Masonry spires are a typical part of church architecture. Since it is rare that masonry is used as a load-bearing material in the western world today, it is important to maintain and increase the knowledge of modelling masonry structures both from a maintenance point of view and to build new masonry structures. The purpose of this master thesis is to look at and evaluate some different methods to model masonry spires exposed to common loads such as gravity, settlement and wind. The spire of the Salisbury Cathedral is used as a template regarding geometry and mechanical properties for the modelling methods. Two modelling methods are used in the master’s thesis. The first one is the limit analysis method applied to masonry. It is used to calculate a critical thickness for the masonry of the spire for a severe wind load. The second method is the Finite Element Method (FEM). The commercial finite element software Abaqus is used to create the model and the discretization used with the FE modelling is the macro-modelling approach. Concrete Damage Plasticity (CDP) in Abaqus is used as the material model and adapted to masonry. The finite element model consists of the spire itself along with the supporting structure beneath it down to the piers. Four different simulations (jobs) are run with varying wind direction and two of them have settling piers. The results from the finite element simulations indicate that the membrane stresses in the spire faces for the various jobs were not significantly different from one another. One of the jobs with settling piers could not be completed because the tensile stresses in the arches reached the tensile strength capacity of the material. The other simulation with a settlement that did complete did not have any significant difference in stress compared with the simulations without settlements. While the arches and the piers underwent plastic straining the spire itself did not. The stress levels there remained in the linear range for all the completed simulations. The finite element results also agree with the limit analysis. These findings call into question some of the modelling choices. The inclusion of the structure beneath the spire in the finite element model, as a way to study the effect of settlements, did not give more insight into the spire’s behaviour. Furthermore, the method to implement settlements was too inaccurate and another approach should be used to study the effect of settlements on the state of spires. Further work needs to be done on that topic. Improvements can also be made regarding how CDP was adapted for masonry. / Murade tornspiror är en vanlig takkonstruktion inom kyrkoarkitekturen. Eftersom det numera är sällsynt att murverk fungerar som lastbärande material i västvärlden, är det viktigt att upprätthålla och utöka kunskapen om murverkskonstruktioner för både underhåll och nybyggnation. Syftet med denna masteruppsats är att betrakta och utvärdera några olika modelleringsmetoder för murade tornspiror som är utsatta för några typiska laster såsom egentyngd, sättningar och vind. Katedralen i Salisbury används som en modelleringsmall i uppsatsen med avseende på katedralens geometri och materialegenskaper. Två modelleringsmetoder används i uppsatsen. Den första är gränsanalys tillämpad på murverkskonstruktioner. Den används för att beräkna en kritisk tjocklek för tornspiran under en stor vindlast. Den andra metoden är Finita Elementmetoden (FEM). Den kommersiella finita elementprogramvaran Abaqus används för finita elementanalysen och diskretiseringen som används för murverket i finita elementmodellen är makromodellering. Concrete Damage Plasticity (CDP) i Abaqus används som materialmodell och anpassas för murverk. Finita elementmodellen består utav själva tornspiran inklusive de bärande delarna under spiran och ned till pelarna. Fyra olika simuleringar ("jobb") körs med vindlast som angriper från olika riktningar och två av simuleringarna har pelare som sätter sig. Resultaten från simuleringarna visar att membranspänningarna i tornspirans väggar, för de olika jobben, inte skilde sig i någon betydelig grad från varandra. Ett av jobben med pelare som satte sig kunde inte köras klart eftersom dragspänningarna i valvbågarna överskred draghållfastheten på murverket i modellen. Den andra simuleringen med sättningar som kördes klart uppvisade inte några avsevärda skillnader i spänningar i tornspiran jämfört med simuleringarna utan sättningar. Medan plastiska töjningar uppkom i både valvbågarna och pelarna i modellen, uppkom de inte i tornspiran. Spänningsnivåerna i tornspiran var inom det linjära intervallet för alla simuleringar. Resultaten från finita elementanalysen stämde överens med resultaten från gränsanalysen. Analysresultaten ifrågasätter vissa av modelleringsvalen. Att inkludera de bärande delarna under tornspiran i finita elementmodellen, för att undersöka effekten av sättningar, gav inte en större insikt i hur sättningar påverkar tornspiran. Dessutom, var metoden för att tillämpa sättningar för oprecis och en annan metod borde användas. Mer arbete måste utföras vad gäller det ämnet. Sättet att tillämpa CDP för murverk kan också förbättras.

