Excavations in soft clays come with a number of specific challenges. The use of lime-cement columns in the passive zone of such works represents a promising solution to some of these problems, such as basal heave stability or excessive deformations. Nevertheless, lime-cement columns in the passive zone of excavations in soft clays are not yet widely used and studied. Knowledge about this improvement method is still limited, particularly when it comes to numerical modelling. They have mostly been studied numerically using simple geometries or constitutive models that do not allow to represent the key features of the material, that could influence the behaviour of the structure. Thus, there is a need for more investigations regarding precise modelling tools for this type of problems. In this study, an advanced constitutive model named the Concrete model was employed to capture the mechanical behaviour of the lime-cement improved soil material. A boundary value problem representing an excavation in soft clay supported by sheet pile walls and lime-cement columns was studied using a three dimensional finite element model that included the Concrete model for lime-cement column panels. The results show that the Concrete model is able to capture the behaviour of lime-cement improved clay very well. Key features such as strain hardening and strain softening are well represented. The results of the boundary value problem were compared to field measurements and it was showed that the Concrete model employed in a three dimensional finite element representation of the problem is able to give realistic results. / Schakter i lös lera medför ett antal specifika utmaningar. Användningen av kalk-cementpelare i den passiva zonen i sådana fallen är en lovande lösning på några av dessa problem, t.ex. jordhävning eller stora deformationer. Kalk-cement pelare i den passiva zonen av schakter i lös lera har dock ännu inte använts och studerats i någon större utsträckning i Sverige. Kunskapen om denna metod är fortfarande begränsad, särskilt när det gäller numerisk modellering. Denna förstärkningsmetod har studerats numeriskt med hjälp av enkla geometrier eller konstitutiva modeller som inte gör det möjligt att representera materialets viktigaste egenskaper som kan påverka konstruktionens beteende. Det finns därför ett behov av mer forskning för en precis modellering för denna typ av problem. I den här studien användes en avancerad konstitutiv modell (Concrete model) för att simulera det mekaniska beteendet hos det kalkcementstabiliserade jordmaterialet. Ett gränsvärdesproblem som representerar en schakt i lös lera som stöds av spontväggar och kalkcementpelare studerades med hjälp av en tredimensionell finita elementmodell. Resultaten visar att den advancerade konstitutiva modellen kan simulera beteendet hos kalkcementstabiliserad lera mycket väl. Viktiga egenskaper som t.ex. töjningshärdning och töjningsuppmjukning är väl representerade. Resultaten av gränsvärdesproblemet modellering jämfördes med fältmätningar och det visades att konstitutiva modellen som används kan ge realistiska resultat. / Les excavations dans les argiles molles présentent de nombreuses difficultés. L’utilisation de colonnes en chaux-ciment dans la zone passive de ces structures représente une solution prometteuse à certains de ces défis, tels que le soulèvement de la base ou les déformations excessives. Néanmoins, l’utilisation et l’étude des colonnes en chaux-ciment dans la zone passive des excavations dans les argiles molles ne sont pas généralisées et les connaissances à ce sujet sont encore limitées, notamment en ce qui concerne la modélisation numérique. La plupart des études numériques se basent sur des géométries simples ou des modèles constitutifs ne permettant pas de représenter certaines particularités du comportement du matériau, qui pourraient influencer le comportement de la structure. Il est donc nécessaire d’approfondir les recherches sur les outils de modélisation pour ce type de problème. Dans cette étude, un modèle constitutif avancé (Concrete model) a été utilisé pour reproduire le comportement mécanique de l’argile stabilisée à la chaux et au ciment. Un problème de valeurs aux limites représentant une excavation dans de l’argile molle soutenue par des murs de palplanches et des colonnes en chaux-ciment a été étudié à l’aide d’un modèle d’éléments finis tridimensionnel. Les résultats montrent que le modèle employé permet de reproduire le comportement de l’argile stabilisée à la chaux-ciment de manière très satisfaisante. Les particularités du comportement du matériau, telles que l’écrouissage et l’adoucissement, sont bien représentées. Les résultats du problème de valeurs aux limites ont été comparés aux mesures sur le terrain et il semble que ce modèle constitutif, employé dans une représentation tridimensionnelle par éléments finis du problème, soit capable de donner des résultats réalistes.

