The automotive industry is reliant on accurate finite element simulations for developing new parts or machines and to achieve this, accurate material models are essential. Material cards contain input about the material model, and are significant; however, time-consuming to calibrate with traditional methods. Therefore a newer method involving Machine Learning (ML) and Feed-Forward Neural Networks (FFNN) is studied in the thesis. The direct application of calibration with FFNN has never been applied to calibrate the Swift hardening law and Barlat yield 2000 criteria, which is done in this thesis. All steps for calibration are performed to achieve a high-fidelity database capable of training the FFNN. The outline of the thesis involves four different phases; experiments, simulations, building the high-fidelity database, and building and optimizing the FFNN. The experiment phase involves tensile testing of three different types of specimens in three material directions with Digital Image Correlation (DIC) to capture local strain. The simulation phase is to replicate all the experiments in LS-DYNA and perform finite element simulation. The finite element models are simulated 100 times and, respectively, 1000 times with different material parameters within a specific range. This range has a lower and upper bound that covers the experimental results. The database phase involves extracting the data from a huge amount of simulations and then extracting the key characteristics from the force-displacement curve. The last phase is building the FFNN and optimizing the network to find the best parameters. It’s first optimized based on Root Mean Square Error (RMSE) and then points from the Swift hardening curve and Barlat yield 2000 criteria are compared with experimental points. The result shows that the FFNN with the high-fidelity database can predict material parameters with an accuracy of over 99 % for the hardening law at the points chosen for optimization and the anisotropy parameters are optimized to 97 % accuracy for the yielding points and Lankford coefficients. The thesis concludes that the FFNN can accurately predict the material parameters with real experimental data. The effectiveness of using this method is significantly faster than traditional methods because only one type of test is needed. / Bilindustrin är beroende av trovärdiga och noggranna finita element simuleringar för utveckling av nya komponenter eller maskiner, och för det behövs noggranna materialmodeller. Materialkort innehåller information om materialmodellerna och är av stor betydelse, men är tidskrävande att kalibrera med traditionella metoder. Därför är en ny metod som involverar Maskininlärning (ML) och Feed-Forward Neurala Nätverk (FFNN) undersökt i avhandlingen. Applikationen av att kalibrera med FFNN har aldrig blivit undersökt för ”Swift hardening law” och anisotropi kriteriet ”Barlat yield 2000”. Alla steg för att kalibrera materialet är utförda för att uppnå en högkvalitativ databas som är kapabel att träna ett FFNN. Arbetets översikt involverar fyra faser som är; experiment, simulationer, databasensuppbyggnad och utvecklingen samt optimeringen av FFNN. Experimentfasen involverar dragprov för tre olika geometrier i tre materialriktningar tillsammans med Digital Image Correlation (DIC) för att fånga lokala töjningspunkter. Simulationsfasen går ut på att replikera experimentfasen genom finita element simuleringar i LS-DYNA. Finita element modellerna är simulerade 100 respektive 1000 gånger med olika materialparametrar inom ett specifikt intervall med en övre och undre gräns som ska täcka experimentdatan. Databasfasen handlar om att extrahera data från de massiva antalet simuleringar och extrahera nyckelbeteenden från kraft-förflyttningskurvan. Den sista fasen är att bygga FFNN och optimera för att hitta bästa möjliga parametrar. Det är först optimerat baserat på Root Mean Squared Error (RMSE) och sedan punkter från Swift härdningskurvan och beteenden genererat från Barlat yield 2000 som är jämförda med experimentella värden som Lankfordkoefficienter och sträckgränser för rullningsriktningarna. Resultatet visar att ett FFNN med en högkvalitiativ databas kan estimera materialparametrar med en noggrannhet över 99 % för härdningskurvan för jämförelsepunkterna och med en 97 % noggrannhet för anisotropipunkterna som Lankfordkoefficienter och sträckgränser i rullningsriktningarna. Exjobbet avslutas med att dra slutsatsen att FFNN kan estimera riktiga materialparametrar med en viss noggrannhet. Effektiviteten av att använda metoden är betydligt snabbare än traditionella metoder eftersom det endast tar några sekunder att estimera parametrarna när datan är extraherad och enbart en typ av test behövs.

