Geomagnetically Induced Currents (GIC) have been a growing concern within power system operators and researchers as they have been widely reported to lead to power system related issues and material damage to system components like power transformers. In power transformers, GIC impacts are evidenced by part-wave saturation, resulting in transformers experiencing increased presence of odd and even harmonics. The three-phase three-limb (3p3L) transformer has been found to be the most tolerant to high dc values compared to other core types. The research was based on a hypothesis which reads “transformer laboratory testing results can be used as a guide towards developing suitable Finite Element Matrix (FEM) models to be used for conducting GIC/DC experiments”. This study thus investigates the response of a 15 kVA 3p3L laboratory transformer to dc current, emulating the effects of GICs. GIC and dc current are the same under steady state conditions, and hence mentioned interchangeably. Laboratory tests conducted identified two critical saturation points when the transformer is exposed to dc. The early saturation point was identified to be at around 1.8 A/phase of dc (18% of rated current), while the deep saturation point was at around 15 to 20 A/phase of dc (about 72% of rated current). Further analysis showed that holes drilled on the transformer can lower the transformer knee-point by about 26%, depending on the size and location of the holes. The holes hence end up affecting the operating point of the transformer due to losses occurring around the holes. A transformer FEM model was developed following the laboratory exercise, where it was concluded that a 2D model leads to grossly erroneous results, distorting the magnetizing current by about 60% compared to the laboratory results. A solid 3D model improved performance by about 30% as it took the transformer's topological structure into consideration. The 3D model was then refined further to include joints and laminations. It was discovered that laminations on the transformer need to be introduced as stacks of the core, with each core step split into two, allocating a 4% air gap space between stacks. Refinement of the T-joints proved that the joints have a relatively high influence on the transformer behaviour, with their detailed refinement improving the transformer behaviour by about 60%. The final FEM model was used for dc experiments. The results of such experiments showed close resemblance to the laboratory results, with saturation points identified in FEM lying within 10% of the laboratory identified saturation points. Overall, the various investigation methods explored showed that the hypothesis was satisfactorily proven true. Laboratory results functioned as a guide in developing the model, offering a reference case.

El Método de los Elementos Finitos (MEF) se ha afianzado durante las últimas décadas como una de las técnicas numéricas más utilizadas para resolver una gran variedad de problemas en diferentes áreas de la ingeniería, como por ejemplo, el análisis estructural, análisis térmicos, de fluidos, procesos de fabricación, etc. Una de las aplicaciones donde el método resulta de mayor interés es en el análisis de problemas propios de la Mecánica de la Fractura, facilitando el estudio y evaluación de la integridad estructural de componentes mecánicos, la fiabilidad, y la detección y control de grietas. Recientemente, el desarrollo de nuevas técnicas como el Método Extendido de los Elementos Finitos (XFEM) ha permitido aumentar aún más el potencial del MEF. Dichas técnicas mejoran la descripción de problemas con singularidades, con discontinuidades, etc., mediante la adición de funciones especiales que enriquecen el espacio de la aproximación convencional de elementos finitos. Sin embargo, siempre que se aproxima un problema mediante técnicas numéricas, la solución obtenida presenta discrepancias con respecto al sistema que representa. En las técnicas basadas en la representación discreta del dominio mediante elementos finitos (MEF, XFEM, ...) interesa controlar el denominado error de discretización. En la literatura se pueden encontrar numerosas referencias a técnicas que permiten cuantificar el error en formulaciones convencionales de elementos finitos. No obstante, por ser el XFEM un método relativamente reciente, aún no se han desarrollado suficientemente las técnicas de estimación del error para aproximaciones enriquecidas de elementos finitos. El objetivo de esta Tesis es cuantificar el error de discretización cuando se utilizan aproximaciones enriquecidas del tipo XFEM para representar problemas propios de la Mecánica de la Fractura Elástico Lineal (MFEL), como es el caso del modelado de una grieta. / González Estrada, OA. (2010). Estimación y acotación del error de discretización en el modelado de grietas mediante el método extendido de los elementos finitos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7203 / Palancia

