Sammanfattning När en rörledning skall dimensioneras måste den designas för att tåla de tryck som uppstår under stationära förhållanden. Ledningen måste också klara de tryck som kan uppstå under instationära förhållanden, t ex då en ventil stänger eller öppnas. Om en ventil stänger och flödet minskar så omvandlas vätskans rörelseenergi till tryckenergi. Om detta sker snabbt så kallas detta för tryckslag. De tryck som uppstår då kan leda till skador på rörledningar och annan utrustning i ett system. Dessa tryck kan simuleras med hjälp av datorprogram. Det finns också förenklade metoder för att beräkna dessa tryck. Dessa förenklade metoder är dock bara giltiga under speciella omständigheter. En ca 6000 m lång råvattenledning mellan sjön Hällungen i Stenungsunds kommun och en reservoar i Stenungsund har nyligen dimensionerats med hjälp av en förenklad beräkningsmetod för tryckslag. Det finns dock en misstanke att dessa metoder ger felaktiga resultat, vilket kan göra att ledningen blir över eller underdimensionerad. Studiens syfte är att ta reda på hur mycket resultaten från de förenklade beräkningsmetoderna skiljer sig från mer noggrannare simuleringar, samt under vilka förutsättningar dessa metoder gäller. Två förenklade metoder beskrivs i rapporten. Rapporten beskriver även en metod som kallas karakteristikmetoden, som är en metod som de flesta kommersiella programvaror använder. Dessa metoder tillämpas på det aktuella fallet och resultaten jämförs. Resultaten visar att de förenklade metoderna bara gäller under vissa speciella fall. Rapporten bekräftar att dessa ekvationer bara kan användas under speciella fall och med stor försiktighet. De kan dock ofta fungera som en första koll för att få reda på ungefärliga värden. När dessa förenklade metoder går att använda är bl a kopplad till hur fort en ventil stänger samt ledningens periodtid, d.v.s. den tid det tar för en tryckvåg att gå fram och tillbaka i en ledning.

<p>I dagens samhälle krävs bra och billiga lösningar till det mesta. Detta gäller i högsta grad inom flygindustrin där komponenters tillverkningskostnad och vikt ska vara så liten som möjligt. Det går dock inte att uppfylla detta till kostnad av funktion eller tillförlitlighet. Ett sätt som ska tillgodose kriterierna är att använda svetsade delar istället för gjutgods.</p><p>Detta har Volvo Aero i Trollhättan tagit fasta på och i syfte att effektivisera beräkningsgången för bland annat svetsar har avdelning 7162, Hållfasthet och Strukturdynamik, påbörjat ett projekt som ska ta fram ett underlag till detta. Bland annat har ett eget sprickpropageringsprogram för svetsar, VACWELD, skrivits och används som en del av beräkningsprocessen.</p><p>På uppdrag av Volvo Aero i Trollhättan har examensarbete med syfte att verifiera VACWELD genomförts. Verifieringen visar att VACWELD beräknar på ett tillfredställande sätt där livslängden erhålls med god noggrannhet. Resultatet pekar också på att en mer noggrann modell ger bättre resultat medan en uppdelning av spänningsgradienten, i böj- och membranspänning, inte har någon större betydelse.</p> / <p>In today’s society there is always a demand for better and less expensive solutions. This is especially true in the aircraft industry, where costs of producing a component and the weight of it have to be as small as possible. However, this can not be done by reducing performance or credibility. One way of dealing with the problem is to use welded components instead of casting components.</p><p>Volvo Aero in Trollhättan has started using welded components. In order to make calculations for welded components more effective, a crack propagation program, VACWELD, has been developed.</p><p>The purpose of this thesis work is to find out if the calculations done in VACWELD are acceptable in comparison to other programs the company uses.</p><p>The verification demonstrates that VACWELD performs the calculations in a satisfying and reliable way. Furthermore, the results confirm that a detailed model gives better results. However, they also prove that a stress gradient division does not give an improvement in the case studied, which is in contrast to what was believed.</p>