Ice hockey is a sport whose athletes are at high risk for traumatic head injuries due to the violence of potential impacts with other athletes, ice, or glass during games. In order to develop the best protective strategies for the players, it is necessary to have a deep understanding of accident mechanisms during ice hockey games. Accident reconstructions using the finite element (FE) method are a way to perform a systematic analysis of impact cases, but require input data on the circumstances of the accidents. Thus, this project focused on finding a way to extract the position and velocity of the players involved from readily available videos of ice hockey accidents using motion tracking methods. This project included two parts: pose estimation and velocity estimation. The pose estimation aimed to align a human body model (HBM) with the players' poses and the key steps included estimating 2D joints from impact images, estimating the players' 3D poses, skeleton inferencing, and aligning the results with the baseline HBM via pelvic registration. The velocity estimation defined the initial conditions for simulating the collision and key steps included identifying the players' 2D joints across impact video frames, tracking of the players using a simplified pelvis projection on the rink plane, and estimating the players’ velocity using homography to identify their position on the ice hockey rink. Then, both parts were applied to accident cases from a video database of collisions that occurred during a hockey league season. The cases in which the pipeline was fully applied ultimately resulted in LS-DYNA positioning files for the Total Human Model for Safety (THUMS) model, and problematic cases were used to get an overview of the limits of the chosen methodology. Said limitations were mostly linked to the quality of the source videos, which is highly dependent on the source of the videos and possibly not controllable. Due to this, selection criteria are required, such as checking the blurriness and quality of the videos and the viewing angles to ensure as few occlusions as possible. Overall, this project resulted in a working semi-automatic pipeline for pose and velocity estimation in contact sports collisions, as well as a first set of personalized input information that should allow the reconstruction of ice hockey accidents using FE simulations. / Ishockey är en sport vars utövare löper stor risk att drabbas av traumatiska huvudskador på grund av de våldsamma potentiella kollisionerna med andra utövare, is eller glas under matcherna. För att kunna utveckla de bästa skyddsstrategierna för spelarna är det nödvändigt att ha en djup förståelse för olycksmekanismerna under ishockeymatcher. Olycksrekonstruktioner med hjälp av finita elementmetoden är ett sätt att utföra en systematisk analys av kollisionsfall, men kräver indata om omständigheterna kring olyckorna. Detta projekt fokuserade därför på att hitta ett sätt att extrahera de inblandade spelarnas position och hastighet från lättillgängliga videor av ishockeyolyckor med hjälp av rörelsespårningsmetoder. Projektet bestod av två delar: poseuppskattning och hastighetsuppskattning. Poseuppskattningen syftade till att anpassa en humanmodell till spelarnas poser och de viktigaste stegen omfattade uppskattning av 2D-leder från kollisionsbilder, uppskattning av spelarnas 3D-poser, skelettinferens och anpassning av resultaten till baslinjen HBM via bäckenregistrering. Hastighets-uppskattningen definierade de initiala villkoren för simulering av kollisionen och viktiga steg inkluderade identifiering av spelarnas 2D-led i videobilder av kollisionen, spårning av spelarna med hjälp av en förenklad bäckenprojektion på rinkplanet och uppskattning av spelarnas hastighet med hjälp av homografi för att identifiera deras position på ishockeyrinken. Därefter tillämpades båda delarna på olycksfall från en videodatabas med kollisioner som inträffade under en säsong i en hockeyliga. De fall där pipelinen tillämpades fullt ut resulterade slutligen i LS-DYNA-positioneringsfiler, och problematiska fall användes för att få en överblick över gränserna för den valda metoden. Begränsningarna var främst kopplade till kvaliteten på källvideorna, som är starkt beroende av källan till videorna och eventuellt inte kan kontrolleras. På grund av detta krävs urvalskriterier, t.ex. kontroll av videornas oskärpa och kvalitet samt betraktningsvinklar för att säkerställa så få ocklusioner som möjligt. Sammantaget resulterade detta projekt i en fungerande halvautomatisk pipeline för pose- och hastighetsuppskattning vid kollisioner i kontaktsporter, samt en första uppsättning personlig indatainformation som bör möjliggöra rekonstruktion av ishockeyolyckor med hjälp av simulering med finita element.