The aim of this master thesis is to design and analyse a FSCW PMaSynRM (Permanent Magnet assisted Synchronous Reluctance Motor) for industrial applications. The design process includes analytical calculations (initial design and PM amount minimization) and nite element method (FEM) based design optimization. An overcompensated design is proved to be advantageous for a 10-pole reluctance motor. A comparative analysis with other rotor topologies was made, where motor performance, temperature e ects and production costs are taken into account. Detailed curves which describe eciency, power factor and current with respect to ambient temperature are studied for the proposed motor designs at di erent working points. The demagnetization risk is also taken into account and the safe working temperature ranges have been dened for all the considered motors. The results show that the initial motor design with 10 poles/12 slots PMaSynRM with NdFeB magnets has poor performance in terms of eciency and power factor, with huge amount of PM inserted. This is mainly due to the lack of reluctance torque for this relatively higher number of poles solution. Moreover, it has been found in literature and conrmed in this investigation that this negative e ect for the 10-pole motor is amplied due to the presence of the concentrated winding. Indeed, it is shown by simulations that the motor performance is improved by employing 8 poles/12 slots PMaSynRM conguration with a relatively lower NdFeB magnet amount, thanks to the improved rotor anisotropy. The 10 poles/12 slots interior permanent magnet (IPM) and surface mounted permanent magnet (SMPM) topologies present higher performance due to the e ective utilization of PM, mainly or completely producing the torque. Hence, IPM and SMPM do not su er the lack of anisotropy. / Syftet med detta examensarbete ar att utforma och analysera en FSCW PMaSynRM (Permanent Magnet assisted Synchronous Reluctance Motor) for industriella applikationer. Designprocessen omfattar analytiska berakningar (ursprungliga konstruktion och PM belopp minimering) och nita elementmetoden (FEM) baserad design optimering. En overkompenserad design visat sig vara fordelaktigt for en 10-polig reluktansmotor. En jamforande analys med andra rotor topologier gjordes, dar motor prestanda, temperature ekter och produktionskostnader beaktas. Detaljerade kurvor som beskriver e ektivitet, e ektfaktor och strom med avseende pa omgivningstemperatur studeras for de foreslagna motorn for vid olika arbetspunkter. Den avmagnetisering risken ocksa beaktas och sakerhetstemperaturomraden har denierats for alla ansag motorerna. Resultaten visar att den initiala motordesign med 10-polig/12 spar PMaSynRM med NdFeB magneter har daliga e ektivitet och e ektfaktor, med enorma mangder PM insatt. Detta ar framst pa grund av bristen pa reluktansvridmomentet for denna relativt hogre poltal losning. Dessutom har man funnit i litteraturen och bekraftat i denna unders okning att denna negativa e ekt for 10-polig motorn forstarks pa grund av narvaron av den koncentrerade lindningen. Faktum ar att det framgar av simuleringar att motorprestanda forbattras med en 8-polig/12 spar PMaSynRM konguration med en relativt lagre NdFeB magnet belopp, tack vare den forbattrade rotor anisotropi. Den 10-polig/12 spar interior permanentmagnet (IPM) och ytmonterade permanent magnet (SMPM) topologier presentera hogre prestanda tack vare ett e ektivt utnyttjande av PM och deras produktion vridmoment, huvudsakligen eller helt anfortrotts PM effekten.

