This report presents a master thesis project at KTH at the school of Engineering Science. The project is done in collaboration with ABB Robotics, a company who develops industrial robots. A robot consists of several parts and the last structural part is the wrist. During the project, a glued bolt joint, commonly named hybrid joint, in the wrist was investigated. The glued bolt joint mounts a protecting cover to the wrist and is a vital component to prevent leakage and provide structural strength to the wrist. The project's purpose was to create a time efficient and accurate methodology how to model the glue bolt joint in Finite element. Four different modelling methods of the adhesive layer were developed. One method includes friction contact, one method includes glue spring contact, one method includes solid element, and the last method includes cohesive elements. The developed methods were based on the pre-study and a previous master thesis project collaborated with the company. The modelling methods were verified against lab measurement where stresses in the wrist and bolt stresses were measured. Furthermore, to include the bolt preload in the models, a modelling and post-processing method was developed. The results showed similar simulated and measured von Mises stress in the structure of the wrist. However, the simulated bolt stress was significantly higher compared to the measured bolt stress for all methods. The main conclusion with the project is that none of the methods is accurate enough and further verification of the methods needs to be done before an accurate method can be determined. / Denna rapport presenterar ett examensarbete på Skolan för teknikvetenskap på KTH. Projektet är gjort i samarbete med ABB Robotics, ett företag som utvecklar industrirobotar. En robot består av flera delar, vara av den sista delen är handleden. I projektet undersöks ett limmat skruvförband, kommersiellt känd som hybrid förband, i handleden. Det limmande skruvförbandet monterar ett skyddande lock på handleden och är en viktig komponent för att minska risken för läckage och etablera styvhet till konstruktionen. Syftet med projektet var att skapa en tidseffektiv och säker metod hur det limmade skruvförbandet kan modelleras i Finita element. Fyra olika modelleringsmetoder av förbandet togs fram. En metod innefattade friktions kontakt, en metod innefattade en limmad fjäder liknande kontakt, en metod innefattade solida element och den sista metoden innefattade cohesive element. De utvecklade metoderna bygger på förstudier av ämnet samt ett tidigare examensarbete utfört för företaget. Modelleringsmetoder verifierades mot labbmätningar där spänningar i handleden samt spänningar i skruvarna var mätta. Det togs även fram en modellering och post-processering metod för att inkludera förspänningen i skruvarna till modellen. Resultatet visade överensstämmelse mellan de simulerade och uppmätta von Misses spänningar i strukturen av handleden för samtliga metoder. Däremot visade resultaten att den simulerade spänningarna i skruvarna var högre jämfört med de uppmätta spänningarna i skruvarna. Den huvudsakliga slutsatsen av projektet var att ingen av de utvecklade metoderna ger tillräcklig säkra resultat och vidare verifikationer av metoderna behövs göras innan en säker metod kan blir utvecklad.

