The structural behaviour of pavement structures is known to be affected by the traffic-related loading and by the ambient factors to which the structure is subjected. A new mechanistic-empirical (M-E) pavement design method is under development in Sweden with the main purpose to adequately predict pavement structural response and performance. An M-E design method for a flexible pavement means application of the principles of engineering mechanics to evaluate the response of pavement structure to traffic loading and much improved design methods to carry out distress prediction or how performance changes with time. This would ensure a fundamental understanding of how the pavement structure responds to a certain action or loading conditions.  The mechanistic-empirical approach is more flexible as it is able to adapt to new situations such as new pavement materials and loading situations. It is important to take into account the real loading and climatic conditions and predict the resulting changes in material properties and structural behaviour at the time of loading as well as in the long-term. New models are therefore required for the further development of pavement design method, and it needs to be validated through reliable data obtained through realistic measurements. In this licentiate thesis, the effects of the environmental factors and loading by heavy vehicles in pavements are investigated. The results of the study are based on environmental data from multiple locations in Sweden and on measurements from two instrumented road sections located near the village of Långträsk in the northern part of Sweden. Both roads consist of thin flexible pavements, the behaviour of which is highly dependent on the variation of the temperature of the asphalt layer, the moisture content in the unbound granular layers, and frost depth conditions. The licentiate report consists of three scientific publications.  Paper 1 presents a country-specific case study in which the frost penetration depth in various Swedish roads is predicted by a statistically derived empirical model that uses the air freezing index calculated from the air temperature as an input. The model correlation is based on meteorological data from 44 meteorological stations and pavement cross-sectional temperature distribution data from 49 road weather information system (RWIS) stations over all five climatic zones throughout all of Sweden. Paper 2 focuses on the response of an instrumented test section subjected to loading by falling weight deflectometer (FWD) and heavy vehicles. The mechanical response instrumentation consisted of asphalt strain gauges (ASG), strain measuring units (εMU), and soil pressure cells (SPC) installed at different locations in the structure. The layer stiffness values were obtained via backcalculation based on the FWD surface deflections bowls. The recorded values of the mechanical response were compared against calculated values by multilayer elastic theory (MLET) based software. Three different heavy vehicles weighing from ~64 tons to ~74 tons were compared in terms of damage caused to the pavement structure. It was found that if the number of axles was increased and dual tyres were used, longer heavier vehicles were not more destructive to the pavement structure than shorter vehicles with fewer axles and higher axial load and tyre pressure. In paper 3, the effect of the seasonal variation of the environmental factors on the behaviour of an instrumented road test section was investigated. The same loading configuration described in paper 2 was used on four different measurement campaigns in different seasons over the span of 1 year. The environmental variables were monitored throughout the year by asphalt thermocouples, a frost rod, and time-domain reflectometer (TDR) probes. The mechanical response sensors and the environmental sensors were found to be a reliable data collection method throughout the entire year. By comparing the recorded response values to the MLET calculated values, it was shown that it is possible to model the mechanical behaviour of pavement structures using linear-elastic MLET if the temperature variations in the asphalt layer and the moisture variations in the granular layers are taken into account. / Utvecklingen av det strukturella tillståndet av vägbyggnader är beroende av trafikmängd samt vägkonstruktionens omgivningsfaktorer. En mekanistisk-empiriskdimensioneringsmetod för vägkonstruktioner är under utveckling i Sverige med huvudsyftet att på realistiskt sätt kunna förutsäga vägens respons och tillståndsutveckling. En M-E dimensionering betyder att man applicerar mekanistiska grundprinciper för att bestämma vägkonstruktionens respons under trafikbelastning och tillämpar sedan överföringsfunktioner för att förutsäga nedbrytningsförloppet. Att använda en mekanistiskt baserad metod innebär att man får en grundläggande förståelse av hur vägkonstruktionen svarar på en specifik påverkan eller belastning. Detta mera realistiska tillvägagångsätt ger dessutom ökad flexibilitet och gör att metoden kan appliceras vid nya belastningsfall eller under nya klimatförhållanden. Det blir därför möjligt att ta hänsyn till det riktiga belastningsfallet under de rätta klimatförhållandena. Detta gör att nyamodeller för vägkonstruktionens respons behövs och att dessa måste valideras för realistiska trafikbelastningsfall. I denna licentiatavhandling undersöks hur omgivningsvariabler och trafikbelastning