Som en del i Maskiningenjörsutbildningen vid Karlstads Universitet har detta examensarbete utförts under en 15 veckors period. Uppdragsgivare är Scana Steel AB:s stålverk i Björneborg och arbetet behandlar en av deras traverser. Arbetet bestod i att lokalisera och om möjligt förinta vibrationer som uppfattas som störande i förarhytten till traversen. För att lokalisera vibrationerna har olika analyser genomförts med hjälp av SpectraPro samt Vibshape, vilket är två mjukvaror tillhörande mätutrustningen Easy Viber. Dessa två program ger oss möjlighet att se animeringar av traverskroppens rörelse och visa spektran för specifika punkter. Analyserna visar på att förarhytten huvudsakligen rör sig vid tre olika frekvenser. Frekvenserna i hytten visar sig överensstämma med frekvenserna från det sista kuggingreppet på växellådan samt från kopplingen mellan motor och växellåda. En del resonansfenomen har tagits i beaktning. Metoderna för att undvika att föraren känner obehagliga vibrationer är flera och skiljer sig stort i hur omfattande operationer som krävs. Det finns dock några åtgärder som smidigt kan prövas. Föreslagna åtgärder för avhjälpning av vibrationerna innefattar bland annat frekvensstyrning, dynamisk dämpare och dämpande maskinfötter. / As a part of the Machine engineer-program at Karlstad University this dissertation has been in progress for 15 weeks. The principal is Scana Steel AB, a steelworks in Björneborg and the dissertation concerns one of their cranes. The task was to find sources to vibration and, if possible, eliminate the vibrations that the driver in the wheelhouse finds uncomfortable. To locate the source of the vibrations different analyses have been made with the help of SpectraPro and Vibshape, which are two softwares belonging to the measuring instrument Easy Viber. These two programs gave us the possibility to animate the movements of different components and they also gave us different spectra to analyze. The analyses show that the wheelhouse mainly vibrates in three different frequencies. These frequencies appear to be the same as the frequencies from the last cogwheel and the coupling. When determining the frequencies we have also taken some resonance phenomena into consideration. The methods how to avoid that the driver is uncomfortable due to the vibrations are numerous and require different sizes of operation. Some actions can, however, easily be tried without any bigger problems. Suggested actions are among others dynamic damper, frequency control and damping machine shoes.

I dagens samhälle krävs bra och billiga lösningar till det mesta. Detta gäller i högsta grad inom flygindustrin där komponenters tillverkningskostnad och vikt ska vara så liten som möjligt. Det går dock inte att uppfylla detta till kostnad av funktion eller tillförlitlighet. Ett sätt som ska tillgodose kriterierna är att använda svetsade delar istället för gjutgods. Detta har Volvo Aero i Trollhättan tagit fasta på och i syfte att effektivisera beräkningsgången för bland annat svetsar har avdelning 7162, Hållfasthet och Strukturdynamik, påbörjat ett projekt som ska ta fram ett underlag till detta. Bland annat har ett eget sprickpropageringsprogram för svetsar, VACWELD, skrivits och används som en del av beräkningsprocessen. På uppdrag av Volvo Aero i Trollhättan har examensarbete med syfte att verifiera VACWELD genomförts. Verifieringen visar att VACWELD beräknar på ett tillfredställande sätt där livslängden erhålls med god noggrannhet. Resultatet pekar också på att en mer noggrann modell ger bättre resultat medan en uppdelning av spänningsgradienten, i böj- och membranspänning, inte har någon större betydelse. / In today’s society there is always a demand for better and less expensive solutions. This is especially true in the aircraft industry, where costs of producing a component and the weight of it have to be as small as possible. However, this can not be done by reducing performance or credibility. One way of dealing with the problem is to use welded components instead of casting components. Volvo Aero in Trollhättan has started using welded components. In order to make calculations for welded components more effective, a crack propagation program, VACWELD, has been developed. The purpose of this thesis work is to find out if the calculations done in VACWELD are acceptable in comparison to other programs the company uses. The verification demonstrates that VACWELD performs the calculations in a satisfying and reliable way. Furthermore, the results confirm that a detailed model gives better results. However, they also prove that a stress gradient division does not give an improvement in the case studied, which is in contrast to what was believed.

<p>Constrained optimization is used to derive human postures and movements. In the first study a static 3D model with 30 muscle groups is used to analyse postures. The activation levels of these muscles are minimized in order to represent the individual's choice of posture. Subject specific data in terms of anthropometry, strength and orthopedic aids serve as input. The aim is to study effects from orthopedic treatment and altered abilities of the subject. Initial validation shows qualitative agreement of posture strategies but further details about passive stiffness and anthropometry are needed, especially to predict pelvis orientation. In the second application, the athletic long jump, a problem formulation is developed to find optimal movements of a multibody system when subjected to contact. The model was based on rigid links, joint actuators and a wobbling mass. The contact to the ground was modelled as a spring-damper system with tuned properties. The movement in the degrees of freedom representing physical joints was described over contact time through two fifth-order polynomials, with a variable transition time, while the motion in the degrees of freedom of contact and wobbling mass was integrated forwards in time, as a consequence. Muscle activation variables were then optimized in order to maximize ballistic flight distance. The optimization determined contact time, end configuration, activation and interaction with the ground from an initial configuration. The results from optimization show a reasonable agreement with experimentally recorded jumps, but individual recordings and measurements are needed for more precise conclusions.</p><p> </p>