<p>Följande examensarbete omfattar en fallstudie av Bro norr om Söderströmsbron, en tunnelbanebro i stål med fyra spår. Den byggdes 1956 som en del av förbindelsen mellan station Gamla stan och station Slussen i Stockholm. I fallstudien, som är ett samarbete mellan KTH och SL, ingår att bedöma brons dynamiska egenskaper, tillstånd avseende utmattning samt att skapa en finita elementmodell av bron. Vidare begränsas fallstudien till brokonstruktionen för det spår som går närmast slussen mellan Mälaren och Saltsjön, och som i dagsläget utgör gröna tunnelbanelinjen mot Farsta strand, Hagsätra och Skarpnäck.</p><p>Under 2005 trafikerades det aktuella spåret under högtrafik av 30 tåg i timmen och under lågtrafik av 15 tåg i timmen. När tåg passerar visar bron stora förskjutningar och glapp mellan sliprar och underliggande stålkonstruktion. Dessa förskjutningar skapar spänningar i stålet och avgörande för brons tillstånd avseende utmattning är antalet skadliga spänningsvidder vid kritiska snitt som inträffat sedan brons färdig­ställande.</p><p>Dagens spänningsvidder mäts med hjälp av töjningsgivare placerade i fältmitt. Mätningen har utförts av KTH, avdelningen för Brobyggnad i samband med examens­arbetet. Av intresse är utmattningsrisk för svetsad anslutning mellan lång- och tvär­balkar. Utmattningsrisken beräknas dels med typiserade spänningskollektiv enligt BSK 07, dels med verkliga spänningskollektiv enligt Palmgren-Miners delskade­hypotes. Enligt båda metoderna konstateras utmattningshållfastheten vara uttömd, med reservation för förbandsklasser och partialkoefficienter. Kollektivparametern <em>κ</em> enligt BSK 07, vilken vid dimensionering beaktar spänningskollektivets form, uppskattas vara närmare 2/3 än SL:s nuvarande värde 5/6.</p><p>Ur responsen från givarna konstateras att den dynamiska förstoringsfaktorn vid 60 km/h varierar mellan 0.63 och 1.43, vilket visar att brons respons har ett stort dynamiskt innehåll.</p><p>En finita elementmodell skapas i Abaqus med hjälp av Matlab, med syftet att komplettera resultat från mätningar. I modellen studeras töjning, vertikal förskjutning och acceleration, dynamisk förstoringsfaktor och egenmoder. Den statiska responsen för modell och bro konstateras vara snarlik.</p> / <p>This thesis includes a case study of the Bro norr om Söderströmsbron, a steel subway bridge with four rail tracks. The bridge was built in 1956 as a part of the connection between the two subway stations Gamla stan and Slussen in Stockholm. The case study, which is a collaboration between KTH and SL, includes an evaluation of the dynamic properties of the bridge, in which condition it is regarding fatigue and the creation of a finite element model of the bridge. The case study is limited to the construction carrying the rail track closest to the lock between Mälaren and Saltsjön, and now represents the green subway line towards Farsta strand, Hagsätra and Skarpnäck.</p><p>In 2005, the train frequency during rush hour was 30 trains per hour and during low traffic 15 trains per hour. When a train crosses, the bridge shows large displacements and gaps between the sleepers and the underlying steel structure. The displacements cause stresses in the steel and crucial to the bridge fatigue state is the number of damaging stress ranges that have occurred since the opening of the bridge.</p><p>The current stress variations are measured using strain gauges positioned in the mid-span. Measurements were carried out by KTH, division of Structural Design & Bridges, during this thesis. Of key interest is a welded edge between the main- and crossbeams. The risk of fatigue is calculated using standardised stress ranges according to BSK 07 and Palmgren-Miners cumulative damage theory. According to both methods, the fatigue life of the bridge is exceeded, with reservations to the detail category and partial coefficients. The stress collective parameter <em>κ</em> according to BSK 07, which in design accounts for the distribution of the stress collective, is estimated closer to 2/3 than SL’s present value of 5/6.</p><p>According to the strain gauges, the dynamic amplification factor at 60 km/h varies between 0.63 and 1.43, indicating that the bridge’s response has a large dynamic content.</p><p>A finite element model is created in Abaqus using Matlab, with the purpose of complementing results from the measurements. In the model, the strain, vertical displacements and acceleration, dynamic amplification and natural modes are studied. The static response of the model and bridge were found to be similar.</p> / QC 20100707