Robot design and development has been the backbone of industrial automation and is in the forefront of accelerated development across all areas. Robot designers have been using simulations for reducing product development lead times. With growing demand for faster, precise and efficient robots, the requirements on computerized simulation for stress analysis has become stringent. While the product structure is mostly designed and developed from scratch, some components are sourced from suppliers, leaving a gap in the knowledge for modelling an entirety of a robot. This thesis applies a structured method to develop a grey-box model of the compact gears, which provides the robots its dexterity in a compact form factor. The method utilizes experimental strain measurements as a basis for building the model. Design of experiment is used as the guide for conducting FE analysis on robot links with unit load case, followed by scaling of stresses to actual load case. Simulated and measured stress plots are compared to conclude on optimum modelling approach. Further, the thesis proposes an alternative method for stress analysis of robot links by omitting the compact gear embodiment. While the method applies well on the robot links considered during the study, its validation across other links and robot architecture is yet to be performed. Finally, recommendations for implementation of proposed method and areas for expanding this thesis work are proposed. / Robotdesign har varit ryggraden inom industriell automation och är i framkanten av utvecklingen inom alla områden. Robotdesigners använder sig av simuleringar för att korta utvecklingstider. Med växande krav på snabbare, effektiva och noggranna robotar, har kraven på datorsimuleringar ökat. Medan huvuddelen av strukturen är utvecklad från grunden, är några komponenter köpta från leverantörer vilket skapar ett glapp i kunskapen för att kunna modellera en hel robot. Det här examensarbetet använder en strukturerad metod för att utveckla en "grey-box" modell av en kompaktväxel, vilken tillåter robotens mångsidighet i ett kompakt format. Metoden använder töjningsmätningar till grund för att bygga modellen. Experimentell design används som en guide för att utföra FE analyser på robotdelar med enhetslastfall, vilka skalas till verkliga lastfall. Simulerade och uppmätta spänningar jämförs för att optimera modelleringen. Det föreslås även en metod där kompaktväxlarna inte modelleras som solider. Metoden fungerar väl för robotarmar som ingick i denna studie, dock bör den verifieras på andra modeller och delar. Slutligen föreslås implementering av metoden som tagits fram i denna rapport samt ytterligare arbete för att verifiera metoden.

Utbredningen av en brand inuti en byggnad kan leda till global eller lokal strukturell kollaps, särskilt i stålramkonstruktioner. Faktum är att stålkonstruktioner är särskilt utsatta för termiska angrepp på grund av ett högt värde av stålkonduktivitet och tvärsnitten med små tjockleken. Som en viktig aspekt av konstruktionen bör brandsäkerhetskrav uppnås antingen enligt föreskrivande regler eller enligt antagande av prestationsbaserad brandteknik. Trots möjligheten att använda enkla metoder som involverar membersanalys kombinerat med nominella brandkurvor, är en mer exakt analys av det termomekaniska beteendet hos en stålkonstruktion ett tilltalande alternativ eftersom det kan leda till mer ekonomiska och effektiva lösningar genom att ta hänsyn till möjliga gynnsamma mekanismer. Denna analys kräver vanligtvis utredning av delar av strukturen eller till och med av hela strukturen. För detta ändamål och för att få en djupare kunskap om strukturelementens beteende vid förhöjd temperatur bör numerisk simulering användas. I denna avhandling utvecklades och användes termomekaniska finita element som är lämpliga för analys av stålkonstruktioner utsätta för brand. Relevanta fallstudier utfördes. Utvecklingen av både ett termomekaniskt skal- och 3D balkelement baserade på en korotationsformulering presenteras. De flesta relevanta strukturfall kan undersökas på ett adekvat sätt genom att antingen använda något av dessa element eller kombinera dem. Korotationsformuleringen är väl lämpad för analyser av strukturer där stora förskjutningar, men små töjningar förekommer, som i fallet med stålkonstruktioner i brand. Elementens huvuddrag beskrivs, liksom deras karakterisering i termomekaniskt sammanhang. I detta avseende övervägdes materialnedbrytningen på grund av temperaturökningen och den termiska expansionen av stål vid härledningen av elementen. Dessutom presenteras