En kåpa till en bärplanssurfbräda konstruerades av glasfiber. Med målsättningen att skydda elektronik som möjliggör autonom drift, togs specifikation och kravspecifikation fram. Olika koncept togs fram i samarbete med kravställaren och en specifik modell valdes. En modell skapades sedan i CAD, varpå den analyserades och tjockleken optimiserades i Ansys. Tillverkningen började därefter med att en noskon skapades, som ett gränssnitt mellan kåpan och surfbrädan. Noskonen tillverkades med vakuuminfusion direkt på surfbrädan. Därefter tillverkades kåpan med vakuuminfusion på en gjutform. Gjutformen var i sin tur skapad med glasfiberkomposit genom handuppläggning på en beskuren plugg av extruderad polystyren. Total vikt uppgick till cirka 3,7 kg.

This thesis describes the optimization process for the pitchfork developed by the company Sverigegrepen. The work was done at the department of Applied Mechanics at Uppsala University. The project were handed by Ångström Materials Academy together with Sverigegrepen The work included a major prestudy of plastic construction, plastic materials, plastic injection and strength of materials. By applying the laws of beam theory, a mathematical expression could be provided, explaining the behaviour of the pitchforks teeth. By studying the pitchfork with tools such as 3D- CAD and FEA-simulations, an area where high concentrations of stress were found, an area known to have frequent issues with strength. From this data several concepts were created with an increased strength and a better distribution of stress. The plastic material was evaluated and tested to find the most valuable material characteristics. The provided information was used to isolate different functions in plastic materials, which is crucial for the pitchforks further functionality.

<p>I denna rapport predikteras livslängden, med avseende på utmattning, för en hjullastarskopa. Två av de mest kritiska svetsarna utvärderas enligt IIW:s (International Institute of Welding) rekommendationer genom nominella spänningsmetoden, hot spot-metoden och effective notch-metoden. Beräkningarna utförs med hjälp av finita elementmetoden. Genom att utföra töjningsmätningar på hjullastarskopan i drift erhålls spänningsdiagram. Dessa uppmätta spänningsdiagram analyseras med rain-flow count-metoden. Med ett antaget samband mellan rain-flow count-histogrammet och de beräknade spänningarna i svets och givarposition, konverteras rain-flow count-histogrammet till att gälla svetsen. Livslängsberäkningarna baseras på de konverterade rain-flow count-histogrammen.</p>

I denna rapport predikteras livslängden, med avseende på utmattning, för en hjullastarskopa. Två av de mest kritiska svetsarna utvärderas enligt IIW:s (International Institute of Welding) rekommendationer genom nominella spänningsmetoden, hot spot-metoden och effective notch-metoden. Beräkningarna utförs med hjälp av finita elementmetoden. Genom att utföra töjningsmätningar på hjullastarskopan i drift erhålls spänningsdiagram. Dessa uppmätta spänningsdiagram analyseras med rain-flow count-metoden. Med ett antaget samband mellan rain-flow count-histogrammet och de beräknade spänningarna i svets och givarposition, konverteras rain-flow count-histogrammet till att gälla svetsen. Livslängsberäkningarna baseras på de konverterade rain-flow count-histogrammen.