från tunga lastbilar påverkar vägkonstruktioner. Resultat från denna studie bygger på omgivningsdata från ett stort antal mätstationer i Sverige och från mätningar från två instrumenterade vägsträckor nära byn Långträski Norrland. Båda vägkonstruktionerna består av tunna vägöverbyggnader och därför är responsen starkt beroende av beläggningstemperaturen och fuktinnehållet i vägbyggnadens obundna lager samt frostdjupet.Rapporten bygger på tre publikationer.Första artikeln presenterar hur frostdjup i svenska vägar kan förutsägas utifrån en statistisk modell som använder ett frostindex beräknat från lufttemperaturen. Modellen bygger på en anpassning av data från 44 meteorologiska väderstationer och 49 av Trafikverkets väderinformationsstationer distribuerade över alla fem klimatzoner i Sverige. Den andra artikeln fokuserar på responsmätningar från en instrumenterad vägtestplats där både fallvikt samt tunga lastbilar har använts för lastgenerering. Den vägtekniska instrumenteringen bestod av asfalttöjningsgivare (ASG), trycktöjningsgivare (MU), och jordtyckceller (SPC) installerade på olika djup. Styvhet av de olika lagren bakberäknades baserat på data från fallviktsmätningarna. De registrerade värdena från de vägtekniska givarna jämfördes med desom beräknades med hjälp av beräkningsverktyget ERAPave. Tre lastbilar med den totala tyngden mellan ~64 –~74 ton användes sedan för att jämföra deras relativa nedbrytningseffekt. Slutsatsen är att om antal axlar ökas med ökad tyngdoch om parmonterade däck användes är nedbrytningseffekten från 74 ton lastbil inte större än från en lättare lastbil med färre axlar. I artikel tre fokuseras det på effekten av hur klimatfaktorer påverkar vägkonstruktionens respons. Samma lastbilar som iden andra artikeln användes under fyra mätkampanjer vid olika tidpunkter på året. Omgivningsparametrarna registrerades i form av beläggningstemperatur och fukt i de obundna lagren samt frostdjupet. Vägens mekaniska respons beräknades genom att uppdatera styvhetsmodulerna utifrån beläggningens temperatur och de obundna lagrens med fuktkvoter och jämföra med de uppmätta responsvärdena. Beräkningsmetodiken visar sig ge bra överensstämmelse med det om uppmättes. / <p>QC 210303</p>

In the manufacturing process of mineral wool insulation plates, defects arise, such as unmelted base minerals and uncured binder which gets embedded within the plates. To be able to sort out these defective plates from a manufacturing line, a reliable quality assessment is needed. The aim is to find an ultrasonic non-destructive testing method that can identify the embedded defects. This was achieved through experiments on defective insulation plates using three different ultrasonic non-destructive testing methods that were of interest. These methods were higher harmonics, pulse-echo and through transmission. Of these three, the through transmission method showed the most promising results in finding the defects that were sought after. The through transmission method utilizes two aligned transducers, one acting as a transmitter and one as a receiver. When the defective area passes through the sound beam between the transducers the intensity of the beam drops, indicating that a defect is present. The weakened intensity is due to the signal attenuation, mainly caused by the higher density of the defects compared to the base material in the surrounding insulation plate. The method is well suited for being implemented in a production line since it’s a fast method and, therefore, suited for moving objects. More measurements are needed to establish a reliable reference value to consistently distinguish the defects from the surrounding plate. The method was only evaluated in a small scale experimental environment so further experiments on a larger scale are needed to mimic and evaluate the reliability in the real case scenario of the production lines. / I tillverkningsprocessen av isolerskivor i stenull uppstår inneboende defekter i isolerskivorna, dessa defekter består av osmälta basmineraler och ohärdat bindemedel. För att kunna sortera bort dessa skadade skivor från tillverkningslinjen behövs en pålitlig metod för kvalitetsbedömning. Avsikten med det här arbetet är att hitta en oförstörande provningsmetod baserad på ultraljud som kan identifiera de inneboende defekterna. Detta genomfördes genom experiment på defekta isolerskivor med tre olika oförstörande provningsmetoder baserade på ultraljud. Dessa metoderna var, higher harmonics, pitch-echo och through transmission. Through transmission visade lovande resultat i att identifiera de båda typerna av skador. Metoden är baserad på att en sändare sänder ut ultraljud till en mottagare placerad i linje med sändaren. När ett defekt område passerar ultraljudsvågen mellan sändaren och mottagaren försvagas intensiteten av signalen. Försvagningen av signalen beror mestadels på att densiteten är högre hos defekterna än hos basmaterialet i isolerskivan. Denna försvagning indikerar att en defekt befinner sig i mätområdet. Metoden är väl implementerbar i en tillverkningslinje, då det är en snabb metod vilket den behöver vara då objektet är i rörelse. Mer mätningar behövs för att fastställa ett pålitligt referensvärde för att konsekvent kunna sortera ut de defekta isolerskivorna. Metoden är endast utvärderad i en småskalig laborationsmiljö och det behövs fler tester i en större skala undersöka pålitligheten i det verkliga scenariot med tillverkningslinjen.