en grenväxlingsprocedur för att utföra preliminära instabilitetsanalyser och få viktig inblick i efterknäckningsbeteendet hos stålkonstruktioner som utsätts för brand. Tillämpningen av de utvecklade numeriska verktygen ges i den del av avhandlingen som ägnas åt det publicerade forskningsarbetet. Flera aspekter av knäckningen av stålkonstruktionselement vid förhöjd temperatur diskuteras. I Artikel I tillhandahålls överväganden om påverkan av geometriska imperfektioner på beteendet hos komprimerade stålplattor och kolonner vid förhöjda temperaturer, liksom implikationer och resultat av användningen av grenväxlingsprocedur. I Artikel II valideras det föreslagna 3D-balkelementet genom meningsfulla fallstudier där torsionsdeformationer är signifikanta. De utvecklade balk- och skalelementen används i en undersökning av knäckningsmotstånd hos komprimerade vinkel-, Tee- och korsformade stålprofiler vid förhöjd temperatur som presenteras i Artikel III. En förbättrad knäckningskurva för design presenteras i detta arbete. Som ett exempel på tillämpningen av principerna för brandsäkerhetsteknik presenteras en omfattande analys i Artikel IV. Två relevanta brandscenarier identifieras för den undersökta byggnaden, som modelleras och analyseras i programmet SAFIR. / The ignition and the propagation of a fire inside a building may lead to global or local structural collapse, especially in steel framed structures. Indeed, steel structures are particularly vulnerable to thermal attack because of a high value of steel conductivity and of the small thickness that characterise the cross-sections. As a crucial aspect of design, fire safety requirements should be achieved either following prescriptive rules or adopting performance-based fire engineering. Despite the possibility to employ simple methods that involve member analysis under nominal fire curves, a more accurate analysis of the thermomechanical behaviour of a steel structural system is an appealing alternative, as it may lead to more economical and efficient solutions by taking into account possible favourable mechanisms. This analysis typically requires the investigation of parts of the structure or even of the whole structure. For this purpose, and in order to gain a deeper knowledge about the behaviour of structural members at elevated temperature, numerical simulation should be employed. In this thesis, thermomechanical finite elements, suited for the analyses of steel structures in fire, were developed and exploited in numerical simulation of relevant case studies. The development of a shell and of a 3D beam thermomechanical finite element based on a corotational formulation is presented. Most of the relevant structural cases can be adequately investigated by either using one of these elements or combining them. The corotational formulation is well suited for the analyses of structures in which large displacements, but small strains occur, as in the case of steel structures in fire. The main features of the elements are described, as well as their characterization in the thermomechanical context. In this regard, the material degradation due to the temperature increase and the thermal expansion of steel were considered in the derivation of the elements. In addition, a branch-switching procedure to perform preliminary instability analyses and get important insight into the post-buckling behaviour of steel structures subjected to fire is presented. The application of the developed numerical tools is provided in the part of the thesis devoted to the published research work. Several aspects of the buckling of steel structural elements at elevated temperature are discussed. In paper I, considerations about the influence of geometrical imperfections on the behaviour of compressed steel plates and columns at elevated temperatures are provided, as well as implications and results of the employment of the branch-switching procedure. In Paper II, the proposed 3D beam element is validated for meaningful case studies, in which torsional deformations are significant. The developed beam and shell elements are employed in an investigation of buckling resistance of compressed angular, Tee and cruciform steel profiles at elevated temperature presented in Paper III. An improved buckling curve for design is presented in this work. Furthermore, as an example of the application of Fire Safety Engineering principles, a comprehensive analysis is proposed in Paper IV. Two relevant fire scenarios are identified for the investigated building, which is modelled and analysed in the software SAFIR.