Loussavaara Kirunavaara AB (LKAB) har lidit av flertalet haverier i sina olika omrörare runt om i sina kulsinterverk. Haverierna har bestått av axelbrott, navbrott och skadade lager. Dessa haverier resulterar i produktionsbortfall som kan kosta företaget summor i 10 miljoner kronorsklassen. För att i framtiden kunna minska risken för haverier har ett konstruktionskoncept tagits fram för nästa generation av omrörare. Kriterierna för konceptet togs fram genom att analysera de tidigare haverierna för att identifiera de brister som fanns i konstruktioner. Beräkningar, intervjuer, konstruktionsförslag och jämförelser mellan olika dellösningar till konstruktionen utfördes för att ta fram delkoncept. Delkoncepten sammanställdes till olika konceptförslag i en morfologisk matris. Utvärdering av de valda koncepten skedde i jämförelse med en av de befintliga lösningarna med hjälp av en Pugh-matris. Författaren har under arbetets gång använt sig av sin tre års erfarenhet som fulltidsanställd automationstekniker på LKAB. Konceptförslaget bedöms av författaren kunna användas vid konstruktion av nästa generations omrörare. Delkoncept för olika delar av konstruktionen bedöms av författaren kunna användas för att konstruera förbättringar av de befintliga lösningarna hos LKAB. / Loussavaara Kirunavaara AB (LKAB) have been suffering from several agitator failures in their slurry tanks, part of their pellet plants. These failures have been caused by axle fractures, hub cross fractures and damaged bearings. These failures results in production losses that can cost the company sums around 10 million SEK. To minimize the number of future failures, a new concept been developed for the next generation of agitators. Criteria for this concept have been generated by analyzing the previous failures to identify flaws in the current solutions. Calculations, interviews, design concepts and comparisons between different partial solutions were preformed to generate partial concepts. These partial concepts were then compared using a morphological matrix. Selection of the suggested concept was made by evaluating all the developed concepts in comparison to the current solution using a Pugh-matrix. The author has throughout the work been drawing on his three-year full time experience of working as an automation technician at LKAB. The herein proposed concept is assessed to be usable for construction of the next generation of agitators. Partial concepts are assessed by the author to be able to implement on current agitator solutions at LKAB.

This thesis has been performed in collaboration with the Swedish Space Corporation at the department Science Services. SSC provides services in the areas of spacecraft subsystems, ground stations and sounding rockets to enable governments, companies and research institutes to benefit from space. Science Services are responsible for sounding rocket flight missions allowing customers to perform research in a microgravity environment. Currently, they have good knowledge how to design the sounding rockets experiment modules to minimize thermal effects within the system. However, no computational models are available to evaluate and verify the thermal heat transfer inside of the modules and as such the systems are designed primarily based on previous experience. The main purpose of this thesis was to develop a thermal computational model, which would work as a basis for designing experiment modules. The model would be used in an early stage of the design process before CAD parts have been designed. This required a flexible model allowing the user to evaluate different types of components and configurations. A finite element method (FEM) was used to perform heat transfer calculations in MATLAB. The development process was divided into three stages, which reduced the complexity of the problem formulation. The first version was made to approximate heat transfer solution in three dimensions using the Galerkin’s weighed residuals method. The second version was made to implement the dynamic environment occurring during flight missions. Based on the external environment, the dynamic process was divided into phases with different boundary conditions. In the final version internal convection, conductivity between air elements and a GUI was developed. The versions were verified with COMSOL (2013) and previous measured flight data. The results from the simulations showed that the internal convection coefficient and the element’s conductivity have a great impact on how the heat is distributed inside th e modules. A low convection will lead to internal temperature peaks, which can cause damage to sensitive experiment equipment. Also, the results indicated that the external environment does not have a significant impact on the internal temperatures. The assumptions made and recommendations are also covered in this thesis. Keywords: Three-dimensional heat transfer, Finite element method, Sounding rocket, Computational simulation / Detta examensarbete har utförts i samarbete med Swedish Space Corporation på avdelningen Science Services. SSC är ett svenskt företag verksam inom rymdtekniksektorn som erbjuder myndigheter, företag och forskarlag runt om i världen möjlighet att dra nytta av rymden. Avdelningen Science Service är ansvariga för utvecklig samt uppskjutning av sondraketer. I dagsläget finns en god kunskap hur sondraketens experimentmoduler ska konstrueras för att minimera den termiska påverkan i systemen. Dock existerar ingen beräkningsmodell