Cette étude a porté sur différents hydroxysels ferreux, formés en milieu carbonaté ou sulfaté. Ces composés sont connus pour le rôle important qu’ils jouent lors des processus de corrosion à long terme des aciers en milieux naturels (sols, milieu marin). La chukanovite, hydroxycarbonate ferreux de composition Fe2(OH)2CO3, a été particulièrement étudiée. Son enthalpie libre standard de formation a ainsi pu être déterminée à partir d’une étude détaillée des conditions d’équilibre avec l’hydroxyde de Fe(II), réalisée sur des suspensions aqueuses vieillies jusqu’à 6 mois. Cette détermination a permis de tracer des diagrammes d’équilibre potentiel-pH du fer incluant la chukanovite et mettant en évidence son domaine de stabilité thermodynamique. Par comparaison avec des diagrammes similaires incluant la sidérite FeCO3, il a été possible de montrer que la chukanovite était métastable (à 25°C) par rapport à la sidérite. Nous avons également étudié les mécanismes de transformation de la chukanovite pour différentes conditions d’oxydation, en utilisant notamment le peroxyde d’hydrogène pour accélérer la cinétique de la réaction. Les résultats obtenus montrent, qu’à 25°C, la chukanovite se transforme en lépidocrocite et/ou goethite sans passer par un composé intermédiaire Fe(II,III) de type rouille verte. La goethite est favorisée par une augmentation du pH (excès de carbonate par exemple). Une oxydation violente par le peroxyde d’hydrogène conduit à la formation d’un oxycarbonate de Fe(III), structurellement très proche de la chukanovite. Enfin, deux hydroxysulfates ferreux ont été mis en évidence et caractérisés par diffraction des rayons X et spectroscopie Infrarouge. Ces composés n’ont cependant pas pu être obtenus seuls, mais toujours ensembles, et/ou avec Fe(OH)2, voire un 3ème hydroxysulfate ferreux. Une étude des processus d’oxydation a permis de révéler que tous ces composés se transformaient dans un premier temps en rouille verte sulfatée. / This study deals with various ferrous hydroxysalts formed in carbonated or sulphated environments. These compounds are known to play an important role during the long term corrosion processes of carbon steel in natural media (soils, seawater). Chukanovite, the Fe(II) hydroxycarbonate with composition Fe2(OH)2CO3, was studied more particularly. Its standard Gibbs free energy of formation could be determined via the detailed study of the equilibrium conditions with Fe(II) hydroxide, performed with aqueous suspensions aged up to 6 months. Potential-pH equilibrium diagrams of iron could then be drawn including chukanovite and highlighting its domain of stability. A comparison with diagrams drawn with siderite FeCO3 revealed that chukanovite was metastable (at 25°C) with respect to siderite. The mechanisms of transformation of chukanovite were also studied for various conditions of oxidation. Hydrogen peroxide was for instance used to accelerate the reaction. The obtained results show that the oxidation of chukanovite leads, at 25°C, to lepidocrocite and/or goethite without the formation of an intermediate Fe(II,III) green rust-like compound. Goethite is favored by an increase of pH (i.e. excess of carbonate). The violent oxidation by hydrogen peroxide leads to a Fe(III) oxycarbonate structurally similar to chukanovite. Finally, two Fe(II) hydroxysulphates could be identified and characterised by X-ray diffraction and infrared spectroscopy. These compounds could not however be obtained alone, but always together, and/or with Fe(OH)2 or maybe a third Fe(II) hydroxysulphate. The study of their oxidation process revealed that all these compounds were first transformed to sulfated green rust.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22777号 / 工博第4776号 / 新制||工||1747(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 乾 晴行, 教授 安田 秀幸, 教授 辻 伸泰 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Grâce à leurs excellentes propriétés de dureté et de résistance à l’usure, les carbures cémentés sont les meilleurs candidats pour la réalisation d’outillage de coupe. Elaborés par la métallurgie des poudres, ils sont majoritairement composés de carbure de tungstène, choisis pour ses propriétés de dureté et d’un liant métallique à haute ductilité, le plus souvent le cobalt. Néanmoins, l’utilisation du cobalt comme liant est remis en question depuis quelques années par la commission européenne REACH à cause de sa toxicité. En conséquence, des liants alternatifs tels que les