Detta examensarbete har utförts åt Ålö, som är en tillverkare av frontlastare och redskap till dessa. Ett av deras redskap, vars syfte är snöröjning, är utrustat med hydrauliskt justerbara sidoklaffar som kan fällas bakåt och nyttjas som plogblad. De fyller dock inte denna uppgift tillfredsställande då snö tenderar falla tillbaka bakom dem. Det bildas även en triangulär spalt mellan klaffarna och underlaget vid plogning, detta lämnar kvar en sträng av snö, utöver det som faller ner bakom klaffarna. Målet i detta projekt var att utveckla en plogklaff som löser tidigare nämnda problem genom att ersätta den högra sidoklaffen till skopan. Utvecklingen har initierats med en studie av rapporter, existerande plogar, kontakt med brukare och fastställande av de begränsningar som råder. Detta har sedan utgjort grunden för en rad koncept, av vilka de mest lovande sammanfogades till en prototyp. Kraftberäkningar utifrån det lastfall som uppstår vid plogning har sedan använts för att bl.a. dimensionera skruvförband och skapa randvillkoren för en finita element-analys. Finita element-analysen har sedan nyttjats för att göra en uppskattning av antalet cykler med momentan maximal belastning plogklaffen klarar innan utmattningsbrott sker. Kraftberäkningarna visade att hydraulcylinderns tryckbegränsare öppnar redan innan maximal belastning uppnås. Finita element-analys och kraftberäkningar till skruvförband förutsätter likväl att maximal belastning kan erhållas momentant i syfte att ge konservativa resultat. Under denna förutsättning skiljer belastningen i skruvförbanden endast ca 7-10 % mellan finita element-analys och handberäkningar. Samtliga beräkningar är inom spannen för skruvförbandens hållfasthet. Utmattningsberäkningarna visade att antalet cykler plogklaffen klarar vid maximal belastning uppgår till ca 346 000. Detta avser områden av intresse och inkluderar således ej delar vilka redan utvärderats i originalklaffen. Svetsförband, som i regel är dimensionerande i situationer som dessa, har ej sett någon utmattningsmässig utvärdering utan kommer istället behandlas vid tester av prototypen. Prototypen uppfyller de utsatta målen och tillverkningsunderlag i form av 3D-CAD modeller och 2D-ritningar (inklusive svetsritningar) har levererats. En fysisk prototyp är även beställd och kommer tillverkas av Vännäs Verkstads AB, planerat leveransdatum är 2017-06-08. Den kommer utvärderas under vintern 2017/2018. / This thesis work has been carried out for Ålö, a manufacturer of front loaders and implements for these. One of their implements, whose purpose is snow clearing, is equipped with hydraulically adjustable flaps that can be folded backwards and used as plows. However, they do not fill this task satisfactorily as snow tends to fall down behind them. A triangular gap between the flaps and the ground is also formed during plowing. This leaves a string of snow behind, aside from the snowmass already falling down behind the flaps. The goal for this project was to develop a plow that solves the aforementioned problems by replacing the right side flap on the bucket. The development was initiated with a study of reports, existing plows, contact with users and determining existing constraints. This has since provided the basis for a series of concepts, of which the most promising ones were joined to a prototype. Force calculations based on the load scenario that occurs during plowing have been used to find appropriate fasteners and create boundary conditions for a finite element analysis. The finite element analysis has then been used to estimate the number of cycles with maximum load the plow can be subjected to before it succumbs to fatigue failure. Force calculations showed that the pressure limiter for the hydraulic cylinder opens even before maximum load is reached. Despite this, finite element analysis and force calculations for fasteners were still based on the condition that maximum load is achieved momentarily to produce convervative results. Under this condition, the load on fasteners differs only ca 7-10 % between finite element analysis and calculations made by hand. All calculations are within the span for the fasteners proof strength. Fatigue calculations showed that the number of cycles the plow can handle with maximum load amounts to approximately 346 000. This refers to areas of interest and thus does not include parts already evaluated in the original flap. Welds, which usually dictate minimum strength in situations like these, have not seen any fatigue evaluations, but will instead be addressed while testing the prototype. The prototype meets the set goals and production documentation in the form of 3D-CAD models and 2D drawings (including weldment drawings) have been delivered. A physical prototype is also ordered and will be manufactured by Vännäs Verkstads AB, scheduled delivery date is 2017-06-08. It will be evaluated during the winter of 2017/2018.