Uma parte significativa dos escoamentos encontrados em aplicações tecnológicas é caracterizada por envolver altos números de Reynolds, principalmente aqueles em regime turbulento e com superfície livre. Obter soluções numéricas representativas para essa classe de problemas é extremamente difícil, devido à natureza não-linear das equações diferenciais parciais envolvidas nos modelos. Conseqüentemente, o tema tem sido uma das principais preocupações da comunidade científica moderna em dinâmica de fluidos computacional. Aproximações de primeira ordem para os termos convectivos são as mais adequadas para amortecer oscilações que estão associadas às aproximações de alta ordem não-limitadas. Todavia, elas introduzem dissipação artificial nas representações discretas comprometendo os resultados numéricos. Para minimizar esse efeito não-físico e, ao mesmo tempo, conseguir aproximações incondicionalmente estáveis, é indispensável adotar uma estratégia que combine aproximações de primeira ordem com as de ordem mais alta e que leve em conta a propagação de informações físicas. Os resultados dessa composição são os esquemas "upwind" limitados de alta ordem. Em geral, espera-se que esses esquemas sejam apropriados para a representação das derivadas convectivas nos modelos de turbulência kappa-varepsilon. No contexto de diferenças finitas, a presente tese dedica-se à solução numérica das equações de Navier-Stokes no regime de números de Reynolds elevados. Em particular, ela contém uma análise de algoritmos monotônicos e antidifusivos e modelos de turbulência kappa-varepsilon para a simulação de escoamentos incompressíveis envolvendo superfícies livres. Esquemas de convecção são implementados nos códigos GENSMAC para proporcionar um tratamento robusto dos termos convectivos nas equações de transporte. Duas versões do modelo kappa-varepsilon de turbulência são implementadas nos códigos GENSMAC, para problems bidimensionais e com simetria radial, para descrever os efeitos da turbulência sobre o escoamento médio. Resultados numéricos de escoamentos com simetria radial são comparados com resultados experimentais e analíticos. Simulações numéricas de problemas tridimensionais complexos são apresentadas para avaliar o desempenho de esquemas "upwind". Finalmente, os modelos de turbulência kappa-varepsilon são utilizados para a simulação de escoamentos confinados e com superfícies livres. / A considerable part of fluid flows encountered in technological applications is characterised by involving high-Reynolds numbers, especially those in turbulent regime and with free-surface. It is extremely difficult to obtain representative numerical solutions for this class of problems, due to the non-linear nature of the partial differential equations involved in the models. Consequently, this subject has been one of main concerns in the modern computational fluid dynamics community. First-order approximation to the convective terms is one of the most appropriate to smooth out oscilations/instabilities which are associated with high-order unlimited approximation. However, it introduces numerical dissipation in the discrete representation jeopardizing the numerical results. In order to minimize this non-physical effect and, at the same time, to obtain unconditionally stable approximation, it is essential to adopt a strategy that combines first and high-order approximations and takes into account the propagation of physical information. The results of this composition are the high-order bounded upwind techniques. In general, it is expected that these algorithms are satisfactory for the representation of the convective derivatives in the kappa-varepsilon turbulence model. In the context of finite-difference, the present thesis deals with the numerical solution of the Navier-Stokes equations at high-Reynolds number regimes. In particular, it contains an analysis of monotonic and anti-difusive convection schemes and kappa-varepsilon turbulence models for the simulation of free-surface fluid flows. Upwinding methods are implemented into the GENSMAC codes to provide a robust treatment of the convective terms in the transport equations. Two versions of the K-Epsilon turbulence model are implemented into the two-dimensional and axisymmetric GENSMAC codes, in order to describe the turbulent effects on the average flow. Numerical results of axisymmetric flows are compared with experimental and analytical results. Numerical simulations of complex three-dimensional problems are presented to assess the performance of high-order bounded upwind schemes. Finally, the K-Epsilon turbulence models are employed in the simulation of confined and free-surface flows.