Dans cette thèse, plusieurs approches de modélisation de composites renforcés par des fibres sont proposées. Le matériau étudié est le béton fibré, et dans ce modèle, on tient compte de l’influence de trois constituants : le béton, les fibres, et la liaison entre eux. Le comportement du béton est analysé avec un modèle d’endommagement, les fibres d'acier sont considérées comme élastiques linéaires, et le comportement sur l'interface est décrit avec une loi de glissement avec l’extraction complète de la fibre. Une approche multi-échelle pour coupler tous les constituants est proposée, dans laquelle le calcul à l'échelle macro est effectué en utilisant la procédure de solution operator-split. Cette approche partitionnée divise le calcul en deux phases, globale et locale, dans lesquelles différents mécanismes de rupture sont traités séparément, ce qui est conforme au comportement du composite observé expérimentalement. L'identification des paramètres est effectuée en minimisant l'erreur entre les valeurs calculées et mesurées. Les modèles proposés sont validés par des exemples numériques. / In this thesis, several approaches for modeling fiber-reinforced composites are proposed. The material under consideration is fiber-reinforced concrete, which is composed of a few constituents: concrete, short steel fibers, and the interface between them. The behavior of concrete is described by a damage model with localized failure, fibers are taken to be linear elastic, and the behavior of the interface is modeled with a bond-slip pull-out law. A multi-scale approach for coupling all the constituents is proposed, where the macro-scale computation is carried out using the operator-split solution procedure. This partitioned approach divides the computation in two phases, global and local, where different failure mechanisms are treated separately, which is in accordance with the experimentally observed composite behavior. An inverse model for fiber-reinforced concrete is presented, where the stochastic caracterization of the fibers is known from their distribution inside the domain. Parameter identification is performed by minimizing the error between the computed and measured values. The proposed models are validated through numerical examples.

Målet med detta examensarbete var att utforma ett koncept för friktionsmätning i trycksatt ångmiljö mellan materialparen trä/metall och metall/metall. Krav på konstruktionen var att hastigheten skulle kunna regleras mellan 0-100 meter per sekund under sex bars övertryck i 100 % luftfuktighet vid temperatur upptill 180 grader Celsius till uppdragsgivaren Mittuniversitetet i Sundsvall. Arbetets utförande redovisas i denna rapport, målet är att utforma ett koncept, utforma en 3D modell av konceptet, utföra hållfasthetsberäkning som stöder att konceptet kan utstå specificerad belastning och undersöka om formförändringar av trycksatts anordning har en inverkan på de spänningar som uppstår. För att uppnå målet att utforma ett koncept användes en designprocess innehållande funktionsanalys, idégenerering enligt brainstorming och konceptutvärdering med beslutsmatris som resulterade i ett koncept för friktionsmätning där vissa komponenter definierades med krav och dimensionering av drivlina utfördes med programmet Gates Design flex Pro. Som metod för att konstruera en 3D-modell användes programmet Solidworks, för att undersöka konceptets hållfasthet utfördes dimensionering till en början med beräkningsprogrammet Matlab där materialet EN 1.4571 användes, därefter utfördes simuleringar med Solidworks för att undersöka egenfrekvenser hos utvalda komponenter av konstruktionen och hållfasthetsberäkningar. Hållfasthetsberäkningarna och undersökning av inverkan av formförändringar av inre hörn utfördes i Solidworks där tryck och temperatur tillsattes på tryckkärlets insida. Resultatet var att konceptet inte riskerar att hamna i egenfrekvens, konceptet kan i teorin producera hastigheten 101,64 meter per sekund. Maximal spänning enligt beräkningar i Matlab var 40,02 MPa, motsvarande värde vid simulering i Solidworks var 38,16 MPa. Vid undersökning av formförändring av inre hörn hos trycksatt anordning blev resultatet att en radie på 25 millimeter vid de inre hörnen hos tryckkärl gav en spänningsreducering på 29,5% och en minskning av utböjning med 12.5%. Projektet har lyckats med att uppfylla sina mål och kan i teorin producera den hastighet som efterfrågades, utstå de förhållanden som efterfrågas och utföra friktionstest med både materialen metall och trä.