för att undersöka värmeutvecklingen och temperaturer i dessa experimentmoduler, all kunskap inom detta område är baserad på tidigare erfarenheter. Syftet med detta examensarbete var att utveckla en termisk beräkningsmodell som kan användas som underlag när nya experimentmoduler konstrueras på SSC. Användningsområdet för modellen var avsett i ett tidigt skede i produktutvecklingsprocessen, innan CAD-modeller eller dylikt har framställts. Därav efterfrågades en flexibel modell där användaren kan undersöka olika typer av kompententer och konfigurationer. Den Finita elementmetoden (FEM) har används för att skapa en termisk beräkningsmodell i MATLAB. Utvecklingen delades upp i tre steg, eller tre programversioner, vilket bidrog till att frågeställningens komplexitet reducerades. Första programversion genomfördes för att approximera värmeflöden och temperaturer i tre dimensioner med hjälp av Galerkins viktade residualmetod. I den andra programversionen implementerades den dynamiska omgivningen som uppstår under flygning. Baserat på den yttre påverkan från det dynamiska förloppet delades flygningen in i olika faser, alla med skilda randvillkor. I den slutliga programversionen implementerades intern konvektion, strålning och ett grafiskt användargränssnitt. Samtliga versioner verifierades numerisk med hjälp av COMSOL (2013) . Resultatet från beräkningsmodellen påvisade att den interna konvektionskoefficient samt konduktiviteten hos element har stor inverkan på hur temperaturen fördelas inuti modulen. Resultaten indikerade även att den yttre miljön inte har en signifikant betydelse för dessa temperaturer. De antaganden som utförts samt förbättringsförslag avhandlades även i detta arbete. Nyckelord: Värmeledning, tredimensionellt, Finita elementmetoden, Sondraket, Simulering

Den världsledande stålproducenten Ovako Group AB tillverkar valsade stålstänger i sin produktion i Hällefors. De färdigvalsade stängerna klipps efter nedkylning i luft enligt kundlängd, vilket i vissa fall har visat sig resultera i defekter vid ändarna. Mindre och övergripande statiska analyser av klipprocessen tyder på att dessa uppstår för vissa typer av stålsorter vid för höga och för låga temperaturer. De defekta ändarna behöver justeras genom räddningsuppdrag som kräver extra resurser och tid. Eftersom Ovako har upprättat långsiktiga klimatmål i form av reducerat klimatavtryck, vilket kan uppnås genom besparingar av resurser, inleder de nu ett arbete mot att optimera klipprocessen och minimera antalet defekter.Denna studie avser undersöka om det går att simulera klipprocessen för en av Ovakos stålstänger med hjälp av den finita elementmetoden och mjukvaran Abaqus. Det långsiktiga syftet med detta är att genom vidare arbeten, om detta visar sig vara möjligt, hitta optimala klipptemperaturer för olika typer av stålstänger med målet att reducera resursanvändningen och därtill Ovakos klimatavtryck. De frågeställningar som studien ämnar besvara är därmed; Kan verkliga defekter från kallklippning av stålstänger vid olika temperaturer simuleras? och Inom vilket temperaturintervall går det att klippa en stålstång utan defekter?Studien tyder på att det går att göra verklighetstrogna simuleringar för klipp av upphettade stålstänger i Abaqus då godtyckliga materialparametrar införs. Det fastställdes även att kompletterande primärdata behövs för att öka validiteten av resultaten från experimenten, speciellt vid undersökningar av en specifik stålsort. Denna slutsats kan tillämpas i vidare arbeten för att i kombination med utökad mekanisk data hitta optimala klipptemperaturer för flera typer av stålstänger. / The world-leading steel producer Ovako Group AB manufactures rolled steel bars at their production in Hällefors. The rolled rods are cut after cooling in air according to customer length, which in some cases has been shown to result in defects at the ends. Scarce and comprehensive static analyzes of the cutting process indicate that these occur for certain types of steels at too high and low temperatures. The defect ends need to be adjusted through rescue missions that require extra resources and time. Since Ovako has set long-term climate goals in the form of a reduced climate footprint, which can be achieved through savings in resources, they are now initiating work towards optimizing the cutting process and minimizing the number of defects.This study aims to investigate whether it is possible to simulate the cutting process for one of Ovakos steel rods using the finite element method and the Abaqus software. The long-term purpose of this is to, through further work and if it proves to be possible, find optimal cutting temperatures for different types of steel bars with the aim of reducing resource use and, in addition, Ovako's climate footprint. The questions that the study intends to answer are thus; Can real defects from cold cutting of steel bars at different temperatures be simulated? and Within what temperature range is it possible to shear cut a steel rod without defects?The study indicates that it is possible to make realistic simulations for cutting heated steel rods in Abaqus when arbitrary material parameter values  are introduced. It was also determined that additional primary data are needed to increase the validity of the results from the experiments, especially in studies of a specific type of steel. This conclusion can be applied in further work to find optimal cutting temperatures for several types of steel bars in combination with extended mechanical data.