Detta examensarbete handlar om finita element analys av svetsade förband i korgen på Volvo dumpern A40E. Det genomfördes i samarbete med Volvo CE i Braås. Uppgiften var att ge företaget en lämplig lösning för att minska mängden svetsskarvar på den främre delen av lastenheten. För att uppnå detta har en rad analyser genomförts med hjälp av CATIA och ANSYS på både de befintliga och de justerade (potentiella ersättare) svetsade förbanden. Analyserna visar att utmatningshållfastheten av svetsade förband huvudsakligen beror på inbränningsdjupet. Med andra ord, förstärka svetsförband genom större inbränning är mer fördelaktigt än att använda mer svets på utsidan. Slutsatsen blev att både produktionstid och kostnad kan minskas genom justering av de svetsade förbanden. Eftersom svetsförband på lastenheten är sammankopplade bör mer omfattande studier som inkluderar alla svetsar genomföras för att uppskatta effekterna av liknande justeringar. / The work presented in this master thesis is about the finite element analysis of the welded connections in load carrying unit of the articulated hauler, Volvo A40E. It was performed in cooperation with Volvo CE in Braås. The task was to provide the company with an appropriate solution to reduce the amount of weld used on the front part of the load carrying unit. To accomplish this, a series of analyses utilising CATIA and ANSYS was performed on both existing and adjusted (potential replacement) welded connections. The analyses brought to light the fact that the fatigue resistance of welded connections significantly depends on the penetration depth. In other words, reinforcing the welded connections by deeper penetration is more beneficial than providing support from outside through thicker weld. It was concluded that applying adjusted welds lessens both the production time and cost. Nevertheless, since the welds on the load carrying unit are correlated; more extensive studies covering all welds should be carried out to estimate the impacts of similar replacements.

<p>Detta examensarbete handlar om finita element analys av svetsade förband i korgen på Volvo dumpern A40E. Det genomfördes i samarbete med Volvo CE i Braås. Uppgiften var att ge företaget en lämplig lösning för att minska mängden svetsskarvar på den främre delen av lastenheten. För att uppnå detta har en rad analyser genomförts med hjälp av CATIA och ANSYS på både de befintliga och de justerade (potentiella ersättare) svetsade förbanden. Analyserna visar att utmatningshållfastheten av svetsade förband huvudsakligen beror på inbränningsdjupet. Med andra ord, förstärka svetsförband genom större inbränning är mer fördelaktigt än att använda mer svets på utsidan. Slutsatsen blev att både produktionstid och kostnad kan minskas genom justering av de svetsade förbanden. Eftersom svetsförband på lastenheten är sammankopplade bör mer omfattande studier som inkluderar alla svetsar genomföras för att uppskatta effekterna av liknande justeringar.</p> / <p>The work presented in this master thesis is about the finite element analysis of the welded connections in load carrying unit of the articulated hauler, Volvo A40E. It was performed in cooperation with Volvo CE in Braås. The task was to provide the company with an appropriate solution to reduce the amount of weld used on the front part of the load carrying unit. To accomplish this, a series of analyses utilising CATIA and ANSYS was performed on both existing and adjusted (potential replacement) welded connections. The analyses brought to light the fact that the fatigue resistance of welded connections significantly depends on the penetration depth. In other words, reinforcing the welded connections by deeper penetration is more beneficial than providing support from outside through thicker weld. It was concluded that applying adjusted welds lessens both the production time and cost. Nevertheless, since the welds on the load carrying unit are correlated; more extensive studies covering all welds should be carried out to estimate the impacts of similar replacements.</p>

Uma parte significativa dos escoamentos encontrados em aplicações tecnológicas é caracterizada por envolver altos números de Reynolds, principalmente aqueles em regime turbulento e com superfície livre. Obter soluções numéricas representativas para essa classe de problemas é extremamente difícil, devido à natureza não-linear das equações diferenciais parciais envolvidas nos modelos. Conseqüentemente, o tema tem sido uma das principais preocupações da comunidade científica moderna em dinâmica de fluidos computacional. Aproximações de primeira ordem para os termos convectivos são as mais adequadas para amortecer oscilações que estão associadas às aproximações de alta ordem não-limitadas. Todavia, elas introduzem dissipação artificial nas representações discretas comprometendo os resultados numéricos. Para minimizar esse efeito não-físico e, ao mesmo tempo, conseguir aproximações incondicionalmente estáveis, é indispensável adotar uma estratégia que combine aproximações de primeira ordem com as de ordem mais alta e que leve em conta a propagação de informações físicas. Os resultados dessa composição são os esquemas "upwind" limitados de alta ordem. Em