Polymer components are used in many different applications, including in industries where critical applications put high requirements regarding quality assessment. Such applications might include medical or food where the presence of discontinuities might induce bacterial growth or other unpleasantries, thus certain manufacturers must be able to maintain a zero-tolerance towards damaged components. This leads to the need for efficient testing methods of nondestructive nature capable of testing large quantities of components in a production line environment. The authors have been tasked by Acoustic Agree AB and Trelleborg AB, a world-leading producer of polymer engineered solutions, to find a nondestructive testing method capable of detecting discontinuities in thin polymer components in a production line environment. Implementation in production line environments puts requirements on test cycle time and a goal is to complete a test cycle within 3-4 seconds. Due to restrictions regarding available equipment and expertise, the focus has been put on applying nonlinear acoustic methods for nondestructive testing instead of more conventional methods. These methods utilize the nonlinear distortion of acoustic waves which causes certain characteristics to appear, such as the generation of Higher Harmonics (HH), frequency modulation (NWMS), resonance frequency shift (NRUS), and amplitude recovery (IDAR). Visual testing was used to discern visibly damaged samples from seemingly undamaged ones. The only methods which showed the possibility of discerning damaged thin polymer components were NRUS and IDAR. Only the latter has the capability to maintain the prescribed test cycle time. Nonlinear acoustic methods seem to be capable of detecting discontinuities in thin polymer components within the given time frame. More work is required to properly investigate the performance of NWMS and IDAR. The configuration used in this work was mainly focused on IDAR, resulting in specific calibration for NWMS was neglected. The sample population was also too low to collect sufficient data to ensure statistical certainty regarding the performance for either method. / Polymerkomponenter används i många olika tillämpningar, i synnerhet i industrier där kritiska tillämpningar ställer höga krav på kvalitetsbedömning. Sådana tillämpningar kan finnas inom medicinska- eller livsmedelsindustrier där förekomsten av diskontinuiteter kan inducera bakterietillväxt eller andra obehagliga egenskaper, därför måste vissa tillverkare upprätta nolltolerans mot skadade komponenter. Detta leder till behovet av effektiva provningsmetoder av oförstörande natur som kan utvärdera stora mängder komponenter i en produktionslinjemiljö. Författarna har fått uppdrag av Acoustic Agree AB och Trelleborg AB, en världsledande producent av polymertekniska lösningar, för att finna en oförstörande provningsmetod som kan detektera diskontinuiteter i tunna polymerkomponenter i en produktionslinjemiljö. Implementering i produktionslinjemiljöer ställer krav på testcykeltid och ett mål är att kunna slutföra en testcykel inom 3-4 sekunder. Begränsningen av tillgänglig utrustning och expertis har lett till att författarna har fokuserat på att tillämpa olinjära akustiska metoder för oförstörande provning istället för mer konventionella metoder. Dessa metoder utnyttjar olinjär distortion av akustiska vågor vilket medför att vissa egenskaper uppträder, såsom generering av övertoner (HH), frekvensmodulering (NWMS), resonansfrekvensskift (NRUS) och amplitudåtergång (IDAR). Visuell provning användes för att skildra synligt skadade prover från till synes oskadade. De enda metoder som visade möjligheten att urskilja skadade tunna polymerkomponenter var NRUS och IDAR. Endast den sistnämnda har förmågan att utföra provning inom den föreskrivna provcykeltiden. Olinjära akustiska metoder verkar kunna detektera diskontinuiteter i tunna polymerkomponenter inom den givna tidsramen. Mer arbete krävs för att korrekt utvärdera prestandan av NWMS och IDAR. Konfigurationen som användes i detta arbete var huvudsakligen inriktad på IDAR, vilket resulterade i att specifik kalibrering för NWMS ej utförts. Provpopulationen var även för låg för att kunna samla in tillräckligt med data för att uppnå statistisk säkerhet angående metodernas prestanda.