The work presented in this thesis comprises the assessment of existing arch bridges with overlying backfill. The main objective is to estimate the load carrying capacity in ultimate limit state analysis. A case study of the old Årsta railway bridge is presented, serving as both the initiation and a direct application of the present research. The demand from the bridge owner is to extend the service life of the bridge by 50 years and increase the allowable axle load from 22.5 to 25 metric tonnes. The performed analyses show a great scatter in estimated load carrying capacity, depending on a large number of parameters. One of the factors of main impact is the backfill material, which may result a significant increase in load carrying capacity due to the interaction with the arch barrel. Based on theoretical analyses, extensive conditional assessments and the demand from the bridge owner, it was decided that the bridge needed to be strengthened. The author, in close collaboration with both the bridge owner and the persons performing the conditional assessment, performed the development of a suitable strengthening. The analyses showed a pronounced three-dimensional behaviour, calling for a design using non-linear finite element methods. Due to demands on full operability during strengthening, a scheme was developed to attenuate any decrease in load carrying capacity. The strengthening was accepted by the bridge owner and is currently under construction. It is planned to be finalised in 2012. The application of field measurements to determine the structural manner of action under serviceability loads are presented and have shown to be successful. Measured strain of the arch barrel due to passing train has been performed, both before, during and after strengthening. The results serve as input for model calibration and verification of the developed strengthening methods. The interaction of the backfill was not readily verified on the studied bridge and the strengthening was based on the assumption that both the backfill and the spandrel walls contributed as dead weight only. The finite element models are benchmarked using available experimental results in the literature, comprising masonry arch bridges with backfill loaded until failure. Good agreement is generally found if accounting for full interaction with the backfill. Similarly, accounting for the backfill as dead weight only, often results in a decrease in load carrying capacity by a factor 2 to 3. Still, several factors show a high impact on the estimated load carrying capacity, of which many are difficult to accurately assess. This suggests a conservative approach, although partial interaction of the backfill may still increase the load carrying capacity significantly. / Arbetet i föreliggande avhandling omfattar analyser av befintliga bågbroar med ovanliggande fyllning. Huvudsyftet är att uppskatta bärförmågan i brottgränstillstånd. En fallstudie av gamla Årstabron redovisas, vilken utgör både initieringen och en direkt tillämpning av föreliggande forskning. Kravet från broförvaltaren är att öka brons livslängd med 50 år, samtidigt som axellasten ska ökas från nuvarande 22.5 ton till 25 ton. Utförda analyser visar på stor spridning i uppskattad bärförmåga, beroende på ett stort antal parametrar. En av de främsta faktorerna är fyllningens egenskaper, vilken kan resultera i en markant ökning av bärförmågan p.g.a. samverkan med bågen. Baserat på teoretiska analyser, tillståndsbedömningar och krav från broförvaltaren beslutades att bron skulle förstärkas. En förstärkningsmetod har utvecklats i nära samarbete med broförvaltaren och personer som tidigare utfört tillståndsbedömningarna. Analyserna visar ett utpräglat tredimensionellt beteende, vilket har föranlett användandet av icke-linjära finita elementmetoder. Krav på full trafik under samtliga förstärkningsarbeten har resulterat i att dessa utförs enligt en föreskriven ordning, som ska reducera minskning i bär­förmåga under samtliga etapper. Förstärkningsförslaget godkändes av Banverket och är för närvarande under byggnation. Enligt plan ska dessa slutföras under 2012. Fältmätningar har använts för att bestämma det statiska verkningssättet under brukslaster, vilket visas ge goda resultat. Resulterande töjningar från passerande tåg har uppmäts i bågen, både före, under och efter förstärkning. Resultaten har använts både för att kalibrera beräkningsmodeller och att verifiera utförda förstärkningar. Samverkan mellan båge och fyllning har inte kunnat verifierats för den aktuella bron och de utvecklade förstärkningarna baseras på en modell där både fyllning och sidomurar endast utgör yttre verkande last. De framtagna finita element modellerna har jämförts med experimentella resultat från litteraturen, omfattande tegelvalvsbroar med ovan­liggande fyllning belastade till brott. Generellt erhålls god överensstämmelse om full samverkan mellan båge och fyllning antas. Om fyllningen istället endast betraktas som yttre last, minskar lastkapaciteten ofta med en faktor 2 till 3. Fortfarande uppvisar ett antal faktorer stor inverkan på bärförmågan, vilka ofta är svåra att med säkerhet bestämma. Ett konservativt betraktningssätt rekommenderas, även om delvis sam­verkan med fyllningen fortfarande kan öka bärförmågan avsevärt. / QC 20110426

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.