geral, espera-se que esses esquemas sejam apropriados para a representação das derivadas convectivas nos modelos de turbulência kappa-varepsilon. No contexto de diferenças finitas, a presente tese dedica-se à solução numérica das equações de Navier-Stokes no regime de números de Reynolds elevados. Em particular, ela contém uma análise de algoritmos monotônicos e antidifusivos e modelos de turbulência kappa-varepsilon para a simulação de escoamentos incompressíveis envolvendo superfícies livres. Esquemas de convecção são implementados nos códigos GENSMAC para proporcionar um tratamento robusto dos termos convectivos nas equações de transporte. Duas versões do modelo kappa-varepsilon de turbulência são implementadas nos códigos GENSMAC, para problems bidimensionais e com simetria radial, para descrever os efeitos da turbulência sobre o escoamento médio. Resultados numéricos de escoamentos com simetria radial são comparados com resultados experimentais e analíticos. Simulações numéricas de problemas tridimensionais complexos são apresentadas para avaliar o desempenho de esquemas "upwind". Finalmente, os modelos de turbulência kappa-varepsilon são utilizados para a simulação de escoamentos confinados e com superfícies livres. / A considerable part of fluid flows encountered in technological applications is characterised by involving high-Reynolds numbers, especially those in turbulent regime and with free-surface. It is extremely difficult to obtain representative numerical solutions for this class of problems, due to the non-linear nature of the partial differential equations involved in the models. Consequently, this subject has been one of main concerns in the modern computational fluid dynamics community. First-order approximation to the convective terms is one of the most appropriate to smooth out oscilations/instabilities which are associated with high-order unlimited approximation. However, it introduces numerical dissipation in the discrete representation jeopardizing the numerical results. In order to minimize this non-physical effect and, at the same time, to obtain unconditionally stable approximation, it is essential to adopt a strategy that combines first and high-order approximations and takes into account the propagation of physical information. The results of this composition are the high-order bounded upwind techniques. In general, it is expected that these algorithms are satisfactory for the representation of the convective derivatives in the kappa-varepsilon turbulence model. In the context of finite-difference, the present thesis deals with the numerical solution of the Navier-Stokes equations at high-Reynolds number regimes. In particular, it contains an analysis of monotonic and anti-difusive convection schemes and kappa-varepsilon turbulence models for the simulation of free-surface fluid flows. Upwinding methods are implemented into the GENSMAC codes to provide a robust treatment of the convective terms in the transport equations. Two versions of the K-Epsilon turbulence model are implemented into the two-dimensional and axisymmetric GENSMAC codes, in order to describe the turbulent effects on the average flow. Numerical results of axisymmetric flows are compared with experimental and analytical results. Numerical simulations of complex three-dimensional problems are presented to assess the performance of high-order bounded upwind schemes. Finally, the K-Epsilon turbulence models are employed in the simulation of confined and free-surface flows.

The increased use of continuously welded rails in the railway systems makes it necessary to increase the control of the rail stresses to avoid instability and damages of the rails. Large stresses are especially prone to appear at discontinuities in the railway systems, such as bridges, due to the interaction between the track and the bridge. The interaction leads to increased horizontal forces in the rails due to the changed stiffness between the embankment and the bridge, temperature variations, bending of the bridge structure because of vertical traffic loads and braking and traction forces. If the compressive rail stresses become too high it is necessary to use costly and maintenance-requiring devices such as rail expansion joints and other rail expansion devices. These devices increase the railway systems life cycle cost and should if possible be avoided. The use of non-ballasted track on high-speed railways, tramways and subways, has increased since this kind of track requires less maintenance and according to some investigations have a lower life cycle cost compared to ballasted track. The non-ballasted track is usually made of a track slab to which the rails are connected through fastenings. The track slab is connected to the bridge structure and held in place by shear keys. When non-ballasted tracks are used in populated areas it is sometimes necessary to introduce some vibration and noise damping solution. One of the possible solutions is to introduce a floating slab mat (elastic mat) under the track slab on the bridge. The influence of the floating slab mats properties on the rail stresses is investigated in this degree project. The investigation was performed through a