<p>Saab Aerosystems has a long tradition and a lot of competence in the field of flight simulation. Their ambition to broaden the market horizon has led to a discussion about also selling vehicle simulation solutions, both for military and civilian use.</p><p>The aim of this thesis is to investigate the driver’s experiences of the accelerations he or she is exposed to whilst driving in rough terrain. The results may be used as a basis for future decisions and can act as a platform for the construction of an effective simulation model.</p><p>To investigate the driver’s exposure of acceleration, some kind of dynamic simulation is needed. A terrain track with both small and large obstacles where constructed. A model of a military vehicle and a civil truck where also constructed with consideration given to the original vehicles’ features. The simulation of the ride along the track was then initiated, which resulted in plots for several parameters, such as acceleration and angular acceleration for the driver relative to the track. The work was focused on the vital properties of the vehicle, such as vehicle length, position of mass centre and wheel size.</p><p>The simulations led to some conclusions concerning vehicle properties. Boogie type suspension and lever arm type suspension, vertical distance to mass centre, driver’s position, vehicle length, spring and damper for the cab and number of wheels all turned out to be vital constituents to the driver’s experience. On the other hand, properties such as coefficient of restitution and wheel size turned out to have no significant impact.</p><p>One more conclusion of the work is that CAD software works well for dynamic simulations such as the ones described in this report. It was also apparent that a quite realistic simulation could be achieved with a fairly simple vehicle model. Furthermore, it is essential to get certain parameters such as the vehicle’s length and other major construction differences realistic, otherwise all fine tuning of the vehicle model will be pointless.</p> / <p>Saab Aerosystems har en lång tradition och stor kompetens inom flygsimulering. Strävan efter ett större marknadsområde har gjort att Saab även börjat undersöka möjligheterna att sälja tjänster inom fordonssimulering för både civilt och militärt bruk.</p><p>Examensarbetet syftar till att undersöka en fordonsförares upplevelser av de accelerationer som förekommer under körning i terräng. Resultatet är tänkt att användas som beslutsunderlag och grund för att bygga upp en effektiv simuleringsmodell för bl.a. terränggående fordon.</p><p>För att undersöka accelerationerna som föraren utsätts för krävs någon form av dynamiksimulering. För ändamålet har CAD-programvaran Pro Engineer Wildfire valts. En terrängbana i form av små och stora hinder samt två fordonstyper, ett stridsfordon och en lastbil konstruerades, med verkliga förebilder som utgångspunkt. Simuleringar av fordonets färd längs terrängbanan genomfördes. Varje försök genererade grafer för en mängd olika mätvärden, såsom accelerationer och vinkelaccelerationer för föraren relativt banan. Fokus har legat på att undersöka centrala egenskaper hos fordonet såsom längd, masscentrums läge, däckstorlek m.m. och hur dessa påverkar förarens upplevelse.</p><p>Efter utförda simuleringar stod det klart att de egenskaper hos fordonet som är vitala för förarens upplevelser är boogie- och länkarmsupphängning av hjul, masscentrums läge, förarens position, fordonets axelavstånd, hyttens dämpning och fjädring samt hjulantal. Mindre relevanta för förarens upplevelse är egenskaper såsom stöttal mellan däck och mark samt däckdiameter.</p><p>Av arbetet framgick även att ett CAD-verktyg med dynamikmodul fungerar mycket väl för dynamiksimuleringar av den karaktär som behandlas i examensarbetet. Det går även att konstatera att relativt verklighetsnära fordonsbeteende går att åstadkomma utan speciellt detaljerad modell av fordonet. Det framgick också att det är av stor vikt att se till att övergripande parametrar såsom fordonets längd och principiella konstruktion överensstämmer med verkligheten. Stämmer inte detta blir alla finjusteringar av fordonsmodellen överflödiga.</p>