alliages de Fe et Ni sont étudiés. Malgré les différents travaux menés, il subsiste un manque de compréhension fondamental sur l’effet spécifique du liant sur le frittage et le grossissement de grains des carbures cémentés. Le but de cette étude est la compréhension de l’effet de la composition du liant sur le frittage et le grossissement de grains. Dans cet objectif, différent liants WC-20vol%M (M=Fe, Ni or Co) et différent taux de carbone sont considérés. Le frittage et le grossissement de grains seront étudiés à l’aide de caractérisations macroscopiques et microstructurales, puis les résultats discutés en comparaison avec la littérature. Comme il a été déjà observé dans le cas d’alliages WC-Co, le retrait au cours du frittage survient plus tôt dans le cas d’alliages riches en W qu’en C, quelque soit le liant considéré. Concernant l’effet de la nature du liant, le frittage en phase solide est décalé vers les hautes températures pour WC-Fe en comparaison avec WC-Co et WC-Ni. Dans cette étude le retrait est directement corrélé avec la capacité d’étalement du liant dans la porosité, comme le confirme l’analyse de la microstructure. Quant au grossissement de grain, il est inhibé pour un faible ratio C/W, quelque soit la nature du liant. Néanmoins, pour un ratio C/W élevé, celui-ci augmente, ainsi que la tendance au grossissement anormal, en particulier dans le cas du liant nickel. Les mécanismes de grossissement de grains sont discutés en lien avec les observations structurales des interfaces. / Thanks to their exceptional hardness and wear resistance, cemented carbides are the best candidates to make efficient cutting and drilling tools by the powder metallurgy route. Known as a very hard ceramic material, tungsten carbide is used as the major component of cemented carbides. A ductile metal binder is added as the matrix, which in most cases is cobalt. Nevertheless the use of cobalt as a binder is questioned by the new European regulation on chemicals (REACH). Therefore, new alternative binders are considered, especially Fe and Ni-alloys. Although a few studies exist for Fe-based and Ni-based WC cemented carbides, there is still a lack of fundamental understanding of the specific effect of the binder on sintering and grain growth. This work discusses the effect of binder composition on sintering and grain growth of cemented carbides. For this purpose, different binder compositions WC-20vol%M (M= Fe, Ni or Co) and different C/W ratio are considered. Sintering and grain growth behaviors are investigated using several macroscopic and microstructural characterizations, and results are discussed and compared to the literature. As already observed in previous works on WC-Co, shrinkage occurs earlier for W-rich than for C-rich alloys for the three binders. Regarding the influence of the binder nature, solid state sintering is delayed to higher temperature for WC-Fe in comparison to WC-Co and WC-Ni alloys. Shrinkage is directly related to the spreading efficiency of the binder into the porosity, as confirm by the microstructure analysis. Grain growth is inhibited for low C/W ratio whatever the binder nature. Nevertheless, for a high C/W ratio, grain growth is enhanced and the abnormal character of grain growth increases, especially in the case of a Ni binder. Grain growth mechanisms are discussed in relation with the observed structure of phase boundaries.

Aus der Einleitung: "In der Produktentwicklung hat sich die numerische Simulation mittels Finite Elemente Analyse als Standardverfahren etabliert. Die Wandlung von einem Spezialistenwerkzeug zu einem generellen Ingenieurtool bringt mit sich, dass theoretisches Wissen zur FEA beim Benutzer nicht vorausgesetzt werden kann und demzufolge im Programm geeignet implementiert sein muss. Ingenieure sind im Umgang mit CAE-Tools (FEM, CFD, CAD) und theoretischen Methoden (VDI 2221, DSM, DfX) im Produktentstehungsprozess vertraut. In diesem Zusammenhang ist die aktuelle Herausforderung eine Verbindung beider etablierten Werkzeugklassen zu schaffen, die bisher nicht erfolgt ist. Es fehlt die benutzerspezifische Anpassung von computergestützten Werkzeugen an die Denkweise von Ingenieuren und deren Nutzungskontext. Methodische Wissensbasen, Retrieval-Möglichkeiten und Suchroutinen für abgeschlossene Projekte sind in CAE-Programmen nicht integriert. Ergänzt werden diese Nachteile durch die hohen Anschaffungskosten von Software in Kombination mit schlechter Usability."