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

Ice hockey has been identified as a sport with a high risk for concussions due to it being highly physical. Improvements have been made over the years to improve the protective gear for the players effectively eliminating more severe traumatic brain injuries (TBIs) however mild concussions (mTBI) are still prevalent to this day. One way of predicting these injuries in the recent years is the usage of finite element (FE) analysis to recreate impacts to study the effects of said head kinematics and strain parameters using validated FE models of the brain. In this thesis, video analysis was done on five cases resulting in a concussion and five cases not resulting in concussion from both the Swedish Hockey League (SHL) and the National Hockey League (NHL) to extract the initial velocities and positioning. The average velocity for the injured player and attacking player was 5.12 m/s and 5.08 m/s respectively for the impacts resulting in a concussion. Additionally, the average velocity for the injured player and attacking player was 4.80 m/s and 5.51 respectively for the impacts not resulting in a concussion. The video analysis methodology was also validated using a dataset from a football game and resulted in an average error of 25.4%. The impacts were recreated using the extracted velocities and initial positions in LS-PrePost with the full body FE model THUMS v.4.02 representing a 50th percentile adult male fitted with a helmet previously developed by master thesis students at KTH. The simulations were ran using LS-DYNA. The head kinematics from the head’s center of gravity and brain strain measured called Maximum Principal Strain (MPS) were extracted. Using the MPS values, the 95th percentile was calculated to then determine the likelihood of concussion. The MPS95 ranged from 0.18 to 0.63 for the cases resulting in a likelihood of concussion of 7.48 to 100%. For the cases not resulting in a concussion, the MPS95 values ranged from 0.20 to 0.45 resulting in likelihood of concussion 11.1 to 80.5%. The head kinematics extracted reported similar outcome in terms of risk of suffering concussions. The varying results can be pointed to the drawbacks in the methodology such as the error of the video analysis and the positioning of FE models. / Ishockey har fastställts som en sport med höga risker för hjärnskakning på grund av dess fysiska natur. Med åren har förbättringar gjorts på skyddsutrustningen vilket har avlägsnat allvarligare hjärnskador (TBI) från sporten, men dessvärre förekommer mildare hjärnskakningar än idag. På senare år har användning av finita element (FE) metoder använts för att återskapa kollisionerna för att förutspå dessa skador. Detta görs genom att använda validerade FE modeller av hjärnan för att analysera kinematiken samt töjningarna. I detta arbete gjordes en videoanalys av fem fall som resulterade i hjärnskakning samt fem fall där kollisionen inte resulterade i en hjärnskakning från både den Svenska Hockey Ligan (SHL) och "National Hockey League" (NHL). Från videoanalysen togs de initiala hastigheterna samt positionerna fram. Den genomsnittliga hastigheten för den skadade spelaren respektive attackerande spelaren var 5.12 m/s och 5.02 m/s för fallen där hjärnskakning hade skett. För fallen där hjärnskakning inte hade skett var hastigheten för den skadade respektive attackerande spelaren var 4.80 m/s samt 5.51 m/s. Videoanalysmetoden validerades genom att utföra videoanalysis på en databas från en fotbollsmatch. Valideringen resulterade i ett genomsnittligt fel på 25.4%. Kollisionerna återskapades genom att använda de extraherade initiala hastigheterna och positionerna i LS-PrePost med FE helkroppsdockan THUMS v.4.02 som representerade en 50:e percentil vuxen man utrustad med en ishockeyhjälm som utvecklats av tidigare masterexamensstudenter på KTH. Simuleringarna gjordes genom LS-DYNA. Huvudkinematiken från huvudets tyngdpunkt samt de maximala principiella töjningarna (MPS) i hjärnan extraherades. Från de extraherade MPS värdena kunde den 95:e percentilen uträknas för att bestämma sannolikheten att hjärnskakning sker. För fallen där hjärnskakning skett, varierade MPS95 värdet mellan 0.18 till 0.63 vilket motsvarar en risk för hjärnskakning på 7.48% respektive 100%. För fallen där hjärnskakning inte hade skett varierade MPS95 värdet från 0.20 till 0.45 vilket motsvarar 11.1% respektive 80% risk för hjärnskakning. Den extraherade huvudkinematikens risk för hjärnskakning överensstämde för det mesta med MPS95 sannolikheterna. De varierande resultaten kan hänvisas till de brister i metoden som exempelvis felet i videoanalysen samt positioneringen av FE modeller.

Dendro Lift AB är ett företag som utvecklar och tillverkar lyftbockar för tunga lyft. Tillsammans med konstruktionsföretaget Mk3D tar Dendro Lift AB fram ett nytt koncept för en lyftbocksmodell till lyft av stödbenstruckar. Syftet med examensarbetet är att vidareutveckla lyftoket till lyftbocken LB2.5 genom att minska materialanvändningen och bereda plats för ett nytt damm- och petskydd. Målet med examensarbetet är att ta fram underlag för tillverkning av ett nytt lyftok som uppfyllde ställda krav. Vid genomförandet av examensarbetet gjordes en förstudie kring dimensioneringskraven, spänningar i skruvförband, utvärdering av spänningar i svetsar, finita elementmetoden och hållbar utveckling. Förstudien följdes av analyser och vidareutveckling av lyftoket med finita elementanalyser i mjukvaran ANSYS Workbench 17.2. Modeller togs fram i Autodesk Inventor Professional 2016. Resultatet visade att det nya lyftokets plåttjocklek kunde minskas från 15 mm till 10 mm och därmed reducerades materialanvändningen med cirka 66 kg. I det nya lyftoket bereddes även plats för en ny typ av damm- och petskydd. Slutsatsen blir att det gamla lyftoket är överdimensionerat och mindre material kan användas utan att funktionen i lyftoket försämras. / Dendro Lift AB is a company that develops and manufactures lifting jacks for heavy lifting. Along with the construction company Mk3D, Dendro Lift AB introduces a new concept for a lifting trestle designed to lift stackers. The aim of the thesis is to further develop the yoke fitted in the lifting jack LB2.5 by reducing its material use and make way for a new dust and finger protection. The goal of the thesis is to develop manufacturing plans for the production of a new lifting yoke that meets the applicable requirements. In the implementation of the thesis there was a preliminary study on the design requirements, tension in bolted joints, evaluation of stresses in welds, finite element method analysis and sustainable development. The pilot study was followed by analysis and further development of the yoke with finite element analysis in software ANSYS Workbench 17.2. Models were developed in Autodesk Inventor Professional 2016. The results showed that the plate thickness could be reduced from 15 mm to 10 mm in the new yoke and thus reduced material usage by about 66 kg. The new yoke was also prepared for a new type of dust and finger protection. The conclusion was that the old yoke is oversized and less material can be used without compromising the operation of the lifting jack.