Concrete buttress dams are the most common type of concrete dams for hydropower production in Sweden. Cracks have been observed in some of the them. However, only limited research has been made concerning the influence of these cracks on the structural dam safety. In conventional analytical stability calculations, a concrete dam is assumed to be a rigid body when its safety is verified. However, when cracks have been identified in a dam structure, the stability may be influenced and hence the information of cracks may need to be included in the stability calculations. The main aim of this project is to study how existing cracks and further propagation of these cracks, influence the structural dam safety. Another important topic was to study suitable methods to analyse a concrete dam to failure. In addition, a case study is performed in order to capture the real failure mode of a concrete buttress dam. The case study that has been studied is based on a previous project presented by Malm and Ansell (2011), where existing cracks were identified in a 40m high monolith, as a result from seasonal temperature variations. Two similar models are analysed where one model is defined with an irregular rock-concrete interface, and the other with a horizontal interface. Analyses have been performed on both an uncracked concrete dam but also for the case where information regarding existing cracks, from the previous project, have been included in order to evaluate the influence of cracks on the dam safety. The finite element method has been used as the main analysis tool, through the use of the commercially available software package Abaqus. The finite element models included nonlinear material behaviour and a loading approach for successively increasing forces called overloading, when performing progressive failure analyses. The results show that existing cracks and propagation of these resulted, in this case, in an increased structural safety of the studied dam. Furthermore, an internal failure mode is captured. The irregular rock-concrete interface has a favourable effect on a sliding failure and an unfavourable effect on an overturning failure, compared to the case with the horizontal interface. Based on the results, the structural safety and the failure mode of concrete buttress dams are influenced by existing cracks. Although an increased safety is obtained in this study, the results do not necessarily apply for other monoliths of similar type. It is thus important that existing cracks are considered in stability analyses of concrete buttress dams. / Lamelldammar är den vanligaste typen av betongdammar för vattenkraft produktion i Sverige. I vissa av dessa har sprickbildning observerats. Begränsad forskning har gjorts på hur dessa sprickor påverkar dammens säkerhet. I de vedertagna analytiska stabilitetsberäkningarna antas att betongdammar agerar som en stel kropp när man verifierar dess säkerhet. Befintliga sprickor i en damm kropp kan dock påverka dess stabilitet och kan därför behöva beaktas i stabilitetsberäkningarna. Huvudsyftet med detta projekt är att studera hur befintliga sprickor och dess propageringen påverkar dammsäkerheten. Ett annat viktigt syfte är att studera lämpliga metoder för att analysera en betongdamm till brott. Dessutom, genomförs en fallstudie i syfte att analysera ett verkligt brottförlopp av en lamelldamm. Fallstudien som utförs i detta projekt, baseras på ett tidigare projekt utfört av Malm and Ansell (2011), där befintliga sprickor identifierades i en monolit på 40m som ett resultat av temperaturvariationer. Två modeller med snarlik geometri har analyserats, där den ena är definierad med en med oregelbunden kontaktyta mellan berg och betong och den andra med en horisontell kontaktyta. Analyserna har utförts på dels en osprucken damm men även där information om befintliga sprickor från det tidigare projektet beaktas, i syfte att jämföra inverkan av sprickor på dammsäkerheten. Finita element metoden har använts som verktyg vid dessa analyser, genom det kommersiellt använda programmet Abaqus. De finita element modellerna inkluderar icke-linjära material egenskaper hos betong och armering samt baseras på en metod för successiv belastning, som kallas 'overloading', vid analys av brottförloppet. Resultatet visar att befintliga sprickor och propageringen av dessa i detta fall kan leda till ökad säkerhet hos den studerade dammen jämfört mot fallet utan beaktande av sprickbildning. Utöver detta fångas även ett inre brottmod. Den oregelbundna kontaktytan mellan betongen och berget har en gynnsam effekt vid ett glidbrott men en ogynnsam inverkan vid ett stjälpningsbrott, i jämförelse med fallet med en horisontell kontaktyta. Baserat på dessa resultat så påverkas dammens säkerhet och brottetförloppet hos lamelldammen utav befintliga sprickor. Även om en ökad säkerhet fås i denna studie är det inte säkert att detta stämmer för andra monoliter av samma slag. Dock är det viktigt att hänsyn tas till befintliga sprickor i stabilitets analyser av lamelldammar.