During aircraft development, the impact of vibrations is examined and how this affects the aircraft structure under different conditions. Those vibrations can damage electronic equipment that are installed within the fuselage and can even lead to material fatigue within the structure. To reduce vibrations there are two approaches that are preferred to use, installing vibration insulators attached between the structure and the electrical component or change the design of the structure to a stiffer one. Those methods are easiest to implement in an early stage of the development but in later stages, when vibration problems usually are detected, it is too difficult and expensive to do major changes of the structure and there is lack of space to implement vibration insulators. A third method is then to apply passive damping in form of damper mats to surfaces on structures where critical vibrations occurs.    The effects on the structural behavior when damper mats are applied to a certain structure are studied in this thesis work. The purpose is to get deeper knowledge about how damper mats can be used to reduce vibrations in aircraft structures. The type of damper mat that is studied is known as Constrained Layer Damping, CLD, which is a sandwich of a visco-elastic material layer and a stiffer constraining material layer. Modelling and simulation methods that are based on commercial FE-software have been developed. The analysis method is based on doing a modal analysis with structural damping taken into account. This makes it possible to predict the overall global damping at each structural mode. The models for damper mats have in this project been verified with experimental testing using typical damper mats. The methodology can be used to predict the behavior of damped structures in order to obtain an effective and lightweight passive damping solution. / Under utvecklingen av flygplan undersöks hur vibrationer påverkar flygplansstrukturen under olika förutsättningar. Dessa vibrationer kan skada elektronisk utrustning som är monterad i flygplanskroppen och kan även göra så att materialutmattning uppstår i flygplansstrukturen. För att motverka vibrationer finns det två metoder som är att föredra, antingen att montera vibrationsisolatorer mellan de elektroniska utrustningarna och strukturen eller att ändra designen på strukturer till en styvare. Dessa metoder är enkla att implementera i ett tidigt steg i utvecklingsprocessen men i senare steg, då vibrationsproblem ofta upptäcks, så är det för komplicerat och för dyrt att göra större ändringar på strukturen och så är det ont om plats för att kunna installera vibrations isolatorer. En tredje metod är istället att implementera passiv dämpning i form av dämpningsmattor på ytor av strukturen där kritiska vibrationer uppstår. Effekterna av det strukturella uppförandet när dämpningsmattor är applicerade på en viss struktur har studerats i det här examensarbetet. Syftet är att få en fördjupad kunskap om hur dämpningsmattor kan användas för att reducera vibrationer i flygplan strukturer. Den typ av dämpningsmatta som har studerats är känd som Constrained Layer Damping, CLD, vilken är en sandwich av ett visko-elastiskt lager samt ett styvare lager.  Modellerings och simuleringsmetoder som är baserade på kommersiella FE-mjukvaror har utvecklats. Analysmetoderna är baserade på att utföra modalanalys tillsammans med strukturell dämpning. Detta möjliggör att förutse den övergripande dämpningen vid varje strukturell mod. Modellerna för dämpningsmattorna har i det här projektet verifierats med experimental testning av typiska dämpningsmattor. Metodiken kan användas till att prediktera beteendet av dämpade strukturer för att uppnå en effektiv och lättviktig passiv dämpningslösning.

Woodbe Engineering AB is a freshly started company that has developed a new type of joint for cross-laminated timber (CLT). The joint does not include any metallic fasteners, which improves sustainability, the ergonomics for the workers and time efficiency. The joint is designed to connect floor and wall elements in multi-storey buildings, by milling a dovetail in the floor element, and a fitting track in the wall element using a CNC machine. Before the product can be used on the market, it needs to be verified. This verification can either be done using physical tests, calculations, or a combination of both. The company has performed experimental small-scale tests, where the load-bearing capacity was tested. Later this year, large scale tests are to be performed. The purpose of this work is to develop a simulation model that can predict the results of the physical test. A simulation model that yields accurate results can be a good substitution for physical testing, due to a lower cost, better time efficiency, and parameters that can easily be changed. CLT is made up of several layers of wooden plates with different directions. The wood itself is quite complex to model. It has different properties in different directions, both ductile and brittle fracture modes and a large scatter of material properties. To capture this behaviour, a material model which incorporates orthotropic elasticity with linear fracture mechanics has been used. The behaviour of the material model has been evaluated with tests in both tension and compression in different directions. The accuracy of the material model was investigated by a simulation of the small-scale tests where the load-bearing capacity and the mode of fracture was investigated. A simulation of the large-scale experiment has also been conducted, where predictions of the load-bearing capacity and the first mode of failure was investigated. Also, a calculation script has been developed, which calculates the shear stress in the dovetail.  