numerical modelling of two railway bridges using the finite element software SOFiSTiK. The results from the investigation showed that there was a small reduction of the compressive rail stresses by approximately 3 – 7% (depending on the stiffness of the elastic support, load positions and the properties of the mat) when a mat was installed under the track slab. The results from the investigation also showed that there was a small reduction (up to approximately 1 %) of the compressive stresses in the rail when the thickness of the mat was increased, and the stiffness of the mat was reduced. This reduction of the compressive stresses is assumed to be caused by the mat being mounted on the sides of the shear keys. The lower stiffness of the mat allows the track slab and the bridge deck to move more freely parallel to each other in the horizontal direction. This leads to a decrease of the stresses in the rail due to a lower interaction between the track and the bridge. It was also shown that the rail stresses increased if the friction between the slab mat and the bridge deck was considered. This is because of an increase of the interaction between the track and the bridge due to the mats horizontal stiffness. / Den ökade användningen av kontinuerligt svetsade räler i järnvägsnäten i världen leder till en ökad kontroll av rälsspänningarna för att undvika instabilitet och skador på rälsen. Särskilt vid en diskontinuit i järnvägssystemet, som vid broar, kan stora tillskottspänningar i rälsen uppstå till följd av interaktionen mellan spår och bro. Interaktion leder till ökade horisontella krafter som verkar på rälsen och beror på den förändrade styvheten mellan järnvägsbank och bro, temperaturvariationer, nedböjning av bron på grund av vertikala trafiklaster samt broms- och accelerationskrafter. Om spänningarna i rälsen blir för stora behöver kostsamma och underhållskrävande dilatationsfogar införas. Dessa dilatationsfogar ökar järnvägssystemets livscykelkostnad och är något som ska undvikas att införas i den mån det är möjligt. Användningen av ballastfritt spår för höghastighetsjärnvägar, spårvägar och tunnelbanor ökar på grund av att dessa spår kräver mindre underhåll och har enligt vissa undersökningar en lägre livscykelkostnad i jämförelse med ballasterat spår. Ballastfritt spår består oftast av en betongplatta till vilken rälsen är kopplad genom befästningar. Plattan är i sin tur kopplad till underbyggnaden genom skjuvförbindare som håller plattan på plats. När ballastfritt spår används i bebodda områden är det ibland nödvändigt att ta till vibrations- och ljuddämpande åtgärder. En åtgärd som används på brokonstruktioner för att minska vibrationer och ljudföroreningar är att montera en vibrationsdämpande matta, som är tillverkad av ett elastiskt material, mellan betongplattan och broöverbyggnaden. I detta examensarbetet undersöks hur den vibrationsdämpande mattans egenskaper påverkar rälsspänningarna. Resultaten från undersökningen visar att spänningarna i rälsen minskar med cirka 3–7 % (beroende på det elastiska stödets styvhet, lastpositioner och mattans egenskaper) när en elastisk matta installeras under spårplattan i jämförelse med när ingen matta används. När mattans tjocklek ökar och när styvheten sänks minskar spänningarna med cirka 1 % i jämförelse mellan den tjockaste och tunnaste mattan. Denna minskning av spänningarna antas bero på att den vibrationsdämpande mattan som är monterad på sidan av skjuvförbindarna ger en möjlighet för spåret och bron att förskjutas fritt parallellt varandra innan en interaktion mellan spår och bro uppstår. Det visade sig även att om friktionen mellan mattan och broöverbyggnaden medräknas ökar spänningarna i rälsen. Detta beror på att mattan då skapar en större interaktion mellan spåret och bron gentemot fallet då mattans horisontella styvhet inte beaktas.

In this report, we study how finite differences can be used to simulate acoustic wave propagation originating from a point source in the ocean using the Helmholtz equation. How to model sediment layers and the vast size of the ocean is studied in particular. The finite differences are implemented with summation by parts operators with boundary conditions enforced with simultaneous approximation terms and projection. The numerical solver is combined with the WaveHoltz method to improve the performance. Sediment layers are handled with interface conditions and the domain is artificially expanded using absorbing layers. The absorbing layer is implemented with an alternative approach to the super-grid method where the domain expansion is accomplished by altering the wave speed rather than with coordinate transformations. To isolate these issues, other parameters such as variations in the ocean floor are neglected. With this simplification, cylindrical coordinates are used and the angular variation is assumed to be zero. This reduces the problem to a quasi-three-dimensional system. We study how the parameters of the alternative absorbing layer approach affect its quality. The numerical solver is verified on several test cases and appears to work according to theory. Finally, a semi-realistic simulation is carried out and the solution seems correct in this setting.