Syftet med denna studie var att belysa formativ bedömning och dess strategier ur elevernas synvinkel och ta reda på i vilken utsträckning eleverna upplever att formativ bedömning kan vara stödjande i deras lärande. Utifrån detta syfte har ett problemområde formulerats och avgränsats i följande frågor:1.Vilka upplevelser har eleverna av bedömning inom ämnet kemi, när den är formativ?2. I vilken utsträckning upplever eleverna att återkoppling från lärare, kamratbedömning och självbedömning, kan stödja deras lärande inom ämnet kemi?Denna kvalitativa studie har utförts genom att 18 gymnasieelever intervjuades. Semistrukturerade intervjuer användes för att uppnå syftet resp. besvara frågeställningarna. Studiens resultat, elevernas upplevelser, visar att flera faktorer har betydelse för elevers lärande i kemi genom formativ bedömning. Elevernas upplevelser visar hur användning av eller brist på formativ bedömning kan påverka deras lärande och hur stödjande formativ bedömning, speciellt återkoppling från läraren, själv- och kamratbedömning kan vara om de utförs på ett framgångsrikt sätt och är av god kvalitet. Dessutom har lärarens förhållningssätt till ämnet och förståelse av formativa bedömningsstrategierna betydelse för hur väl de strategierna används specifikt i ämnet kemi, enligt eleverna.

KL-trä är ett stommaterial som blir mer och mer intressant till följd av de höga koldioxidutsläppen från de traditionella byggnadsmaterialen betong och stål. KL-träets uppbyggnad möjliggör hög bärförmåga trots dess lätta egentyngd. Syftet för examensarbete är att jämföra KL-trä och armerad betongbjälklags bärande egenskaper. Som utgångspunkt har en del av en verklig betongbyggnad använts som referensobjekt. Strusoft FEM-design har tillämpats för bärverksanalys med målet att undersöka om KL-träbjälklag kan ersätta traditionella betongbjälklag. Arbetet innefattar fem steg där KL-träets prestanda jämförs med referensobjektet. De olika stegen består av ett utbyte med liknande tvärsnittshöjd, där bärförmågan jämförs för att se om kompletterande förstärkningar behövs. En ökning av tvärsnittets höjd undersöks för att granska materialets hållfasthetsegenskaper. För att jämföra bjälklagen tillämpas en parameterstudie av nedböjning orsakad på inverkan av spännvidd, i den avslutande delen kontrolleras byggnadens stabilitet för armerat betong- respektive KL-träbjälklag. Resultaten påvisar att KL-trä är ersättningsbart med ett betongbjälklag vid liknande dimensioner med få förstärkningar, alternativt öka dimension till ett bjälklag med grövre tvärsnitt. Spännviddens inverkan är liknande för materialen upp till 8 meter, Efter det genererar KL-trä en större deformation. Materialens olika tyngd bidrar även till en halvering av den största markreaktionen. Handberäkningar har genomförts för jämförelse med FEM-design med approximativa resultat på böjande moment, utnyttjandegrad och nedböjning.

Byggnader uppförda i armerad betong har en lång livslängd, vilket kan medföra att samhället ställer andra krav på utformning och användning under byggnadens livslängd. Detta medför att håltagningar kan krävas för att uppfylla samhällets behov, då det inte är hållbart att riva och bygga nytt. Vid en håltagning minskar dock elementets bärförmåga, vilket medför att sprickor kan uppstå som kan leda till brott i konstruktionen. För att undvika brott i konstruktionen kan den behöva förstärkas. Syftet med arbetet är att, med hjälp av StruSoft FEM-Design 3D Structure (FEM), undersöka om en befintlig vägg i armerad betong behöver förstärkas vid håltagning, samt undersöka hur väggen reagerar vid olika förstärkningar i stål med avseende på utnyttjandegrad, nedböjning och spänning. Arbetet omfattade en given byggnad, kallad “referensbyggnaden”, från ett projekt ägt av Byggkonstruktören AB. Den bärande väggen som i det här arbetet har studerats, vilar på två stöd, vilket innebär att väggen betraktas som en hög balk. Förstärkningsmetoderna för sådana öppningar omfattar vanligen ramförstärkning eller ökning av väggens tvärsnitt. Detta arbete har riktat in sig på förstärkning med stål eftersom det är en beprövad metod. Metoden för arbetet var modellering i FEM. FEM är ett program som används för modellering, analys samt dimensionering av bärande element i byggnader. I FEM baseras dimensionering på Eurokod med nationella tillägg. En modell modellerades utifrån referensbyggnaden, analyserades samt dimensionerades. Väggen fick en utnyttjandegrad på 97% innan håltagning och en utnyttjandegrad på 223% efter håltagning. Väggen behövde därmed förstärkas. Arbetet resulterade i fem förstärkningslösningar i stål med en utnyttjandegrad mellan 81–97%. Skillnaden i nedböjning och spänning för förstärkningslösningarna var små och bör därför inte påverka valet av förstärkningslösning. Den största skillnaden mellan de olika förstärkningslösningar är vikten av stålet som omfattar förstärkningen, vilken varierar mellan 337–1305 kg, detta bör beaktas vid val av förstärkning för ett hållbart byggande.