The results of the simulations clearly show the capability of the material model. Load-displacement graphs show ductile and brittle behaviour in compression and tension respectively. The strength is the highest along the fibres of the wood, with a fast decrease as the angle is increased. The simulation of the small-scale tests showed the initiation of rolling shear damage in the bottom transverse layer of the dovetail at a load level of 87 kN. The load continued to rise until a maximum load of 112 kN, while the damaged region grew upwards into the next layer. As compared to the physical tests, the mean maximum capacity of the joint was 125 kN, where rolling shear cracks could be found in the upper transverse layer in all tested specimens. Some of the tested specimens showed damage initiation at a load level of 84 kN. For the larger experiment, the same mode of damage was initiated at a load level of 161 kN which continued to rise until a maximum load level of 165 kN. The calculated values of the shear stress showed a critical shear force of 26 kN per dovetail. This value is 60 and 63 % of the simulated critical shear forces. The results of the simulation are in good agreement with the reference experiment in terms of damage initiation and maximum load. However, a large scatter of material properties, approximations of material orientations and interactions between individual layers results in a low level of predictability in terms of damage evolution and ductility in the material. / Woodbe Engineering AB är ett nystartat företag som har utvecklat en ny typ av knutpunkt för korslimmat trä (KLT). Förbandet innefattar inga metalliska förbindare, vilket förbättrar hållbarheten, ergonomin för arbetarna och tidseffektiviteten. Förbandet är konstruerat för att binda samman golv- och väggelement i flervåningsbyggnader, genom att fräsa tappar i golvelementen och motsvarande spår i väggelementen med hjälp av en CNC-maskin. Innan produkten kan användas på marknaden, behöver den verifieras. Verifikationen kan antingen ske genom fysiska tester eller beräkningar, alternativt en kombination av båda. Företaget har gjort experimentella tester i mindre skala där bärförmågan provades. Senare i år ska prover i större skala utföras. Syftet med arbetet är att utveckla en simuleringsmodell som kan förutspå resultaten hos de fysiska proverna. En simuleringsmodell som ger tillförlitliga resultat kan vara ett bra substitut till fysiska prover genom en lägre kostnad, de är mer tidseffektiva och parametrar kan enkelt ändras. KLT är uppbyggt av flera lager av träskivor med olika riktningar. Träet själv är relativt komplext att modellera. Det har olika egenskaper i olika riktningar, samtidiga duktila och spröda brottmoder och har en stor spridning av materialegenskaper. För att fånga upp dessa egenskaper, har en materialmodell som innefattar ortotrop elasticitet och linjär brottmekanik använts. Beteendet hos materialmodellen har utvärderats med tester i både drag och tryck i olika riktningar. Noggrannheten hos materialmodellen har undersökts genom en simulering av redan testade småskaleprover, där bärförmågan och brottmoden undersöktes. En simulering av fullskaleproverna har också gjorts, där en förutsägelse av bärförmågan och den första brottmoden har gjorts. Dessutom har ett beräkningsskript tagits fram som beräknar skjuvspänningen i tappen. Resultaten av simuleringarna visar tydligt förmågan hos materialmodellen. Kraft-förskjutningskurvor visar duktila och spröda beteenden i tryck respektive drag. Hållfastheten är högst i fiberriktningen, med en snabb minskning när vinkeln till fibrerna ökar. Simuleringen av småskaleproverna visade initiering av rullskjuvningsbrott i det undre tvärgående lagret i tappen vid en last av 87 kN. Lasten ökade till den maximala lasten 112 kN, medan det skadade området växte uppåt in i nästa lager. I jämförelse med de fysiska testerna var den maximala medellasten 125 kN, och rullskjuvningssprickor i det övre tvärgående lagret kunde hittas i alla provexemplar. Några av de provade exemplaren visade brottinitiering vid en last av 84 kN. Simuleringen av den större uppställningen visade samma typ av brottinitiering vid en last av 161 kN som ökade till en maximal last av 165 kN. Beräknade värden av skjuvspänning i tappen visade en kritisk skjuvkraft av 26 kN per tapp. Detta värde är 60 och 63 % av de simulerade kritiska skjuvkrafterna. Resultatet av simuleringen stämmer bra överens med referensexperimentet gällande brottinitiering och maxkapacitet. Dock, på grund av en stor spridning av materialegenskaper, approximationer gällande materialriktningar och samverkan mellan individuella lager, är nivån av förutsägbarhet låg gällande brottillväxt och duktilitet i materialet.