En jämförelse av Abetongs beräkningsunderlag och statistik från tryckprov visar att sliprarna klarar mycket mer belastning än vad beräkningarna visar. I den här studien har en utvärdering av använda beräkningsmetoder gjorts, samt en jämförelse mellan olika dimensioneringsprinciper för att komma så nära resultaten vid tryckprov som möjligt. Beräkningar med förenklat tryckblock och idealiserad-rektangulär parabolisk arbetskurva visade att det senare alternativet gav ett något högre värde på sliprarnas momentkapacitet, men förändringen förklarade inte varför den verkliga momentkapaciteten är så mycket högre än den framräknade. Den faktor som enligt den här undersökningen påverkar betongens tryckhållfasthet och i sin tur ger en större momentkapacitet än vad tidigare beräkningar visar är förhindrad tvärutvidgning. Studien visar att hänsyn till förhindrad tvärutvidgning bör tas med i beräkningar på betongsliprars hållfasthet. Detta medför att det finns utrymme att minska betongklass på Abetongs slipermodell A26 från C58/70 till C50/60. / A comparison of the calculation data from Abetong and statistics from pressure tests shows that the sleepers can handle more load than the calculations show. In this study, an evaluation of used calculation methods has been made and a comparison between different principles of dimensioning to get as close to the result from the pressure tests as possible. Calculations with rectangular stress distribution and idealized parabola-rectangle diagram showed that the second alternative gave a bit higher value on the sleeper bending moment capacity, but the difference did not explain why the real bending moment capacity is so much higher than the calculated one. According to this study confined concrete gave a larger capacity than the previous calculations. With regards to that effect the compressive strength of the concrete almost doubled, which together with an increased critical strain gave a bending moment capacity very close the one obtained from the pressure tests. This study concludes that the confined concrete effect should be considered when calculating the concrete strength. This also means that there is a possibility to reduce the concrete strength of Abetong’s sleeper model A26 from C58/70 to C50/60.

Induction hardening is a complex process that requires regular verification of the case depth and the microstructure. Today this verification is done by destructive testing where a cross section is analysed. The case depth is measured by several Vickers hardness impressions and the microstructure is analysed by a light optic microscope. This master thesis was performed in collaboration with Volvo GTO in Skövde, with the target to find out if an ultrasonic backscattering method is usable for analysing the case depths on induction hardened crankshafts. This was done by verifying the results provided by ultrasonic testing with the results provided by destructive testing. The measurements were done on several crankshafts with different case depths and steel composition. The result, for crankshafts with normal case depths, shows a good correlation between the destructive testing (DT) and the ultrasonic testing (UT). The mean value for the discrepancy was 0.39 mm with a standard deviation of 0.20 mm. The reproducibility of the method has a standard deviation of 0.074 mm.

The aerospace industry is constantly striving to becoming more economical and environmentally friendly. One of many efforts to achieve this is the Lightcam project which in this case is evaluating the use of additive manufacturing in the form of electron beam melting in conjunction with the nickel-based superalloy, Alloy 718. This combination is not fully explored and examined. For this purpose, a demonstrator vane was produced and it was subsequently evaluated in this thesis. The evaluation was performed in as-built condition and was divided in non-destructive testing, evaluation of these methods and metallographic review to confirm the results, and potentially revealing more properties. The non-destructive testing was performed using conventional radiography and computed tomography. Both methods struggled to deliver complete and reliable results, for varying reasons. Radiography could deliver results of the whole vane, but these were impossible to evaluate due to the rough surface created by the electron beam melting process. The computed tomography on the other hand was not affected by the rough surface and produced usable, though not complete, results of the vane. The reason for the computed tomography’s inability to deliver complete results was the material, varying thickness and complex geometry of the vane. As a complement and to verify the results from the non-destructive testing, a metallographic examination was conducted. These tests were conducted with the aim of answering the following three questions:  What non-destructive testing methods are suitable to evaluate Alloy 718 components manufactured with electron beam melting? - Neither radiography nor computed tomography are suitable as a sole evaluation method, for various reasons. All surface dependent methods were deemed unsuitable without testing due to the rough surface. What types of defects and in what quantity can they be found in the produced vane? - Defects found are: Porosity and lack of fusion, both found as internal and partially external and in varying sizes. Where are the defects located? - Pores are mainly found in the center of sections modeled to a 3mm thickness. Lack of fusion was found between build layers in all thicknesses. Apart from these results, hardness was found to vary depending on build height, increasing from the bottom towards the top. Microstructure was also found to vary with the build height, but always consisting of either equiaxed or columnar grains. / Lightcam