High Voltage (HV) cables are designed to transmit electrical power from the source to the placewhere it is consumed. The global trend towards renewable energy sources e.g. wind farms, hy-droelectric and solar panels have led to an increase in the use of HV cables, as these sources aresituated in remote locations far from the areas where they are consumed. Therefore. there is aneed for developing efficient power transmission cables.Mass-impregnated (MI) cable is a type of HV cable which contains an electrical insulation layerof oil or mass impregnated cellulose paper. Due to its excellent dielectric properties, MI cableshas been established as a solution for high voltage electrical transmission system, which has beenused for several decades.The main area of interest in this thesis is the paper insulation in the MI cable. It is importantto ensure that the paper insulation structure is robust enough to avoid any formation of damageand/or defects due to excessive deformations during cable production, handling and installation,which might affect the overall electrical performance of the cable. During handling, the drylapped cable needs to be bent and unbent several times and there is a risk that the insulationwill develop voids due to structural defects, thereby reducing the dielectric capacity of the cable.An example of typical structural defects in MI cables is, so-called, diamond folds, i.e. a collec-tive buckling of several paper strips due to axial compressive load resembling a diamond shapedpattern.The goal of this thesis work is to contribute to the knowledge of the mechanism of diamond foldsin MI cable; the onset of diamond fold and post-buckling responses. The contributions from thecable design or production parameters are also studied. The analyses will be conducted usingnumerical simulation techniques and will be compared to results from characterization tests al-ready conducted in mechanics lab at NKT Technology consulting.The results of this thesis has given an insight about the effect of insulation design parameterssuch as registration, butt-gaps, coefficient of friction and number of layers, on the diamond foldbuckling behavior in an MI cable insulation. It is recommended that these parameters have tobe carefully controlled so as to avoid formation of diamond fold buckling in the insulation.

The mechanical behavior of timber beams with a slotted-in steel plate connection is studied by creating a numerical model that is able to simulate the global bending behavior, the global load carrying capacity and the nonlinear plastic fastener force distribution in the connection. Experimental results from Material Testing Institute (MPA), University of Stuttgart were used to verify the simulation results from this study. The modeling of both the timber beams and the mechanical connections is performed with shell, beam and nonlinear connector elements. Three models were created, where the first model was a single-dowel double shear joint model to study the ability to use structural elements in the modeling of the test beams. It was used to simulate some of the basic failure modes in Eurocode 5 (EC5). The second model was a beam model used to simulate the bending of a jointed timber beam with a slotted-in steel plate connection, where only two connector elements were used to model the joint behavior of each dowel group. It can be used to study the global deflection and the load carrying capacity of the jointed timber beams. The third model was a combined beam-shell model where the beam elements are used for the timber parts outside the connection area and the fasteners, while the shell elements are used for the slotted-in steel plate and the timber parts within the connection area. It uses two nonlinear connectors to connect each dowel to the wood and a pure coupling constraint to connect the dowels to the slotted-in steel plate. This model can simulate the same phenomena as model two and also the development of the elasto-plastic shear force distribution in all the dowels. All the models were created using parameterized Python scripts, which makes it possible to easily change different input parameters. Most of the modeling results show good agreement with both experimental results and with calculated load carrying capacity results for individual dowels according to EC5. The use of the structural elements (beam, shell, and connector elements) was found to result in much less computational time compared to the use of solid elements.

This Master thesis is focused on electromagnetic brakes for servomotors. In the first chapter is described principle of operation, later then design and main parameters are explained. The main part of thesis is focused on calculation of dynamic parameters of electromagnetic brakes. Calculations are solved first by analytic method in Matlab–Simulink, then by finite element analysis. Results are compared with measurements on prototype brake.