Kalmar Cargotec is a company offering solutions for container and heavy industrial material handling. One of their products, EC-truck (empty container), lifts objects as heavy as 11 tonnes and sometimes as high as 16 meters vertically up in the air. Lifting very heavy objects high up in the air can cause the pulse to rise if unwanted movement is caused due to strong winds. This thesis was raised by Kalmar Cargotec, to study if the swinging effect of the elevated load could be reduced by increasing the torsional resistance of the truck chassis framework. The project work will be conducted at the engineering consultancy firm Citec AB in Karlstad, whom together with Kalmar Cargotec, offered the opportunity for this thesis. Concepts were generated for the chassis framework to find a new and improved design. The conceptual designs were compared both numerically, through the finite element analysis based program Mechanical, and analytically. The three best performing concepts were studied further with more variables accounted for where one was picked to be implemented in a large scale computational model. It was discovered that it is possible to reduce the swinging effect of the mast by replacing the current U-profiled beams in the chassis framework with hollow rectangular cross-sectional beams. / Kalmar Cargotec är ett företag som erbjuder lösningar till kontainer- och materialhantering i tungviktsindustrin. En av deras produkter, EC-trucken (empty container), lyfter föremål så tunga som 11 ton och ibland s˚a högt som 16 meter vertikalt upp i luften. Att lyfta så tunga föremål, så högt upp i luften kan väcka oro ifall föremålet börjar förflytta sig på grund av starka vindar. Den här masteruppsatsen presenterades av Kalmar Cargotec för att studera om svängningseffekten av det upphöjda föremålet kan reduceras genom att öka vridmotståndet i truckens chassi-ramverket. Projektet kommer att utföras på ingenjörsinriktade konsultfirman Citec AB i Karlstad, som genom Kalmar Cargotec, erbjöd möligheten för att utföra detta examensarbete. Koncept genererades på chassi-ramverket med syfte att hitta nya och förbättrade lösningar. De konceptuella utformningarna jämfördes både numeriskt, genom det finita element-baserade programmet Mechanical, och analytiskt. De tre koncept som presterade bäst valdes för vidare studier med fler variabler inräknade, där en till slut valdes för att implementeras i en större beräkningsmodell. Det visade sig vara möjligt att reducera den svängande effekten av stativet med lasten genom att byta ut de befintliga U-profil balkarna i chassi-ramverket mot balkar med rektangulärt ihåliga tvärsnitt.