CE-märkta stålbalkar byggdes in i två konstruktioner innan det upptäcktes att det fanns porer i hattbalkarnas svets. Den defekta svetsen innebar att byggnadernas bärförmåga inte kunde garanteras. Kunskapen kring inbyggt stål stommaterial med defekt svets är liten. Det är dessutom svårt att reparera och undersöka stålbalkarnas svets när de är inbyggda i konstruktionen. Syftet med examensarbetet är att hitta förstärkningsmetoder och därmed främja kortare hanteringstid vid händelse av att defekta stålbalkar byggs in i en konstruktion. Metoden består av litteraturstudie och intervjuer. Först granskas litteratur för att förstå problematiken med defekt svets i stål stommaterial. Därefter utförs intervjuer med personer erfarna inom stål och byggteknik. Examensarbetets resultat är ett flertal förstärkningsmetoder för inbyggda stålbalkar med defekt svets. Några av förstärkningsmetoderna är möjliga att utföra med den kunskap som finns idag medan andra behöver undersökas och värderas innan de kan implementeras. Förstärkningsmetoderna som är möjliga att utföra med dagens kunskap är: att svetsa om balken från insidan eller att placera en balk/fackverksbalk under den befintliga balken. De metoder som behöver undersökas och värderas vidare är: skruvförband genom balken, efterspänna balken med vajrar eller GWS-stag och sedan fylla den med betong, föra in en balk inne i balken och fylla balken med betong och att kolfiberförstärka svetsen. Slutsatsen är att den här studien kan ligga till grund för framtagning av åtgärder för inbyggda stålbalkar med defekt svets med mål att uppnå den dimensionerade hållfastheten och en lösning som är tidseffektiv, kostnadseffektiv och har låg klimatpåverkan. / Before the discovery of pores in the weld, CE-certified steel beams were embedded in two constructions. Since the weld was defective, the carrying capacity of the two buildings was questioned. There is a lack of knowledge about embedded steel beams with a damaged weld. It is difficult to repair and analyze the weld when the beams are embedded in the construction. The aim of the study is to find reinforcement methods for steel beams. The expectation is to shorten time in the production in case that defective steel beams are detected in the construction. The method consists of a literature study complemented by interviews. Literature is examined to understand the problem of defective welding in the steel framework. Subsequently, interviews are conducted with professionals within steel and building technology. The result of the report is multiple reinforcement methods for embedded steel beams with a defective weld. Some of the methods are possible to implement with the knowledge available today. Other methods need to be examined and assessed before executed. The reinforcement methods that are possible to perform are: weld the beam from the inside or place a beam underneath the existing beam. The methods that need further analysis are: drill a screw joint through the beam, strain the beam with steel-wires and fill the inside with concrete, place a beam inside the existing beam and fill the inside with concrete and last to reinforce the weld with carbon fibers. The conclusion is that this study can be used when reinforcement methods are needed for embedded steel beams with a defective weld. The objective with these methods is to restore the load-bearing capacity as well as finding a solution that is time efficient, economic and has low climatic influence.

As the world transitions to intermittent renewable energy sources like solar and wind, the need for long-duration energy storage technologies is becoming more and more prominent. In this regard, flow batteries are seen as a promising solution, owing to their inherent advantages like decoupling of power and energy, extremely high cycle life and negligible self-discharge. However, there are multiple engineering challenges to overcome before the widespread application of flow batteries.   This study, carried out at a leading manufacturer of vanadium-based flow batteries, VoltStorage GmbH, addresses one of those challenges related to the hydraulic sealing of the endplate assembly of the battery. The endplate assembly is prone to losing its structural integrity over the continuous operation, thus failing to achieve its intended purpose of hydraulic sealing. Additionally, it is susceptible to enhanced contact resistance during operation, thus harming the battery performance. Therefore, the primary objective of this study was to develop a modular test rig that could evaluate the endplate assembly's performance in an accelerated manner but without using electrolytes to eliminate the complications of dealing with the sulfuric acid solution (i.e. electrolyte). So, air was chosen as the working fluid to offer clean and highly repeatable testing.   The study began with a literature review of the flow batteries. It was found that the literature concerning the engineering aspects of a flow battery was limited. Therefore, it was followed by an in-depth analysis of the stack design of VoltStorage and the engineering challenges linked to the endplate assembly. Importantly, the root cause of the problem of hydraulic sealing was identified, which was the pressure cycling of the monopole. After that, the test rig was designed and developed based on the understanding of the engineering challenge and to realize the objective of a modular design. The design modularity was desirable to test multiple assemblies simultaneously without increasing the floor footprint. Three parameters were chosen to characterize the assembly: monopole deflection, internal resistance and air leak rate. Due to the system's complexity, experiments to monitor these parameters were divided into two phases, i.e., rig qualification and full-scale testing. The first phase aimed to characterize their baseline behaviour and evaluate the rig's robustness; the next phase aimed at monitoring their behaviour evolution with continuous operation.   