Spannmål med varierande fuktighetsgrad kan lagras i kvadratiska silor med väggelement bestående av korrugerad plåt. Då det lagrade spannmålet ska tömmas har det fuktiga spannmålet en tendens att fastna på väggarna, vilket medför att spannmålet i efterhand måste avlägsnas manuellt. För att slippa denna tidskrävande process monteras en slät plåt på den korrugerade plåten, för att på så vis hindra det fuktiga spannmålet från att fastna. Om samma plåtdimensioner för den korrugerade plåten används då den släta plåten är och inte är monterad kan väggelementen utsättas för buckling. Det här examensarbetet handlar således om hur väggelementen ska dimensioneras för att strukturen inte ska utsättas för buckling. De silor som undersöks har tvärsnitten 3,0 x 3,0 m och 2,5 x 2,5 m med väggelement som består av endast korrugerad plåt samt med slät plåt monterad på korrugerad plåt. Vidare har silorna vertikala väggar med höjden 8,4 m som består av tio sektioner. Beräkningar har utförts då fyllnadsmaterialet är vete.   För att väggelementen ska kunna dimensioneras beräknas vilka trycksituationer som uppstår i de olika silorna med hjälp av den svenska och europeiska standarden Eurokod (2006), EN 1991-4 för tryckberäkningar i silor och behållare. För att beräkna trycksituationerna delas de aktuella silorna in i åtgärdsklass 1 då deras kapacitet understiger 100 ton, vilket innebär att osymmetriska tryck kan ignoreras. Silorna klassas även som slanka. Då silornas utlopp består av en pyramidformad tratt med centriskt utlopp och då trattens halva inre vinkel är 45° uppstår ett inre rörflöde vid tömning. Detta medför enligt Eurokod att silorna ska dimensioneras enligt trycken som uppstår vid fyllning. Det horisontella och vertikala trycket samt trycket som uppstår från friktionen beräknas för de olika tvärsnitten.   CAD-programmet Pro Engineer och finita elementtillägget Mechanica används för att modellera de aktuella silorna och utföra analyser med avseende på spänning och buckling. Modellerna har fyra symmetriplan, därför modelleras endast en åttondel av de aktuella strukturerna. Detta motsvarar ett halvt väggelement och en halv stolpe. Modellerna skapas som skalmodeller och randvillkor ansätts i alla snittytor samt på stolpens över och underkant. I modellerna förenklas strukturen genom att inga skruvar eller radier modelleras. Trycken framräknade enligt Eurokod räknas om till krafter och appliceras på modellerna. Hela strukturen modelleras i stål med sträckgränsen 180 MPa.   En av företagets äldre dimensioneringsstandarder undersöks genom att väggelementen tilldelas plåttjocklekar enligt denna. För att undersöka var de mest kritiska områdena för buckling uppstår utförs en bucklingsanalys grundad på en statisk analys för modellerna. Resultatet från bucklingsanalysen för silon med väggelement bestående av korrugerad plåt med väggbredden 3,0 m visar att buckling uppstår på den näst nedersta sektionen vid 72 % av den applicerade kraftresultanten. För silon med samma väggelement fast med bredden 2,5 m uppstår buckling på den översta sektionen där bucklingskraften uppgår till 62 % av den applicerade kraftresultanten. För silorna med väggelement bestående av slät plåt monterad på korrugerad plåt uppstår buckling redan vid 3-4 % av den applicerade kraftresultanten, för båda väggbredderna. Då det genom analyser framkommit att det är lokala bucklingar enbart på den släta plåten som ger dessa låga värden friläggs den korrugerade plåten för att trycksituationen som verkar från den släta plåten på så vis ska kunna erhållas. Med kraften från den släta väggen kan den korrugerade plåten därmed dimensioneras mot buckling. Vid bucklingsanalys av den korrugerade plåten som är tryckbelastad av den släta plåten framgår att buckling då väggbredden är 3,0 m uppstår på silons näst understa sektion. Bucklingskraften uppgår till 59 % av den applicerade kraftresultanten. För silon med väggbredden 2,5 m uppstår buckling vid 51 % av den applicerade kraftresultanten på silons översta sektion.   Då målet är att de korrugerade plåtarna inte får utsättas för buckling provas plåttjocklekar fram i finita elementmodellerna tills att bucklingskraften uppgår till minst 110 % av den applicerade kraftresultanten. Detta genererar att plåttjocklekarna för de nedre fyra sektionerna av väggelementen bestående av korrugerad plåt med bredden 3,0 m behöver ökas. För silon med samma väggelement fast med väggbredden 2,5 m behöver dimensionen på de två översta sektionerna ökas. För silorna med väggelement bestående av slät plåt monterad på korrugerad plåt behöver den korrugerade plåten för väggbredden 3,0 m ökas för de fem understa sektionerna medan samma dimensioner för väggbredden 2,5 m kan användas som för silon med väggelement bestående av enbart korrugerad plåt. Om den släta plåten inte får utsättas för buckling behöver plåttjocklekarna ökas från mellan 5,5 mm och 1,5 mm. Vid beräkningar av plåtdimensioner har ett konservativ förfarande använts vilket innebär att företagets dimensionering kan vara korrekt. Erhållna dimensioneringsförslag är emellertid rimliga för de