The experimental studies performed on the behaviour of very thick concrete beams subjected to static loads have revealed that the shear mechanisms play an important role in the overall response and failure behaviour. The aim of this thesis is to recommend suitable design methods for thick concrete beams subjected to off-centre static concentrated load according Eurocode 2 by using non-linear finite element analysis (NLFEA). To achieve this task, Abaqus/Explicit has been used by employing constitutive material models to capture the material non-linearity and stiffness degradation of concrete. Concrete damaged plasticity model and perfect plasticity model has been used for concrete and steel respectively. Three dilation angles (30º, 38º and 45º) and fracture energy from FIB 1990 (76 N/m) and FIB 2010 (142 N/m) has been used to investigate their influence on the finite element model. The dilation angle of 38º and FIB 2010 fracture energy was adopted as the suitable choice that reasonably matched with the experimental results. In verifying and calibrating the finite element model, the experimental results of the thick reinforced concrete beam conducted by the American Concrete Institute have been used. Three design approaches in the ultimate and serviceability limit state according to Eurocode 2 recommendations have been used namely; the beam method, strut and tie method and shell element method. Using the reinforcement detailing of the hand calculations of beam method and strut and tie method and linear finite element analysis of shell element method, non-linear finite element models have been pre-processed and analysed in Abaqus/Explicit. During the post-processing, the results have been interpreted and compared between the three design methods. The results under consideration are hand-calculated load at 0.3 mm crack width, FE-load at 0.3 mm crack width, amount of reinforcement and FE-failure load. The comparison of the results between the three design approaches (beam method, strut and tie method and shell element method) indicates that strut and tie method is better design approach, because it is relatively economic with regards to the quantity of reinforcement bars, has the higher load capacity and has a higher load at crack width of 0.3 mm crack width. / De experimentella studier som utförts på tjocka betongbalkar som utsätts för statisk last har visat att skjuvning spelar en viktig roll i brottmekanismen. Syftet med detta examensarbete är att rekommendera lämpliga dimensioneringsmetoder för tjock betongbalkar utsatt for statisk koncentrerad last enligt Eurokod 2 med hjälp av ickelinjära finita element metod. Abaqus/Explicit användes genom att utnyttja konstitutiva materialmodeller för att fånga materialens icke-linjäritet och minskad styvhet. Tre dilatationsvinklar (30°, 38° och 45°) och två brottenergi från FIB 1990 (76 N/m) och FIB 2010 (142 N/m) tillämpas för att kontrollera deras inverkan på FE-modellerna. Dilatationsvinkel med 38° och FIB 2010 med högre brottenergi valdes i de icke-linjära finita elementanalyserna. Kontroll av FE-modellerna är baserad på ”American Concret Institutes” experimentella resultat på de tjocka betongbalkarna. Handberäkningar av tjocka betongbalkar har utförts i brott- och bruksgränstillstånd med tre dimensioneringsmetoder i Eurokod 2 nämligen balk metoden, fackverksmetoden och linjära-FE skalelementmetoden. Jämförelse har gjorts för de olika dimensioneringsmetoderna, genom att använda de armeringsdetaljer av handberäkningar i de verifierade och kalibrerade icke linjära FE-modellerna i Abaqus/Explicit. Resultaten i fråga är last för 0.3 mm handberäknad sprikvidd, FE-last för 0.3 mm sprikvidd, armeringsmängd och FE-brottlast. Jämförelse av resultaten mellan de tre dimensioneringsmetoder (balkmetod, fackverksmetod och skalelementmetod) visar att fackverksmetod är bättre design metod, eftersom det är relativt ekonomiskt med avseende på armeringsmängd, har högre lastkapacitet och last på 0.3 mm sprickvidd.

More efficiency heavy-duty vehicles are developed with higher range, updated electronic and mechanical parts. The fuel efficiency and pollution of carbon dioxide need to be lower to achieve new EU regulations. The global population increases with an increased number of heavy-duty vehicles. This, in turn, increases the emission. By taking the electrical and mechanical parts to the next step, the global emission problems can be massively reduced. Electrical machines are the next step towards a cleaner future. The main goal of this study to investigate the electrical machine’s insulation system. Thermo-mechanical stresses due to thermal cycling affect the electrical machines and its sub-components. By using a FEM application with simplified models of the electrical machine, results are obtained and discussed. Specifically, if 2D-models are sufficient enough to represent a 3D-model. How good different 2D-models can represent the 3D-model is compared and discussed in this study. A physical experimental analysis is done to verify and calibrate the FE-models. Which one of the less frequent higher amplitude or more frequent, lower amplitude thermal cycling affects the insulation system most is determined. The simulations could be done with either, coupled-temperature displacement analysis or sequentially coupled analysis. Coupled-temperature displacement is the fastest method to use in the simulation models. A 3D-model is the best way to describe an object and is therefore implemented. Two additional 