<p>A common technique to evaluate load paths in complex structures is to perform FE-calculations with relative large elements. This procedure gives no information regarding stress concentrations at e.g. holes or radius but this phenomenon can later on be investigated in details with local individual submodels. Displacements is taken from the global model and used to analyse stress concentrations and crack driving parameters in the submodel.</p><p>Today, the crack controlling stress intensity factors are in general cases obtained from handbook solutions of elementary cases. This method requires engineering judgements in a conservative manner and one way to improve the solution is to model the crack in its correct surroundings in a local three-dimensional submodel.</p><p>This master thesis is focused on the development of an automated support for analysing three-dimensional cracks in submodels. The results from a global Nastran model can be imported to Trinitas and used for a more accurate stress and fatigue life analysis in a local model. Here a three-dimensional crack tip subdomain can be generated inside an eight point brick volume. The crack tip subdomain is specially designed and adjusted for accurate determination of stress intensity factors along the crack front. For example, all points are adjusted with respect to the brick volume and the crack size, triangular wedge elements are applied around the crack tip, the midpoints for these elements are moved to quarter points and the crack front is curved. The crack tip subdomain is validated against several reference cases and shows sufficiently good results with respect to the stress intensity factor.</p><p>Finally, the automated crack tip subdomain generation is applied to a geometrically complex part of a main wing carry-through bulkhead of a fighter aircraft in order to show the applicability of the procedure in an industrial environment.</p>

The general trend toward increased use of computer models and simulations during product development calls for accurate and reliable product models. The function of many products relies on contact interfaces between interacting components. Simulating the behavior of such products requires accurate models of both components and interfaces. Depending on the purpose of the simulation, interface models of different degrees of detail are needed. In simulating very large systems with many interfaces, it might be computationally expensive to integrate detailed models of each individual interface. Condensed models, or abstractions, that describe the interface properties with the fewest degrees of freedom are therefore required. This thesis deals with the modeling and simulation of mechanical interfaces in a systems context. The five appended papers discuss the issue from both the simulation and tribological points of view. The aim is to study how friction and wear can be modeled in the behavioral simulation of technical systems and to discuss the convenience and applicability of using different types of models as building blocks of a system model in simulations. Paper A reviews existing friction models of sliding contacts under different running conditions. Paper B uses a simplified contact model, the elastic foundation model, to model friction in a boundary-lubricated rolling and sliding contact. The model is integrated into a dynamic rigid body model of a mechanical system, and the system behavior is simulated. Paper C discusses the application of the elastic foundation model to rough surface contact problems and investigates how the error in its results depends on surface roughness. Papers D and E address how the wear of the contact surfaces at the pad-to-rotor interface in a passenger car disc brake can be simulated using finite element analysis (FEA). / QC 20100811

The mechanics of paper is a difficult subject because paper is a unique material. It is very thin, flexible at bending, unstable in compression and stiff at tension. Dealing with paper we have to account for orthotropy and heterogeneities created during the manufacturing process. This thesis addresses two topics in mechanics of paper webs in printing press applications. First is the dynamic behaviour of the travelling webs. Second is so-called “fluting” after heat-set web-fed offset printing. There are a number of challenges in simulating the dynamics of the paper web. It is necessary to include the influence of the paper web transport velocity. Due to initial sag or vibrations, gyroscopic forces affect the dynamics of the webs. Furthermore, the transport velocity reduces the stress stiffening of the web. A good theoretical model should account for large displacements and should be capable of simulating wrinkles, which is essentially a post-buckling phenomenon. Finally, the paper web is surrounded with air which reduces the natural frequencies substantially by “adding" mass to the paper. A non-linear finite element formulation has been developed in this study for simulation of travelling webs. The results of the studies shows that for the tension magnitudes used in the printing industry the critical web speed lies far above those used today. Speed limitations are rather caused by ink setting and tension control problems. If the web tension profile is skew, however, edge vibrations are inevitable even at small external excitations. Fluting is a permanent wavy distortion of the paper web after heat-set web offset printing. It is often seen in high quality printing products, especially in areas covered with ink. It is generally accepted that tension and heat are required to create fluting. However, there have been certain disputes as to the mechanism of fluting formation, retention and key factors affecting this phenomenon. Most of the existing studies related to fluting are based on linear buckling theories. A finite element model, capable of simulating a post-buckling behaviour has been developed and experimentally verified. Studies show that none of the existing theories can consistently explain fluting. A new basic mechanism of fluting formation has been proposed and numerically demonstrated. Fluting was explained as a post-buckling phenomenon due to small scale moisture variations developing during through-air drying. It was concluded that air permeability variation is the key factor affecting fluting tendency. Fluting is retained due to inelastic deformations promoted by high drying temperatures. / QC 20100906