korrugerade plåtarna. / Grains with varying humidity can be stored in square silos with wall elements consisting of corrugated sheet. When the stored grain is to be emptied from the silos it has tendency to stick to the walls, especially if humid, which means that the grain must be removed manually. To avoid this time-consuming process a flat sheet is mounted on the corrugated sheet to prevent the moist grain from sticking to the wall. If the same dimension on the corrugated sheet is used when the flat sheet is or is not mounted the walls may be subjected to buckling. This thesis is thus about how the wall elements shall be designed in order to prevent buckling. The silos that have been examined have a cross section of 3.0 x 3.0 m and 2.5 x 2.5 m respectively with wall elements consisting of only corrugated sheet or smooth sheet mounted on corrugated sheet. Furthermore, the silos got vertical walls with a height of 8.4 m consisting of ten sections. Calculations are made with wheat as the stored grain.   To be able to dimension the wall elements the pressure is calculated for the different silos, using the Swedish and European standard Eurocode (2006), EN 1991-4 for pressure calculations in silos and tanks. To calculate the pressure the silos are assigned into action assessment class 1, since their capacity are less than a 100 tons, which further means that the unsymmetrical pressure can be ignored. The silos are also classified as slender. As the silos outlet consists of a square pyramidal hopper with centric outlet and a half internal angel of 45° an inner pipe flow occurs during emptying. This means according to Eurocode that the dimension shall be based on the pressure which occurs during filling. The horizontal and vertical pressure and the pressure made from the friction are calculated for the different cross sections.   The CAD software Pro Engineer and the finite element extension Mechanica is used to model the current silos and perform analysis for stress and buckling. The models have four symmetry planes therefore only one eighth of the current structure is modeled, corresponding to half a wall element and half a pole. The models are created as shell models and boundary conditions are applied in all symmetrical planes and on the top and bottom of the pole. The structure of the silos is simplified since no screws or radius is modeled. The pressure calculated according to Eurocode is converted into forces and applied to the models. The whole structure is modeled in steel with yield strength of 180 MPa.   The company’s older dimension standards are applied on the wall elements and analyzed. To investigate where to most critical areas for buckling occurs a buckling analysis based on a static analysis of the models is performed. The results from the buckling analysis for the silo wall element consisting of corrugated sheet with the width of 3.0 m shows that buckling occurs on the second bottom section at 72 % of the applied force. For the silo consisting of the same wall element but with the width of 2.5 m buckling occurs at the top section where the buckling force amounts to 62 % of the applied force. For the silos with wall elements consisting of plain sheet mounted on corrugated sheet buckling occurs at 3-4 % of the applied force for the two wall widths. Analysis show that the low values of buckling load on the plane sheet is a result from local buckling. In order to dimension the corrugated sheet to prevent it from buckling when the plane sheet is mounted a free body diagram is made for the corrugated sheet to obtain the acting forces. The buckling analysis of the corrugated sheet, with wall width 3.0 m, which is pressurized by the plane sheet shows that buckling occurs on the silos second bottom section. Buckling occurs at 59 % of the applied force for the silo with wall width of 2.5 m buckling occurs at 51 % of the applied force on the silo top section.   Since the goal is that the corrugated sheets are not to be subject to buckling, the thickness of the sheets is iterated until the buckling force is equal to at least 110 % of the applied force. This generates an increased thickness for the lower four sections for the silo with wall element consisting of corrugated sheet with wall width of 3.0 m. For the silo with the same wall elements but with a wall width of 2.5 m, the dimensions of the top two sections need to increase. Regarding the silos with wall elements consisting of plane sheet mounted on corrugated sheet an increase in dimension is needed for the corrugated sheet for the five lowest sections for the wall width of 3.0 m.   With a wall width of 2.5 m the same dimension can be used as when the silo wall elements consist of only corrugated sheet. If the plane sheet is not to be exposed for buckling the thickness of the sheets needs to be increased from between 5.5 mm and 1.5 mm. All calculations of the sheet dimensions are obtained by a conservative thinking which means that the company’s older dimensions may be correct. However, the resulting dimensions are reasonable for the corrugated sheets.