Sveriges geologi består mestadels av lös lera vid markytan följt av hård morän och hård berggrund på botten. Lös lera är inte gynnsamt vid grundläggning av konstruktioner pga. sättningar, dessa förhindras genom att påla ned till den hårda grunden. Pålning är en vanligt förekommande grundläggningsmetod i Sverige där pålsystem med varierande påltyper, längder och material används. Spetsburna pålar står för en stor andel av de olika påltyperna som används med anledning av landets hårda berggrund. Denna studie centreras kring tre olika varianter av spetsburna pålar: ihåliga stålpålar, betongpålar och betongfyllda stålpålar. Vid systemberäkningar betraktas spetsburna pålar ofta som fast inspända i hårt underlag såsom berg och hård morän där all last överförs nedåt genom pålspetsen. Därmed tas ingen hänsyn till bärförmågebidraget som uppstår till följd av friktion från kringliggande jord längs mantelytan. Detta innebär att pålarna beräknas ha en lägre styvhet än i verkligheten och förväntas därför komprimeras mer vid belastning i axiell led. På grund av detta förs ungefärliga värden in i systemberäkningar. Pålar kan inte undersökas eller repareras när konstruktionen väl har uppförts varför det är viktigt att redan vid projekteringsstadiet utföra mer korrekta systemberäkningar. Denna studie utfördes på uppdrag av vår industrihandledare med målet att utifrån parametrar såsom pållängd, last och axiella deformationer, simulera, beräkna och utvärdera skillnaden i styvhet för enskilda pålar, både med och utan inverkan från fjädringen i jorden. Fallstudierna består av två fall där endast homogena ler- och friktionsjordlager förekommer. Genom litteraturstudier och användningen av finita elementmetoden (FEM) i MATLAB kunde simuleringarna genomföras. Resultaten påvisar att jorden bidrar till en märkbar ökning av pålarnas styvhet i proportion till jordens djup. Vidare visar en analys av de olika fallen att friktionsjord har en större påverkan än kohesionsjord vid större djup. Vår slutsats är att jorden bör medräknas vid systemberäkningar innefattande långa spetsburna pålar, där en lyckad implementering av detta skulle kunna leda till en mer hållbar utveckling inom byggbranschen, sett ur ett miljö- och kostnadsperspektiv. Med denna rapport som grund rekommenderas att större vikt läggs vid jordens mantelbärförmåga samt möjligheterna för dess nyttjande i framtida projekt. / The Swedish landscape mostly consists of loose clay by the surface followed by hard moraine and hard bedrock at the bottom. Loose clay is an unfavorable soil formation for structural foundations due to its higher risk for settlements, which can be prevented by piling down to a hard soil layer. Piling is a common founding method in Sweden, whereat pile systems with varying pile types, lengths and materials are used. End bearing piles account for a large proportion of the different pile types used, considering the country's stable bedrock. This study focuses on three different variants of end bearing piles: hollow steel piles, concrete piles and concrete filled piles. During system calculations, end bearing piles are currently regarded as fixed to hard surfaces such as bedrocks and hard moraine where the entire load is transferred downwards through the pile tip. Thereby, no consideration is given to the contribution in bearing capacity that arises as a result of the friction from soil adhering along the shaft surface. This implies that the piles are estimated to have a lower stiffness than in reality and are therefore expected to be more compressed when axially loaded. This leads to the usage of approximated values in system calculations. Piles cannot be examined or repaired once the structure has been constructed, and it is thus important to perform more accurate system calculations during the design stage. This study was commissioned by our industrial supervisor with the aim of simulating, calculating and evaluating the difference in stiffness for individual piles, both with and without the influence of the surrounding soil friction, based on parameters such as pile length, load and axial deformations. The case studies consist of two cases where only homogeneous clay and friction soil layers occur. Through literature studies and the use of the finite element method (FEM) in MATLAB, the simulations could be carried out. The results show that the soil contributes to a noticeable increase of the piles’ stiffnesses in proportion to the soil depth. Furthermore, an analysis of the various cases shows that friction soil has a greater influence than cohesion soil at greater depth. Our conclusion is that the soil should be included in system calculations för end bearing piles, where a successful implementation of this could lead to a more sustainable development within the domain of construction, seen from an environmental and cost perspective. With this report as a basis, it is recommended that greater emphasis be placed on the soil’s bearing capacity and the possibilities for its utilization in future projects.

