidly with advanced materials such as fibre composites, in a cost effective and reliable manner. The Maritime Robotics Laboratory at KTH Royal Institute of Technology is developing an unmanned fixed-wing aerial vehicle that is also submersible and takes off from the water surface. The design for the craft is completely novel in order to meet the necessary requirements.  The goal of this master's thesis is to assist with the design of the craft in order to ensure its manufacturability. When the design was finished, a structural analysis of said design was performed, utilizing finite element software. This ensured that the correct amount of material was used, where it was needed. Lastly, and the main scope of this thesis, is the manufacture of the components which make up the craft. Several options were considered during the manufacturing process, like vacuum infusion and prepreg due to the varying size and complexity of all the components which are to be manufactured.  More conventional materials (such as medium density fibreboard) was decided upon when manufacturing the molds for the main airframe of the craft due to its sheer size. The method which was decided upon for building all auxiliary components was to use inexpensive 3D-printed polylactic acid molds, coated with glass fibre reinforce adhesive polytetrafluoroethylene film, in conjunction with a low-temperature prepreg. The trials eventually turned out successful and the components which were built using this technique came out according to their specified dimensions that were provided and in accordance to the structural analysis which was conducted. This is promising for rapid prototyping in where only entry-level composites manufacturing equipment is accessible. / "Rapid prototyping" (Snabb prototyptillverkning) har under de senaste åren fått en allt mer central roll i projekt tack vare dess agila fördelar. På grund av detta kan gränser för vad som kan åstadkommas tänjas på och nya tekniker för att uppnå mål kan undersökas till en rimlig kostnad. En utmaning som dock kvarstår är att snabbt kunna ta fram prototyper med avancerade material som fiberkompositer på ett kostnadseffektivt och pålitligt sätt. Maritime Robotics Laboratory vid KTH utvecklar en drönare som är nedsänkbar under vatten och lyfter från vattenytan. Designen för detta är helt ny för att uppfylla den önskade kravspecifikation. Målet med detta examensarbetet är att hjälpa till med utformningen av drönaren för att säkerställa dess tillverkbarhet. Designarbetet omfattar en strukturanalys med användning av finita elementmetoder. Detta för att säkerställa att rätt mängd material används där det behövs. Slutligen, och huvuduppgiften för detta projekt, är tillverkningen av de komponenter som utgör drönaren. Flera alternativ övervägdes under tillverkningsprocessen, som vakuuminjektion och prepreg på grund av den varierande storleken och komplexiteten hos alla komponenter som ska tillverkas. Mer konventionella material (som t.ex. medium density fibre, fiberspånskiva) valdes vid tillverkning av formarna för drönarens skrov på grund av dess stora storlek. Metoden som beslutades för att bygga alla hjälpkomponenter var att använda billiga 3D-printade polylaktid-formar, belagda med glasfiberarmerade självhäftande polytetrafluoreten-film, i kombination med en lågtemperatur prepreg. Försöken blev så småningom framgångsrika och komponenterna som byggdes med dessa metoder blev producerade enligt deras angivna dimensioner som gavs och i enlighet med den strukturella analys som utfördes. Detta är lovande för snabb prototyping där utrustning för produktion med kompositmaterial är begränsad till inträdesnivå.