2D-models are developed for faster computation and to investigate if the models can represent the three-dimensional geometry. All the models have specific boundary conditions to make the models more simplified. Sensitivity studies have been done to determine which parameter affects the induced thermo-mechanical stresses the most. A physical experimental setup is also implemented to validate and calibrate the simulation model. The result of the 3D-model is most accurate when simulating a three-dimensional object. Simulation results have shown that epoxy, one of the main components in the insulation system, is most critical in terms of reaching breakdown first, followed by paper insulation and copper coating. This is a typical result of all three simulation models. Whereas it is concluded that some 2D-models can present the 3D-model, others can’t. The dependent factor is the different cross-section of the electrical machine. The physical experiment shows similar results between simulation in terms of strain at a lower temperature, and the deviation gets larger as the temperature increases. The 3D-model is the model that has the best representation of a real electrical machine as it accounts for all the normal and shear stress components in all directions, but also because it has better boundary conditions compared to the 2D-models. The 2D-model in XY-plane has shown similar results to the 3D-model. One of the main insulation system components, epoxy, is exposed to the highest stresses compared to its yield and ultimate strength, followed by the paper insulation and copper coating. The sensitivity study has concluded that the axial length of the stator does not affect the stress amplitudes. The most critical parameter that affects the thermo-mechanical stresses is the temperature amplitude, the materials CTE and the thickness of the jointed layer. All maximum stress amplitudes of all the components are located at the free end. / Mer effektiva tunga fordon utvecklas med högre räckvidd, uppdaterade elektroniska och mekaniska delar. Bränsleeffektiviteten och föroreningen av koldioxid måste vara lägre för att uppnå nya EU-förordningar. Antalet tunga fordon ökar i takt med att den globala befolkningen ökar, detta leder i sin tur till ökad utsläpp av bland annat koldioxid. Genom att ta de elektriska och mekaniska delarna till nästa steg kan de globala utsläppsproblemen minskas massivt. Elektriska maskiner för framdrivning är nästa steg mot en renare framtid. Studiens huvudmål för att undersöka den elektriska maskinens isoleringssystem. Termomekaniska påfrestningar på grund av termisk cykling påverkar de elektriska maskinerna och dess delkomponenter. Genom att använda en FEM-applikation med förenklade modeller av den elektriska maskinen erhålls och diskuteras resultat. Specifikt om 2D-modeller är tillräckliga för att representera en 3D-modell. Hur tillräckligt de olika 2D-modeller kan representera 3D-modellen jämförs och diskuteras i denna studie. Ett fysiskt experiment utförs för att validera och kalibrera FEA-modellerna. Vilken av de mindre frekventa cykler med högre amplitud eller mer frekventa cyckler med lägre amplitud påverkar isoleringssystemet mest har undersökts. Simuleringarna kan göras med antingen, temperatur kopplad förskjutnings analys eller sekventiellt kopplad analys. Temperatur kopplad kopplad förskjutning är den snabbaste metoden att använda i simuleringsmodellerna. En 3D-modell är det bästa sättet att beskriva ett objekt och har därför implementerats. Ytterligare två, 2Dmodeller är framtagna i FEM-miljö för snabbare beräkning och för att undersöka om 2D-modellerna kan representera den tredimensionella geometrin. Samtliga tre modeller har specifika randvillkor för att förenkla modellerna. Känslighetsstudier görs för att bestämma vilken parameter som påverkar de inducerade termomekaniska spänningarna mest. Ett fysiskt experiment har utförsts för att validera och kalibrera simuleringsmodellerna. Resultatet visar att 3D-modellen representerar ett tre dimensonellt objekt bäst. Simuleringsresultat har visat att epoxy, som är en av huvudkomponenterna i isoleringssystemet, är mest kritisk när det gäller att först nå brott- och sträckgräns, följt av pappersisolering och koppar beläggningen. Detta är ett typiskt resultat av alla tre simuleringsmodeller. Slutsatsen visar att vissa 2D-modeller kan presentera 3D-modellen, andra kan inte. Den beroende faktorn beror på ur vilket tvärsnitt man tittar på den elektriska maskinen. Det fysiska experimentet visar liknande resultat jämfört med simuleringen när det gäller belastning vid en lägre temperatur, och avvikelsen blir större när temperaturen ökar. 3D-modellen, är den modell som har den bästa representationen av en riktig elektrisk maskin eftersom den inkluderar normal- och skjuvspänningskomponenter i alla riktningar. Anledningen är att den har bättre randvillkor jämfört med 2Dmodellerna. 2D-modellen i XY-planet har visat liknande resultat som 3D-modellen. En av huvudkomponenterna i isoleringssystemet, epoxy, utsätts för de högsta spänningarna jämfört med dess sträck- och den brottgräns, följt av pappersisolering och koppar beläggning. Känslighetsstudien har kommit fram till att statorns axiella längd inte påverkar spänningsamplituderna. Den mest kritiska parametern som påverkar de termomekaniska spänningarna är temperatur amplituden, materialens CTE och tjockleken på det skarvade skiktet. Alla maximala spänningsamplituder för samtliga tre komponenter är belägna i den fria änden.