Auf dem Weg der Bildung von Cu2Se aus den Elementen wurden die während der Reaktion auftretenden Zwischenprodukte bestimmt. Dabei wurde eine Mischung aus Kupfer- und Selenpulver in einer Kugelmühle gemahlen. Nach bestimmten Zeitintervallen wurden dem Mahlgut Proben entnommen und röntgenographisch ihre Zusammensetzung bestimmt. Zusätzlich wurden diese Proben nach dem Mahlen in der DTA gemessen. Um den Einfluss der Korngröße des Kupferpulvers zu untersuchen, wurde eine Mischung mit feinerem Kupferpulver in gleicher Weise untersucht. Es wurden 43 Glasproben der Zusammensetzung Fe2GexSe98-x, Fe4GexSe96-x und Fe6GexSe94-x hergestellt. Diese Proben wurden röntgenographisch und thermoanalytisch untersucht. Man bestimmte die Dichten, die Rekristallisationstemperaturen, die Glasübergangtemperaturen und die Schmelzpunkte jeder Probe. Die bei der Rekristallisation entstandenen Substanzen wurden über Röntgenheizkameraaufnahmen ermittelt. Aus den thermoanalytischen Daten berechnete man die Kristallinität nach Hruby. Darüber hinaus ermittelte man die kinetischen Daten der Rekristallisation. Im ternären Phasendiagramm Fe-Ge-Se wurden die Gleichgewichte zwischen den binären und ternären Verbindungen aufgestellt. Darüber hinaus klärte man die Phasenverhältnisse innerhalb der Schnitte Fe0,615Ge0,385-delta-Fe(1-x)Se und GeSe2-delta-Fe(1-x)Se auf.

The analysis of penetration of warheads in concrete protective structures is an important part of the study of weapon effects on protective structures. This type of analysis requires that the design load in the form of a warhead is determined, and its characteristic and performance within a protective structure is known. Constitutive equations for concrete subjected to weapon effects have been a major area of interest for a long time, and several material models for concrete behaviour are developed. However, it is not until recent years that it has been possible to use finite element (FE) analyses to simulate the behaviour of concrete targets during projectile penetration with acceptable results. The reason for this is a combination of several factors, e.g. development of suitable material models for concrete, enhancement of numerical methodology and affordable high capacity computer systems. Furthermore, warhead penetration has primary been of interest for the armed forces and military industry, with a large part of the conducted research being classified during considerable time. The theoretical bases for concrete material behaviour and modelling with respect to FE analyses of projectile penetration are treated in the thesis. The development of weapons and fortifications are briefly discussed in the thesis. Warheads may be delivered onto a protective structure by several means, e.g. artillery, missiles or aerial bombing, and two typical warhead types were used within the study. These warhead types were artillery shells and unitary penetration bombs for the use against hardened targets, with penetration data for the later warhead type almost non-existing in the literature. The penetration of warheads in concrete protective structures was therefore studied through a combination of experimental work, empirical penetration modelling and FE analyses to enhance the understanding of the penetration phenomenon. The experimental data was used for evaluation of empirical equations for concrete penetration and FE analyses of concrete penetration, and the use of these methods to predict warhead penetration in protective structures are discussed within the thesis. The use of high performance concrete increased the penetration resistance of concrete targets, and the formation of front and back face craters were prevented with the use of heavily reinforced normal strength concrete (NSC) for the targets. In addition, the penetration depths were reduced in the heavily reinforced NSC. The evaluated existing empirical penetration models did not predict the behaviour of the model scaled hardened buried target penetrators in concrete structures with acceptable accuracy. One of the empirical penetration models was modified to better describe the performance of these penetrators in concrete protective structures. The FE analyses of NSC gave reasonable results for all simulation cases, with the best results obtained for normal impact conditions of the penetrators. / Analyser avseende stridsdelars penetration i skyddskonstruktioner av betong viktigt för studier av vapenverkan mot skyddskonstruktioner. Dessa analyser förutsätter att dimensionerande last i form av stridsdel bestäms, samt att dess karakteristik och verkan mot skyddskonstruktioner är kända. Konstitutiva modeller för betong utsatta för vapenverkan har varit av stort intresse under en lång tid och ett flertal materialmodeller har