As of now, the most common way in Sweden, to address the issue of local buckling of steelstructures is through the procedure called the effective width method. A less commonprocedure for dealing with local buckling is the reduced stress method. The benefit of thelatter method is that, when combined with finite element analysis, results in a less tediousdesign process. However, this method is often labelled as a method that results in anoverconservative design. Therefore, the purpose of this report is to compare and evaluate thereduced stress method against the effective width method and nonlinear finite elementmethod. The nonlinear FE-analyses are performed with intention of simulating the realbehaviour of the structure and serve as a reference for the other two methods. The comparisonis conducted through a series of analyses, on different steel members with various loadconfigurations and slenderness in order to include the most common cases in the constructionindustry. This report resulted in recommendations for when the reduced stress method couldbe a relevant design procedure, with emphasis on providing reliable and accurate resultscompared to FE-analyses. Furthermore, the report resulted in proposed further studies, bothregarding the improvement of the reduced stress method and other structural elements thatshould be studied. The result from the report indicates that the reduced stress method can beused when the effect of patch loading is small. Furthermore, it is recommended to obtain thecritical stresses from a linear finite element analysis rather than from hand calculations, as tonot end up with over-conservative results. / I Sverige behandlas problemet med lokal buckling av stålkonstruktioner vanligtvis med hjälpav den effektiva bredd metoden, vilket är en dimensionergsmetod som återfinns i Eurocode.En ytterligare dimensionerings metod för lokal buckling som presenteras i Eurocode är denreducerade spänningsmetoden. Den senare nämnda metoden är fördelaktig då den kombinerasmed linjära finita element analyser, vilket resulterar i en mindre tidskrävandedimensioneringsprocess. Dock är metoden känd för att ofta resultera i överdimensioneradekonstruktioner, vilket bidragit till att mindre antal konstruktörer använder sig av denna metod.Syftet med denna rapport blir därmed att jämföra och utvärdera den reduceradespänningsmetoden gentemot den effektiva bredd metoden och olinjär finita element metoden.De olinjära finita element analyserna genomfördes med syfte att simulera det verkligabeteendet och för att sedan jämföra dessa resultat med de två andra metoderna. Analyser harutförts på flera stålbalkar med olika lastkombinationer och slankhet för att inkludera devanligaste fallen inom byggindustrin. Dessutom har det tagits fram några rekommendationerför användningen av metoderna och dessa är presenterade med avseende på de erhållnaresultaten. Rekommendationer för den reducerade spänningsmetoden har presenterats ochytterligare studier gällande dessa metoder och andra konstruktionselement har föreslagits. Deslutsatser som kunde dras är att den reducerade spänningsmetoden kan användas förkonstruktioner som inte påverkas i allt för stor grad av intryckning. För att ge tillförliterligaresultat så rekommenderas att kritiska spänningar erhålles från linjära finita element analyser.

This project analyzes how an in-situ cell can be developed to withstand high amounts of pressure and temperature of at least 100 bar and 500 °C. A theoretical prototype will be created as a product for Malmö University and other researchers to use or improve. To make this possible, the five step method was used to present a symmetric geometrical concept for the cell. That geometric concept was designed in PTC Creo (Version 6.0.2.0 & 7.0) in 3D and drawings in 2D. The programs GRANTA EduPack (Version 2020 \& Version 2019) along with Hephaestus was used to determine a material selection that will be able to tolerate temperature, pressure and be at least ten percent transparent, to be able for the X-ray to pass through the material and into the sample. The Finite Element Method (FEM) was used to ensure that the cell adheres to the set values of pressure and not cause a catastrophic failure. The result turn out to be a elliptical three part in-situ cell of boron carbide outer shell, a beryllium main dome and a stainless steel plate for the material sample to be on top. The Finite Element Method also showed that the designed in-situ cells meet the requirements and fulfills the goal and purpose. Further development of safety features and the equipment will be needed to minimise the risk of and dangers of beryllium dust. / Detta projekt analyserar hur en in-situ cell kan utvecklas för att motstå höga mängder tryck och temperatur på minst 100 bar och 500 °C . En teoretisk prototyp kommer att skapas som en produkt för Malmö universitet och andra forskare att använda eller förbättra. För att göra detta möjligt användes femstegsmetoden för att presentera ett symmetriskt och geometriskt koncept för cellen. Det geometriska konceptet kommer att utformas 3-dimensionellt i PTC Creo (Version 6.0.2.0  7.0) och 2-dimensionella ritningar . GRANTA EduPack-programmen (Version 2020 \& Version 2019) tillsammans med Hephaestus användes för att bestämma ett materialval som kommer att kunna tolerera temperatur, tryck och vara minst tio procent transparent för att röntgenstrålningen ska kunna passera genom materialet och in i provet. Finite Element Method (FEM) kommer att användas för att säkerställa att cellen följer de inställda tryckvärdena och inte orsakar katastrofala fel. Resultatet visar sig vara en elliptisk tredelad in-situ cell av borkarbid som ett yttre skal, beryllium som huvudkupol och en rostfri stålplatta som underlag för materialprovet. Finite Element Method visade också att den designade in-situ-cellen uppfyller kraven och därför uppfyller målet och syftet. Detta innebär att vidareutveckling av säkerhetsfunktioner och utrustning kommer att behövas för att minimera risken för berusning från berylliumdammet.