The wPCC project (wind powered car carrier) is carried out by Wallenius Marine, KTH Royal Institute of Technology and SSPA Sweden. By developing a car carrier mainly propelled by the wind, the emissions are estimated to be reduced by up to 90 %. This thesis deals with the structural aspects of the design. Specifically, the interface between the sail rigs and hull is considered. Different rig foundation concepts should be developed and compared to each other. The objective is to focus on characteristics such as stress levels, relevant failure mechanisms and cargo capacity. Scantling of merchant vessels is to a large extent governed by rules issued by classification societies such as DNV-GL and Lloyd’s Register. While traditional car carriers are covered to a great extent in terms of scantling loads and structural requirements, there exists a regulatory gap for vessels powered by the wind. Four different concepts for the rig foundations are developed. They are all using transverse and longitudinal bulkheads for transferring loads from the rigs to adjacent hull structure. The foundation concepts are then evaluated by creating a finite element model representing the midship section of the ship. The model includes three rig foundations and generally follows the preliminary scantlings of the wPCC. For reference, a model without rigs is also created. The bow and stern of the vessel are excluded in the model and some other model simplifications are also made. The accuracy of stress levels is thus not sufficient for final sizing of the conceptual solutions but the qualitative differences should be valid. The focus of the study is thus how the four concepts compare with respect to each other. The main strength of the chosen approach is that it allows for comparison of multiple concepts. Had a more advanced approach been chosen, the results would likely prove to be of a higher accuracy but then at the expense of modeling effort and time. The transverse strength is deemed being critical for multiple deck car carriers such as the wPCC. Racking, the transverse shearing of the ship, is a common problem which is covered in detail by class guidelines. These loads, based on rule calculations, are therefore included in the analysis. The rig loads are in turn based on assumptions regarding parameters such as the wing geometry and rig weight. The results of the finite element models are evaluated at several critical areas, chosen as to represent different aspects of the structural response. Results from buckling analyses as well as characteristics such as cargo capacity are also recorded as to broaden the comparison. The different results represent criteria which the evaluation process is based on. Each criterion is given a weight to account for its importance. The Pugh method is then applied, yielding a score for each of the evaluated concepts. The total score consequently depends on the chosen weights. Regardless, the study clearly presents which concepts that are interesting and which should be discarded. Interestingly, the best performing concept turns out to be highly unconventional compared to supporting structures used in traditional shipbuilding. For the future, the rig loads as well as additional load cases should be addressed. Failure mechanisms such as fatigue will likely pose a problem, and at some stage a thorough, full scale finite element model should be created in order to accurately predict the response of the entire hull structure. However, the author believes that the presented study serves as a draft in identifying key aspects to consider when introducing wind propulsion in commercial shipping. / wPCC-projektet (wind powered car carrier) bedrivs gemensamt av Wallenius Marine, Kungliga Tekniska Högskolan och SSPA Sweden. Genom att utveckla ett vinddrivet biltransportfartyg beräknas utsläppen minska med upp till 90 %. Detta examensarbete avhandlar delar av fartygsstrukturen med fokus på hållfasthet. Mer specifikt undersöks gränssnittet mellan segelriggarna och skrovet. Olika koncept för riggfundament utvecklas och jämförs med fokus på karaktäristika så som spänningar, brottmekanismer och lastkapacitet. Dimensionering av kommersiella fartyg styrs till stor del av regler utfärdade av klassällskap som DNV-GL och Lloyd’s Register. Medan traditionella biltransportfartyg omfattas av ett antal krav på dimensionerande laster och strukturkrav saknas det ordentliga regelverk för vinddrivna fartyg. Fyra olika koncept för riggfundamenten utvecklas. Samtliga använder sig av transversella och longitudinella skott för lastöverföring från riggarna till omgivande skrovstruktur. Koncepten utvärderas sedan genom att skapa en finita element-modell som representerar midskeppssektionen av fartyget. Modellen inkluderar tre riggfundament och följer till stor del preliminära ritningar av