The monopole deflection measurements during the first phase indicated a maximum deflection of 0.3 mm. The air-electrolyte equivalence was also established by making the deflection behaviour similar during air and electrolyte operation. Much higher pressure had to be applied with air (~1.6 bar gauge) than water (~0.8 bar gauge) to achieve this equivalence. Moreover, the internal resistance and air leak rate measurements conducted during the first phase provided baseline values (6.341 ± 0.731 mΩ and 1.241 ± 0.091 Pa∙l/s, respectively, with a 95% confidence level) against which any change during continuous operation could be differentiated. However, the full-scale testing could not be performed due to the global supply chain disruptions and the limited time frame of the project. Nevertheless, a vital objective of the design, to modularize the rig so that it could be scaled up quickly and test multiple assemblies simultaneously to facilitate the rapid prototyping of different designs, was realized in the project.   Flow batteries are a promising technology for long-duration energy storage, although there are some challenges to overcome. In addition, to be defined as a truly sustainable solution, the problems linked with vanadium mining and the high capital costs of the system have to be eliminated. With the rapidly expanding development and deployment of these systems, it is expected that they will be an essential part of our future grids.   To conclude, in this project, a testing system was developed which could perform a dry mechanical and electrical integrity check of the endplate assembly of a flow battery in an accelerated manner. The system could prove to be vital in enhancing the reliability of stack-based systems and hence foster their widespread applicability. The future work that can benefit this system is assembling the set of 5 short stacks and performing a continuous operation to monitor the behaviour evolution of the stacks. This step would help assess the testing system's shortcomings and subsequently make the required modifications. / I takt med att världen övergår till intermittenta förnybara energikällor som sol- och vindkraft blir behovet av teknik för energilagring med lång varaktighet alltmer framträdande. Flödesbatterier ses i detta avseende som en lovande lösning på grund av deras inneboende fördelar, t.ex. frikoppling av kraft och energi, extremt lång livslängd och försumbar självurladdning. Det finns dock flera tekniska utmaningar som måste övervinnas innan flödesbatterier kan användas på bred front.  Den här studien, som utfördes hos VoltStorage GmbH, en ledande tillverkare av vanadiumbaserade flödesbatterier, tar upp en av dessa utmaningar som rör den hydrauliska tätningen av batteriets ändplatta. Ändtplattan är benägen att förlora sin strukturella integritet under kontinuerlig drift, vilket innebär att den inte uppnår sitt avsedda syfte, nämligen hydraulisk tätning. Dessutom är den känslig för ökat kontaktmotstånd under drift, vilket skadar batteriets prestanda. Det primära målet med denna studie var därför att utveckla en modulär testrigg som kan utvärdera ändplattans prestanda på ett påskyndat sätt, men utan att använda elektrolyter för att eliminera komplikationerna med att hantera svavelsyralösningen (dvs. elektrolyten). Därför valdes luft som arbetsvätska för att erbjuda rena och mycket repeterbara tester.   Studien inleddes med en litteraturgenomgång av flödesbatterier. Det konstaterades att litteraturen om de tekniska aspekterna av ett flödesbatteri var begränsad. Därför följdes den av en djupgående analys av VoltStorages stapelkonstruktion och de tekniska utmaningarna i samband med ändplattans montering. Det var viktigt att identifiera grundorsaken till problemet med hydraulisk tätning, vilket var tryckcykling av monopolen. Därefter utformades och utvecklades testriggen utifrån förståelsen av den tekniska utmaningen och för att förverkliga målet med en modulär konstruktion. Modulariteten i konstruktionen var önskvärd för att testa flera enheter samtidigt utan att öka golvytan. Tre parametrar valdes ut för att karakterisera enheten: monopolens avböjning, inre motstånd och luftläckagehastighet. På grund av systemets komplexitet delades experimenten för att övervaka dessa parametrar upp i två faser, dvs. kvalificering av riggen och provning i full skala. Den första fasen syftade till att karakterisera deras grundbeteende och utvärdera riggens robusthet, medan nästa fas syftade till att övervaka deras funktionella respons utveckling vid kontinuerlig drift.   Mätningarna av monopolens nedböjning under den första fasen visade på en maximal nedböjning på 0,3 mm. Likvärdigheten mellan luft och elektrolyt fastställdes också genom att utböjningsbeteendet var likartat under drift med luft och elektrolyt. Ett mycket högre tryck måste tillämpas med luft (~1,6 bar gauge) än med vatten (~0,8 bar gauge) för att uppnå denna likvärdighet. Dessutom gav de mätningar av det inre motståndet och luftläckaget som utfördes under den första fasen basvärden (6,341 ± 0,731 mΩ respektive 1,241 ± 0,091 Pa∙l/s, med en konfidensnivå på 95 %) mot vilka eventuella förändringar under kontinuerlig drift kunde särskiljas. Den fullskaliga testningen kunde dock inte genomföras på grund av störningar i den globala leveranskedjan och projektets begränsade tidsram. Ett viktigt mål med konstruktionen, att modularisera riggen så att den snabbt kan skalas upp och testa flera enheter samtidigt för att underlätta snabb prototypframställning av olika konstruktioner, förverkligades dock i projektet.  Flödesbatterier är en lovande teknik för energilagring under lång tid, även om det finns vissa utmaningar att övervinna. För att kunna definieras som en verkligt hållbar lösning måste dessutom de problem som är kopplade till vanadinbrytning och systemets höga kapitalkostnader undanröjas. Med den snabbt ökande utvecklingen och spridningen av dessa system förväntas de bli en viktig del av våra framtida nät.   Sammanfattningsvis utvecklades i detta projekt ett testsystem som kan utföra en torr mekanisk och elektrisk integritetskontroll av ändplattan i ett flödesbatteri på ett påskyndat sätt. Systemet kan visa sig vara avgörande för att öka tillförlitligheten hos stapelbaserade system och därmed främja deras utbredda användbarhet. Det framtida arbete som kan gynna detta system är att montera en uppsättning av fem korta staplar och utföra en kontinuerlig operation för att övervaka staplarnas funktionella responsutveckling. Detta steg skulle hjälpa till att bedöma testsystemets brister och därefter göra de ändringar som krävs.