utvecklats. Det är emellertid först på senare år som det varit möjligt att använda finita element (FE) analyser for att simulera beteendet för betongmål vid projektilpenetration med acceptabla resultat. Anledningen till detta kan tillskrivas kombinationen av ett flertal faktorer, t ex utvecklingen av lämpliga materialmodeller, förbättringar av numerisk metodik och utvecklingen av kostnadseffektiva beräkningsdatorer. Penetration av stridsdelar har dessutom i huvudsak varit av intresse för militären och försvarsindustrin, vilket har resulterat i att en stor del av den bedrivna forskningen har varit hemligstämplad under lång tid. Grunderna avseende betongs materialbeteende och beskrivning av detta med avseende på FE-analyser av projektilpenetration behandlas i denna licentiatuppsats. Den fortifikatoriska utvecklingen och utvecklingen av vapen diskuteras kortfattad i uppsatsen. Ett flertal olika typer av stridsdelar är av intresse avseende verkan mot skyddskonstruktioner, t ex artillerigranater, missiler eller flygbomber. I denna studie beaktades två typiska stridsdelar, artillerigranater och penetrerande bomber. De senare är specifikt konstruerade för användande mot skyddskonstruktioner och företrädesvis mot betongkonstruktioner. Det visade sig dessutom att data avseende penetration i betong för denna typ av penetrerande stridsdelar i stort sett inte var publicerade. Penetration av stridsdelar i betong studerades därför med en kombination av experimentella metoder, empiriska penetrationsmodeller och FE-analyser för att öka förståelsen för problemställningen. De experimentella modellresultaten användes för att utvärdera både de empiriska penetrationsmodellerna och FE-analyserna avseende betongpenetration, med båda metodernas användande diskuterat i uppsatsen. Användandet av högpresterande betong ökade penetrationsmotståndet för betongmålen i jämförelse med standardbetongmålen. Det var även möjligt att förhindra kraterbildningen på fram- och baksidan av de kraftigt armerande standardbetongmålen, detta medförde även en reducerad penetration för projektilerna i målen. De existerande empiriska penetrationsmodellerna kunde inte förutsäga penetrationen av modellprojektilerna i betongmålen med godtagbara resultat. Istället vidareutvecklades en av dessa modeller för att bättre beskriva denna typ av penetrerande stridsdelar i skyddskonstruktioner av betong. Finita elementanalyserna av standardbetongmålen visade sig ge ett rimligt beteende för alla analyserade modeller, med de bästa resultaten erhållna för vinkelrätt anslag för de modellprojektilerna av de penetrerande stridsdelarna. / QC 20111116

Detta examensarbete har utförts i samarbete med Z-lyften Produktion AB som tillverkar bakgavellyftar till lastbilar. En av deras modeller har funktionen att den kan köras in under lastbilen eller trailern. Lyften rullar då på hjul i så kallad slädprofiler som i sin tur är fästa mot lastbilen med ramfästen. Dessa profiler är i dagsläget tillverkade i stål och dimensionerade efter lasterna i arbetsläget vilket gör att de är överdimensionerade över resten av dess längd. Detta gör dem onödigt tunga. De är också svåra att kapa till olika längder och det finns en önskan att göra ramfästena flyttbara. Syftet med detta arbete blev därför att minska profilens vikt och därmed ge miljö- och arbetsmäss-iga vinster, göra fästena flyttbara för enklare montage på lastbil samt medge enklare kapning för effektivare produktion. Målet var att genom en produktutvecklingsprocess presentera ett koncept i form av en 3D-modell på en ny konstruktion av åkprofilen som uppfyller ovan nämnda syfte. En förstudie gav en överblick av konkurrensen och samtal med intres-senter gav en omfattande produktspecifikation att utgå ifrån i det fortsatta arbetet. Produktens önskade funktioner analyserades och dellösningar till dessa söktes sedan i ett antal källor. Detta ledde fram till en rad lös-ningar som kombinerades till fyra koncept varav ett valdes ut för detaljkonstruktion som utfördes med analytiska och numeriska beräk-ningar. Det slutgiltiga konceptet bestod i en aluminiumprofil med spår för flyttbara fästen och glidlager av plast i stället för hjul. Konceptet gav enligt en uppskattning en viktbesparing på 20% jämfört med den nuvarande och profilen i sig blev 60% lättare. Kostnadsmässigt gav själva profilen en besparing på 13% men totalt riskerar konceptet att bli dyrare än den ursprungliga lösningen då förstärkningar av stål behövs i arbetsläget. / This thesis is written in cooperation with Z-lyften Produktion AB which is a manufacturer of tail lifts for trucks. One of their models works by enabling the operator to stow the tail lift under the truck or trailer. The tail lift is in this case mounted on wheel brackets with steel wheels that rolls inside