Water is vital for all life on earth. But it can also be dangerous, even fatal, if it is polluted water. 60 percent of child mortality can directly be deduced to dirty water. Not only developing countries are affected, even in the western world epidemics are breaking out by partake or bathing in dirty/polluted water. MIP, Molecularly Imprinted Polymers, is a biosensor technology that can provide faster and more reliable response than the current methods of water analysis. It is also cheaper and due to that more samples can be taken and analyzed. These three variables can reduce the number of patients due to polluted water are detected faster and appoint of necessary measures can be done faster. This project searches for the design of an automated sample tool based on MIP techniques. The Concepts must express innovation, high quality and clarity. The instrument should be used both in laboratory and in the field. The project has resulted in one concept. The concept is based on the one construction of internal components that is as low height as possible (20 centimeters) and is slightly wider than its depth (40 vs. 30 centimeters). MIP-and NIP containers are located by one of the short side and the battery is near the edge of the front side. The placement is designed to facilitate the loading and exchange. The concept answers against all of the demands and two of three wishes.  Also the concept is designed after the further user. The further user has also been involved during the process of the concept design. The development of the concept start with the questions from the brainstorming “What will the user feel when they lay their eyes of the product/instrument and uses is?” The ides and thoughts were to ides sketches. They also used in the evaluation of the same sketches. The most exalting ides develop in to three concepts, and in evaluations, with help from further user, with kansei and discussions. The evaluation showed that one of the concepts was adaptable for further development. The concept is smooth and has areas for hold. The user is self looking and searching for the optimal hold. The instrument has none parts that extend from the body and can damage the user. The instruments components that the user need to exchange is placed in a box that by automatic shouts out. The aces to this I controlled by a touch screen. One the touch screen is a hand scanner that is used to lock and unlock the instrument. With a window the process of the analyses is showed. That rice the reliability, lift the functions, give a high-tech and a hero feeling and are fun for the users. / Vatten är en livsviktig faktor för allt liv på jorden. Men kan också vara farligt, rent livsfarligt, om det är förorenat. Hela 60 procent av barndödligheten jan direkt härledas till smutsigt vatten. Inte bara u-länder är drabbad, även i västvärlden bryter epidemier ut på grund av intag eller badande i smutsigt/förorenat vatten. MIP, Molecularly Imprinted Polymers, är en biosensorteknik som kan ge snabbare och mer tillförlitligare svar på vattenprover än dagens analysmetoder. Det är även billigare och därmed kan fler prov tas och analyseras, det vill säga med större frekvens. Genom dessa tre variabler kan antalet insjuknade minska till följd av att föroreningar upptäcks snabbare och nödvändiga åtgärder sätts in tidigare. Detta projekt söker efter formgivningen på ett automatiskt testinstrument baserat på MIP-tekninken. Konceptförslagen förmedla ska förmedla innovation, hög kvalité och tydlighet. De skall kunna användas i laborationsmiljö samt ute i fält. Projektet har resulterat i ett konceptförslag på den yttre formgivningen av testinstrument för vattendetektion baserad på MIP. Koncepten bygger på en uppbyggnad av inre komponenter som har så låg höjd som möjligt (20 centimeter) och är något bredare än dess djup (40 vs 30 centimeter). MIP- och NIP behållarna är placerade intill ena kortsidan och batteriet finns intill kanten på främre långsidan. Placeringen är gjord för att underlätta påfyllning och utbyte. Det slutkoncept som presenteras svarar mot alla de uppställda kraven och två av tre önskemål. Det är utformat utefter dess tilltänkta användare. Dessa har även varit med i konceptframtagningen. Slutkonceptet härstammar utefter idégeneringens utgångspunkt ”Vad är det slutanvändaren vill uppleva när de ser och använder produkten/instrumentet?”. Med de tankar som framkom togs idéskisser fram och utvärderades mot de samma. De mest intressanta idéerna utvecklades till tre olika koncept. Dessa utvärderades med hjälp av tilltänkta användare mot de framtagna kanseiorden samt diskussioner. Konceptvalet visade att ett koncept var överlägsets mest lämpat för vidareutveckling. Slutkonceptet är smidigt koncept med greppytor utformade för bästa kortvarande grepp. Användaren kan själv söka upp ett individuellt optimalt grepp. Instrumentet har inga utstående delar som kan skada användaren. De inre komponenterna som behövs för påfyllning av MIP- och NIPbuffertlösningarna, batteri med mera finns i en låda som skjuts ut automatiskt på ena kortsidan. Åtkomsten till dessa styrs via en pekskärm. Själva upplåsningen styrs av en handscanner på pekskärmen. Detta ökar känslan av högteknologi och ”hjältekänslan”. Ett halvtransparant ”fönster” medför att själva analysen av testen kan övervakas/studeras, vilket medför ökad tillförlitlighet, lyfter fram funktionerna, ger högteknologikänsla och är roligt för användarna / Konceptframtagning, testinstrument, vattendetektion, MIP, Molculary Imprinted Polymers, Vatten, Vattenrening, Design, Industridesign,Vattenföroreningar, Smutsigt vatten, Biosensorteknik, IMEGO,NIP