Byggbranschens utsläpp av växthusgaser utgör en stor andel av Sveriges totala utsläpp. För att minska de byggrelaterade utsläppen är det på många fronter som byggbranschen behöver förändras och effektiviseras. De senaste åren har en succesiv ökning av byggandet i trä skett vilket är gynnsamt då trä alternativet är mer klimatvänligt än stål och betong. De tuffa klimatmålen vi nu står framför innebär dock att mer behöver göras än att endast öka andelen träbyggnader. Pappersmassaindustrin är lätt att bortse ifrån, då den hittills inte varit relevant för byggbranschen och för att återanvändning är relativt framträdande inom den branschen. Ifrån sågverken som sönderdelar trästockar till virke fraktas flis som blir över till pappersbruk. Av flisen görs sedan bland annat diverse pappförpackningar som går att återvinna. Problemet är att dessa förpackningar endast går att återvinna ett visst antal gånger innan fibrerna blir obrukbara och istället används som biobränsle. Om byggmaterial skulle gå att producera baserat på dessa fibrer, skulle detta innebära en mer långlivad användning av dem. Ett byggmaterial som uppfunnits, gjort på fibrer från pappersmassabruk är core-materialet ”Greenwood”. Eftersom materialet är nytt och egenskaperna till stor del är okända krävs det att diverse studier görs som undersöker materialets olika egenskaper som är relevanta för en eventuell tillämpning inom byggbranschen. Denna studie avser att undersöka skjuvstyvhet, böjstyvhet och bärförmåga hos sandwichelement uppbyggda av core-materialet Greenwood och ytskikt av papp. Detta genom att först  dynamiskt och statiskt testa de ingående materialens egenskaper, följt av böjprovning av nio sandwichbalkar med varierande tjocklek på ytskikten. Samtliga balkar testades även dynamiskt. Core-materialet Greenwood som ingick i sandwichelementen var endast den begränsande faktorn en gång av tio böjprov. När core-materialets skjuvstyvhet togs fram både dynamiskt och statiskt och när den omvandlades till en skjuvmodul visade det sig att Greenwood har en mer än dubbelt så stor styvhet som EPS-cellplast vid liknande densitet. Detta är intressant då denna cellplast ofta agerar som ett core-material i sandwichelement ute i byggbranschen. Testerna visar även på att balkarna har en relativt liten spridning vilket innebär att resultaten har god tillförlitlighet. Slutligen, kan det konstateras att dessa sandwichelement uppvisar sega egenskaper med en viss kvarvarande lastkapacitet även efter brott. Samtliga nämnda egenskaper ovan talar för en viss potential för tillämpning av dessa sandwichelement inom byggbranschen. Fortsatta studier av fukt- och krypegenskaper vid långtidsbelastning rekommenderas, vilket är viktigt för användning inom byggandet. De omfattande resultaten från föreliggande studie utgör dock ett bra underlag för fortsatta undersökningar och värdering av möjliga tillämpningar. / The construction industry`s greenhouse emissions, makes up for a large portion of Sweden’s total emissions. In order to reduce construction related emissions, a fair amount of fronts within the construction industry needs to be changed and streamlined. In the last couple of years, there has been a successive increase in the number of structures that are built from wood amongst other things, which is beneficial because the wood alternative is more climate friendly than steel and concrete. The current tough climate goals entails that more has to be done than just increasing the amount of wood constructions. The pulp industry is easy to write off because so far, it has not been relevant to the construction industry and because recycling is relatively prominent within that industry. From the sawmills that dismember wooden logs to lumber, leftover wood chips are transported to paper mills. Among other things, different cardboard packages that can be recycled are then made from those wood chips. The problem with these packages is that they can only be recycled a certain number of times before the fibers become unusable and instead, are used as biofuel. If building materials were to be able to be produced with these fibers, that would be a more long-lived use of them. A building material, recently invented, made of fiber from paper mills is the core-material “Greenwood”. Because the material is new and its properties for the most part are unknown, this requires that various studies are conducted that examines the different properties the material possesses that are relevant for a contingent enforcement within the construction industry. This study intends to examine the shear rigidity, flexural rigidity and maximum capacity for sandwich panels made from the core-material Greenwood and faces of paperboard. This was achieved by first dynamically and statically test the properties of the two different materials, followed by flexure testing nine sandwich beams with varying face thicknesses. Every beam was also tested dynamically. The core-material Greenwood which was a part of the sandwich panels, was only the limiting factor 1 time out of 10 flexure tests. When the shear rigidity of the core-material was calculated both statically and dynamically and when it was converted to a shear modulus it was shown that Greenwood has a rigidity of more than double that of EPS cellular plastic at similar density. This is interesting because this type of cellular plastic often acts as a core-material in sandwich structures found in the construction industry. The tests also show that the beams have a relatively small spread which means that the results have good reliability. Finally, it can be concluded that these  sandwich panels exhibit ductile properties with a certain lasting load capacity even after ultimate load has been reached. Every property mentioned above indicates that there is a certain potential for applicability of these sandwich panels within the construction industry. Continued studies of moisture properties and creep properties during long-term loading is recommended, which is important for a possible use within construction. The extensive results from this study constitutes a good basis for continued research and assessment of possible applications.