wPCC-fartyget. Som referens skapas även en modell utan riggar. Fören och aktern exkluderas i modellen utöver ett antal andra förenklingar. Precisionen på spänningsnivåer är därmed inte tillräcklig för att bestämma slutgiltiga dimensioner på koncepten men de kvalitativa skillnaderna koncepten emellan bör vara välgrundade. Studiens fokus är därför hur de fyra koncepten jämförs mot varandra. Den främsta fördelen med det valda tillvägagångssättet är att det möjliggör jämförandet av flera koncept. Om ett mer avancerat tillvägagångssätt använts skulle sannolikt resultaten vara mer precisa, men då till en högre kostnad i form av modelleringsarbete och tidsåtgång. Tvärskeppsstyrkan bedöms vara kritisk för biltransportfartyg med flera däck som wPCC-fartyget. Så kallad racking, transversell skjuvning av fartyget, är ett vanligt problem som avhandlas i detalj av klassregler. Rackinglaster baserade på klassregler inkluderas därför i analysen. Rigglasterna är i sin tur baserade på antaganden om parametrar som vinggeometri och riggvikt. Resultaten från finita element-modellerna utvärderas vid ett flertal kritiska områden valda för att representera olika aspekter av hur strukturen svarar på belastningarna. Resultat från bucklingsanalyser såväl som karaktäristika så som lastförmåga inkluderas också för att bredda jämförelserna. De olika resultaten representerar kriterier som utvärderingsprocessen baseras på. Varje kriterium ges en vikt för att ta hänsyn till dess betydelse. Pugh-metoden används sedan, vilket ger en poängsumma för varje koncept. Varje poängsumma beror därmed på valda vikter. Oavsett visar studien tydligt vilka koncept som är av intresse och vilka som kan förkastas. Intressant nog visar studien att konceptet med högst poäng är högst okonventionellt jämfört med bärande strukturer som används inom traditionell skeppsbyggnad. Inför framtiden bör riggbelastningarna såväl som ytterligare lastfall beaktas. Brottmekanismer som utmattning kommer sannolikt att utgöra problem och vid något tillfälle bör en stor, fullskalig finita element-modell skapas för att med högre precision förutse hur hela skrovstrukturen svarar på belastningarna. Författaren bedömer oavsett att denna studie fungerar som ett utkast till att identifiera nyckelaspekter vid introduktion av vind som framdrivning för kommersiell sjöfart.

This study describes an approach to determine the thermal conductivity of wood at elevated temperatures. The aim is to be able to use the developed conductivity as input in structural elements in finite element calculations. The conductivity of pine wood and glue laminated timber with different densities and moisture contents have been evaluated where small scale one-dimensional laboratory trials have been carried out in a cone calorimeter. Steel temperatures were measured behind the exposed wood samples. Obtained temperatures from the experimental trials have been compared with back calculated steel temperatures in the finite element program TASEF (Temperature Analysis in Structures Exposed to Fire). In the back calculations the conductivity at 100 °C, 300 °C and 500 °C was altered in order to achieve a best fit steel temperature curve as the measured ones during the experimental trials. At 20 °C the conductivity was taken from the literature. Between these temperature levels the conductivity was assumed to vary linearly. The dehydration of the moisture content in the wood samples have been considered by including it in the specific volumetric enthalpy, i.e. the integral over temperature of the density and specific heat as input in the temperature calculation program TASEF. Regarding the thermal degradation, recommended formulas in Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-2: General – Structural fire design, have been applied. The final back calculated conductivity values of the studied pine wood at specific temperatures (20 °C, 100 °C, 300 °C och 500 °C) were determined by the cone calorimeter test to be as follows; 0.09 W/mK, 0.07 W/mK, 0.05 W/mK and 0.35 W/mK. Comparing with presented conductivity of wood in Eurocode 5 the developed conductivity in this study are generally lower. Derived conductivity values from the back calculations in TASEF have been reconsidered for the glue laminated timber by taken account of differences in density and moisture content. By using a developed conversion factor, so called “conductivity ratio”, new conductivity values could be obtained which then has been used as an input in TASEF. As a result, good similarities between calculated steel temperatures and measured steel temperatures could be seen. The implemented method, consisting of simple one-dimensional laboratory trials for determining the thermal conductivity is deemed to be promising.  However, further studies are needed to be done in order to increase the accuracy of the method.