High Voltage (HV) rotating machines are widely used in power generation and heavy industry companies. Silicon Carbide (SiC) material is used in the stress grading structure of HV electric machines because of its non-linear characteristic. In this thesis, the resistance characteristics of SiC-based stress grading tape in time domain and the dielectric parameters in frequency domain were measured. The measurement results of samples with axial current-direction in time domain and frequency domain are about ten times that of the samples with radial current-direction, which might be a feature of the tape construction although it also can depend on the measurement method. The finite element method (FEM) simulation of the coil insulation system was carried out by using the experimental parameters, and the results were compared with the actual measurement results. The calculation results show that the non-linearity of SiC-based material does not have much effect on the real part of frequency response of the whole coil. The relative difference of the real part of complex capacitance is less than 5%. However, the influence on the imaginary part is relatively large, the relative difference is about 4% - 60%. / Högspänningsmaskiner används ofta i kraftproduktion och tunga industriella anläggningar. Kiselkarbidmaterial (SiC) används i sådana maskiners potential-styrningssstruktur på grund av dess icke-linjära egenskaper. I denna avhandling mättes ledningsförmågan hos SiC-baserade fältstyrningstejp i tidsdomänen och de dielektriska parametrarna i frekvensdomänen. Resultaten med axiell strömriktning vid tiddomän och frekvensdomänmetoder tyder på omkring tio gånger så stor konduktivitet jämfört med den radiella ström-riktningen, vilken kan bero på tejpkonstruktionen fast även eventuellt på mätmetoden. Simuleringen av en statorhärvas isoleringssystem utfördes med finita element metoden (FEM) med parametrar från materialproven, och resultaten jämfördes med mätresultat från en sådan härva. Beräkningsresultaten visar att det SiC-baserade materialets ickelinjäritet inte har någon större effekt på hela spolens verkliga frekvensrespons. Den relativa skillnaden mellan den verkliga delen av komplex kapacitans är mindre än 5%. Påverkan på den imaginära delen är dock relativt stor, med en relativ skillnad på ca 4% - 60%.

With a rising drive towards greener means of transportation, electrical machines for propulsion are becoming a scientific field of major interest. In particular, part of the research studying these devices focuses its efforts on axial-flux machines, which compared to radial-flux machines can offer a better length-to-diameter ratio and higher torque arm for similar ratings. The analysis carried out throughout this degree project deals with the development and testing of an electromagnetic sizing algorithm for double-stator axial-flux induction machines (DS-AFIM). The designs produced by the algorithm are simulated via finite-element method (FEM) and validated through a comparison with measurements taken upon a real machine. The FEM simulated designs show agreement with the experimental values obtained from physical measurements, although material identification procedures are performed to assess the stator lamination’s magnetic properties. The results obtained validate the sizing algorithm and the designs produced by it, thus allowing to fill a gap in the literature regarding this particular machine topology. / Med en stigande drivkraft mot grönare transportmedel blir elektriska maskiner för framdrivning ett vetenskapligt ämne av stort intresse. Mer specifikt så fokuserar en del av forskningen som studerar dessa enheter på axialflödesmaskiner, som jämfört med radiella flussmaskiner erbjuder ett bättre förhållande mellan längd och diameter och högre vridmomentarm för liknande resultat. Analysen som genomfördes under hela detta examensarbete handlar om att utveckla och testa en elektromagnetisk dimensioneringsalgoritm för dubbel statoriska axiella flödesinduktionsmaskiner (DS-AFIM). Designen som skapas av algoritmen simuleras genom den finita-element-metoden (FEM) och valideras genom en jämförelse med mätningar på en verklig maskin. De FEM-simulerade konstruktionerna visar överensstämmelse med de experimentella värden som erhållits från fysiska mätningar, även om material-identifieringsprocedurer utförs för att bedöma statorlamineringens magnetiska egenskaper. Resultaten som erhållits validerar storleksalgoritmen och de producerade konstruktioner gör det möjligt att producera ny information som saknades i litteraturen angående just denna maskintopologi.

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.