Examensarbetet inom produktutveckling – konstruktion utfördes under perioden februari till juni 2013 och omfattar 15 högskolepoäng (C-nivå), och är den slutliga kursen inom högskoleingenjörsprogrammet Innovation och produktdesign. Examensarbetet behandlade problematiken kring produktionsanpassning och kostnadsoptimering av två stycken elektromagnetiska omrörare vid företaget ABB, Process Automation, Metallurgy i Västerås. Efter kontakt med handledaren från ABB, Jan-Erik Eriksson, påbörjades projektarbetet med att tillverkningsanpassa konstruktionen av produkterna ORD 43P och EM Stabilizer. För att åstadkomma kostnadsoptimerad och produktionsanpassad konstruktion tillämpade författarna följande produktutvecklingsverktyg: Design for Cost, Design for Manufacture och Design for Assembly. För att kontrollera att konstruktionen blev optimal, men också att den inte brister under belastning använde examensarbetarna det datorbaserade hållfasthetsverktyget finita elementmetoden i CAD-programmet SolidWorks. Val av komponenter baserades på komponenternas pris per kilo. För att välja det optimala materialet, det vill säga högsta hållfasthet till lägsta pris använde författarna materialdatabasprogrammet CES EduPack. De utvalda materialen från programmet kunde inte författarna påfinna som standard på marknaden, varför författarna ändrade strategi till att jämföra och välja material utifrån marknadsundersökning av standardmaterial hos leverantörer.   ORD 43Ps komponenter optimerades konstruktionsmässigt gentemot befintliga komponenter och härvstag och isolerplattor kostnadsreducerades markant. Komponenten stomme grundutförande undersöktes översiktligt.  Genom att produktutveckla komponenterna härvstag, isolerplattor och stomme grundutförande minskade kostnaderna för ORD 43P med 2,47 %.  Författarna ansåg att ORD 43Ps totala kostnader kan minska mellan 10-25 % eftersom många av dess komponenter är överdimensionerade och består av dyrare material än vad som krävs.  EM Stabilizer’s komponenter, lock och tryckluftsslang, utformades med optimal konstruktion och kostnadsreducerades.  Genom att produktutveckla komponenterna lock och tryckluftsslang minskade kostnaderna för EM Stabilizer med 1,3 %.  Författarna förmodar att EM Stabilizer’s kostnader kan minska, eftersom den är relativt ny på marknaden. ABB vill säkerställa att produkten uppnår sin garanterade livslängd genom att överdimensionera många av produktens komponenter och använda dyrare material än vad som är nödvändigt. / The thesis in product development – design was carried out between February and June 2013 and includes 15 credits (C-level), and is the final course of the Bachelor Program in Engineering, Innovation and Product Design.  The thesis dealt with the problem of adaptation to production and cost optimization of two pieces of electromagnetic stirrers at the company ABB, Process Automation, Metallurgy in Västerås. After contact with the supervisor from ABB, Jan-Erik Eriksson, the project work commenced to adapt the manufacturing design of the product ORD 43P and EM Stabilizer. To achieve cost-optimized production and production adapted design, the authors applied the following product development tools: Design for Cost, Design for Manufacture and Design for Assembly. To verify that the design was optimal, but also that it did not break during stress, the authors used the computer based module finite element method of the CAD program SolidWorks.  The selection of components was based on the component’s price per kilo.  To select the optimum material, that is high strength and affordable, the authors used the material database software CES EduPack. The materials selected from CES EduPack could not be found by the authors as standard material at the market. Therefore, the authors changed strategy to compare and select materials based on market research of standard materials with suppliers. The components of ORD 43P were optimized in terms of design in comparison with existing components coil bracket and insulation boards. They were also cost reduced significantly. The component frame base was examined briefly.  Through product development the components coil bracket, insulating boards and frame base the total cost of ORD 43P was reduced by 2,47 %.  The authors found that the total cost of ORD 43P could be reduced between 10-25 % as many of its components are oversized and made ​​of more expensive materials than needed.  The components of EM Stabilizer, cover and pneumatic hose, were designed with optimum design and was cost reduced.Through product development the components cover and pneumatic hose the costs of EM stabilizer were reduced by 1,3 %.  The authors assume that the costs of the EM Stabilizer can be reduced, because it is relatively new at the market. ABB want to ensure that the product reach its guaranteed life by over-sizing many of the components of the product and use more expensive material than necessary. / Kostnadssänkningsprojekt