The growing need for simpler and cheaper manufacturing process has led to the research into fractional-slot concentrated-wound (FSCW) motors. This concept has been widely investigated for surface-mounted permanent magnet (SMPM) machines. This thesis studies the same concept applied for synchronous reluctance machines (SynRM). In this thesis, a FSCW, 15 kW, 4-pole, Permanent-Magnet-Assisted Synchronous Reluctance Machine (PMaSynRM) is designed and optimized using finite element method (FEM) based simulations for a set of given technical specifications. Initially, the existing synchronous machine topologies are investigated and later two novel motor designs are introduced and optimized, namely, a FSCW-SynRM and a FSCW-PMaSynRM with ferrite magnets. Moreover, the influence of replacing ferrite material with Neodymium Iron Boron (NdFeB) in the FSCWPMaSynRM is analyzed. Detailed investigations are performed in order to compare the impact of material at different temperatures. Variation of the torque-speed capabilities with temperature and a safe operating temperature range where the magnets are not demagnetized are identified. The variation of overload capability with temperature is also studied. Finally, a comparison between the new proposed designs and other existing standard design topologies is performed. It was found that FSCW-SynRM present lower efficiency, power factor and higher torque ripple than DW-SynRM. However when ferrite magnets are inserted in FSCW-PMaSynRM the efficiency, power factor and the flux-weakening capability exceed the values of the DW-SynRM. Moreover, by using NdFeB instead of ferrite in FSCW-PMaSynRM, the torque ripple, the fluxweakening capability and the overload capability improve and a wider safe temperature range for no demagnetization is achievable. Finally, it is found that DW-PMaSynRM with ferrite presents the same efficiency level as FSCW-PMaSynRM with ferrite, but higher power factor and lower torque ripple. However FSCW-PMaSynRM with ferrite have other advantages, such as shorter end-winding length, good fault-tolerant capability and simpler and cheaper manufacturing process. / Det växande behovet av enklare och billigare tillverkningsprocesser har lett till att den senaste forskningen om elektriska maskiner har fokuserats till maskiner med koncentrerade lindningar (FSCW). Detta koncept har i stor utsträckning undersökts för synkronmaskiner med ytmonterade permanentmagneter (SMPM). Detta projekt studerar samma lindning koncept, tillämpat på synkrona reluktansmaskiner (SynRM). I denna avhandling är en 15 kW, 4-polig, SynRM med FSCW och permanentmagneter (PMaSynRM) utformad och optimerad med användandet av finita elementmetoden (FEM). Simuleringar för en uppsättning givna, tekniska specifikationer har genomförts. Inledningsvis undersöks den befintliga synkronreluktansmaskinen med distribuerad lindning och senare presenteras och optimeras två nya motorkonstruktioner: en FSCW-SynRM respektive en FSCW-PMaSynRM med ferritmagneter. Vidare analyseras påverkan av att ersätta ferritmaterial med neodym-järn-bor (NdFeB) i FSCW-PMaSynRM. Detaljerade undersökningar genomförs för att jämföra effekten av materialen vid olika temperaturer. Variationen av maximal vridmomentet som funktion av hastighet vid olika temperaturer identifierar ett säkert driftstemperaturintervall där magneterna inte avmagnetiseras. Även variationen i överbelastningskapacitet vid olika temperaturer studeras. Slutligen görs en jämförelse mellan den nya föreslagna designen och andra befintliga topologier. Resultaten visar att FSCW-SynRM har lägre effektivitet och effektfaktor, samt högre vridmomentsrippel än DW-SynRM. När ferritmagneter är införda i FSCW-PMaSynRM erhålls emellertid högre värden på effektivitet, effektfaktor och fältförsvagning än i DW-SynRM. Genom att använda NdFeB i stället för ferrit i FSCW-PMaSynRM förbättras dessutom vridmomentet, fältförsvagningskapaciteten och överbelastningskapaciteten, vilket ger ett bredare temperaturområde utan avmagnetisering. Slutligen visar DW-PMaSynRM med ferrit samma effektivitetsnivå som FSCW-PMaSynRM med ferrit, men med högre effektfaktor och lägre vridmomentsrippel. FSCW-PMaSynRM med ferrit har dock andra fördelar, såsom kortare härvänderna, god feltolerans samt enklare och billigare tillverkningsprocess.