slide profiles. The slide profiles are mounted to the truck frame. Currently, these profiles are made from steel, and they are dimensioned to withstand the loads that are present when the lift is in operation. Therefore, the slide profiles are excessively dimensioned across the length except where the wheels are positioned during operation which causes them to be unnecessarily heavy. The steel profile is difficult to cut in production and there is also a desire to have mounting brackets that can be positioned more freely on the profile. Regarding this, the purpose of this work was to make the profiles lighter to reduce the environmental impact as well as improve the working environment in the production facility, make the mounting brackets more flexible to make the mounting process easier and to make the cutting process easier. The goal was to provide the company with a concept in the form of a 3D-model that fulfils the above purpose. A feasibility study provided an overview of the competition and meetings with stakeholders gave the comprehensive list of product specifications that was the foundation for the rest of the process. The desired functions of the product were analysed and solutions to the functions was then gathered from several sources. The identified possible solutions were then combined into four concepts of which one concept was selected for further development and dimensioning with analytical and numerical methods. The final concept is based on an extruded aluminium profile with polymer slide bearings and T-shaped slots for the mounting brackets. A rough estimate pointed to a weight saving of about 20% for the concept as a whole and the slide profiles alone was 60% lighter. The new profiles gave a cost reduction of 13% but the concept as a whole runs the risk of becoming more expensive than the current solution. / <p>2022-07-01</p>

Betong är ett av de mest använda byggnadsmaterialen i dagens samhälle. Några av anledningarna till detta är att den har lång livslängd, är naturligt material som är 100 % återvinningsbart samt ej lättantändligt material. Även om betong har många fördelar så är den inte helt idealisk eftersom den har en låg draghållfasthet. En betongkonstruktion kan spricka på grund av förhindrade rörelser som skapar dragspänningar. Förhindrade rörelser kallas för tvång och kan beskrivas i form av en tvångsfaktor. I detta examensarbete definieras tvångsfaktor som en spänningskvot mellan påtvingade spänningar och påtvingade spänningar vid fullständigt tvång. Fastlåsningsgrad, rörelsemöjlighet och styvhetsrelation mellan det nygjutna elementet och motgjutningen är avgörande parametrar vid beräkning av tvång och ett typiskt fall kan exempelvis vara en vägg gjuten mot grund. En helt förhindrad konstruktion kan ha en tvångsfaktor som är lika med 1 medan en konstruktion som kan röra sig fritt kan ha en tvångsfaktor som är lika med 0. En relativ lägre tvångsfaktor fås däremot om krypningseffekten beaktas eftersom den har gynnsam inverkan på tvånget. Betongen kan spricka på grund av tvånget och om sprickan inte är förväntad eller är större än den förväntade för den dimensionerade lasten då betraktas den som skada. Att förhindra vattengenomträngning eller läckage innebär dessutom att genomgående sprickor i vattentäta betongkonstruktioner bör undvikas. Det är således viktigt att beakta tvånget vid sprickriskanalyser av vattentäta betongkonstruktioner. Syftet med det här examensarbetet var att undersöka tvånget utifrån flera aspekter vilket gjorde att arbetet uppdelades i 3 analyser. Analys 1 syftade på att bekräfta de typiska fallen som anges i eurokoden SS-EN 1992–3 samt att utvärdera angivna tvångsfaktorer vid beräkning av tvångsdeformationer. Följaktligen användes finita elementprogram för modellering av de fallen från eurokoden och samtidigt gjordes handberäkningar för att komplettera analysen. I analys 2 studerades hur tvånget påverkas mellan konstruktionsdelar med ändring av bärverksdimensioner. Bärverket som studerades var vägg gjuten mot bottenplatta. Föränderliga parametrar var plattans bredd och tjocklek samt väggens höjd och tjocklek. Samtidigt togs ändring av konstruktionens längd som en påverkande faktor. Slutligen gjordes sprickviddsberäkningar avseende böjande moment och krympning i analys 3 för att få fram armeringsmängderna som skulle klara sprickviddskravet för vattentäta betongkonstruktioner. Detta åstadkoms enligt två olika beräkningsmetoder: Eurokodens och Engströms (2014). Dessa beräkningar visade även en jämförelse i armeringsmängd vid användning av tvångsfaktorer hämtad från eurokoden och tvångsfaktorer framräknad enligt FE-analyserna. Resultaten från analys 1 visade att variationen av beräknade tvångsfaktorer inte motsvarade helt den variationen som anges i SS-EN 1992–3 men avvek inte alldeles för mycket. Det fanns dock några enstaka fall där avvikelser var märkbara och därmed erfordras en noggrannare undersökning. Analys 2 visade att ökning av väggens volym minskar tvånget mot plattan men att en motsatt effekt fås för ökning av plattans volym. Det visade sig dessutom att en längre konstruktion orsakar större tvång mellan själva konstruktionsdelar. Slutsatsen från analys 3 var att skillnaden i genererad armeringsmängd var nästan proportionell i procentsats mot skillnaden i tvångsfaktor. Olika beräkningsmetoder resulterade dock i armeringsmängder som inte var jämförbara. Jämförelsen mellan de två beräkningsmetoderna var inte heller syftet med detta examensarbete utan endast ett försök att få en insyn i hur de olika metoderna är uppbyggda. / Concrete is one of the most widely used building materials in society today. Some of the reasons for this are that it has a long life, is a natural material that is 100% recyclable and non-flammable material. It has many advantages, but it is not entirely ideal due to its low tensile strength. A concrete structure may crack due to restrained movements which creates tensile stresses. Restrained movements are called restraint which can be described in the form of restraint factor. In this thesis, restraint factor is defined as a ratio between the actual imposed stress and the imposed stress at full restraint. The degree of fixity, movement possibility and stiffness relation between the newly casted element and the adjacent old structure are crucial parameters in the calculation of restraint and a typical case is, for example, a wall-on-slab cast. A completely restrained construction has a restraint factor equal to 1, while a structure that can move freely has a restraint factor equal to 0. However, a relative lower restraint factor is obtained if the creep effect is considered, since it has a positive influence on the restraint. The concrete may crack due to the restraint and if the crack is not expected or is larger than the expected for the dimensioned load then it is considered as damage. Preventing water penetration or leakage also means that through cracks in waterproof concrete structures should be avoided. Therefore, it is important to consider the restraint on fracture risk analyzes of waterproof concrete structures. The purpose of this thesis was to investigate the restraint based on several aspects, which meant that the work was divided into 3 analyses. Analysis 1 had as purpose to confirm typical cases specified in Eurocode SS-EN 1992–3 and to evaluate the stated restraint factors that the Eurocode proposes should be used in calculations of restraint deformations. For that matter, finite element program was used for modeling the cases from the Eurocode and at the same time hand calculations were made to supplement the analysis. Analysis 2 consisted of examining how the restraint between structural parts is affected by changing dimensions of the structure. The construction being studied was wall-on-slab cast. Variable parameters were the width and thickness of the slab, as well as the height and thickness of the wall. At the same time, changing the length of the construction was taken as an affecting factor. Lastly, crack width calculations for bending moments and shrinkage were made in analysis 3 to obtain the amount of reinforcement that meet the crack width requirement for waterproof concrete structures. This was done according to two different calculation methods: Eurocodes and Engström’s (2014). These calculations also showed a comparison in the amount of reinforcement when using restraint factors derived from Eurocode and restraint factors calculated according to the FE analyses. The results from analysis 1 showed that the variation of restraint factors calculated did not completely correspond to the variation stated in SS-EN 1992–3 but did not deviate too much. However, there were a few cases where deviations were noticeable and therefore a more detailed examination is required. Analysis 2 showed that increasing the volume of the wall reduces the restraint against the slab, but an opposite effect was obtained by increasing the volume of the slab. At the same time, it was found that a longer construction causes greater restraint between the actual components. The conclusion from analysis 3 was that the difference in generated amount of reinforcement was almost proportional in percentage to the difference in restraint factor. However, using different calculation methods resulted in amounts of reinforcement that were not comparable. Comparison between the two calculation methods was not the purpose of this thesis, but merely an attempt to gain an insight into how the different methods are structured.