This thesis focuses on the effect of microstructural variation on the mechanical properties and deformation behavior of ductile iron. To research and determine these effects, two grades of ductile iron, (i) GJS-500-7 and (ii) high silicon GJS-500-14, were cast in a geometry containing several plates with different section thicknesses in order to produce microstructural variation. Microstructural investigations as well as tensile and hardness tests were performed on the casting plates. The results revealed higher ferrite fraction, graphite particle count, and yield strength in the high silicon GJS-500-14 grade compared to the GJS-500-7 grade. To study the relationship between the microstructural variation and tensile behavior on macroscale, tensile stress-strain response was characterized using the Ludwigson equation. The obtained tensile properties were modeled, based on the microstructural characteristics, using multiple linear regression and analysis of variance (ANOVA). The models showed that silicon content, graphite particle count, ferrite fraction, and fraction of porosity are the major contributing factors that influence tensile behavior. The models were entered into a casting process simulation software, and the simulated microstructure and tensile properties were validated using the experimental data. This enabled the opportunity to predict tensile properties of cast components with similar microstructural characteristics. To investigate deformation behavior on micro-scale, a method was developed to quantitatively measure strain in the microstructure, utilizing the digital image correlation (DIC) technique together with in-situ tensile testing. In this method, a pit-etching procedure was developed to generate a random speckle pattern, enabling DIC strain measurement to be conducted in the matrix and the area between the graphite particles. The method was validated by benchmarking the measured yield strength with the material’s standard yield strength. The microstructural deformation behavior under tensile loading was characterized. During elastic deformation, strain mapping revealed a heterogeneous strain distribution in the microstructure, as well as shear bands that formed between graphite particles. The crack was initiated at the stress ranges in which a kink occurred in the tensile curve, indicating the dissipation of energy during both plastic deformation and crack initiation. A large amount of strain localization was measured at the onset of the micro-cracks on the strain maps. The micro-cracks were initiated at local strain levels higher than 2%, suggesting a threshold level of strain required for micro-crack initiation. A continuum Finite Element (FE) model containing a physical length scale was developed to predict strain on the microstructure of ductile iron. The material parameters for this model were calculated by optimization, utilizing the Ramberg-Osgood equation. The predicted strain maps were compared to the strain maps measured by DIC, both qualitatively and quantitatively. To a large extent, the strain maps were in agreement, resulting in the validation of the model on micro-scale. In order to perform a micro-scale characterization of dynamic deformation behavior, local strain distribution on the microstructure was studied by performing in-situ cyclic tests using a scanning electron microscope (SEM). A novel method, based on the focused ion beam (FIB) milling, was developed to generate a speckle pattern on the microstructure of the ferritic ductile iron (GJS-500-14 grade) to enable quantitative DIC strain measurement to be performed. The results showed that the maximum strain concentration occurred in the vicinity of the micro-cracks, particularly ahead of the micro-crack tip. / Denna avhandling fokuserar på effekten av variationer i mikrostrukturen på mekaniska egenskaper och deformationsbeteende hos segjärn. För att undersöka dessa effekter, två olika sorter av segjärn, (i) GJS-500-7 och (ii) högkisellegerad GJS-500-14, gjutits till plattor av olika tjocklekar för att generera mikrostrukturvariationen. Mikrostrukturundersökning, samt drag- och hårdhetsprov gjordes på de gjutna plattorna. Resultaten visade att en högre ferritfraktion, grafitpartikelantal och sträckgräns i den högkisellegerade GJS-500-14-sorten jämfört med GJS-500-7. För att studera förhållandet mellan mikrostrukturell variation och spännings-töjningsbeteendet på makroskala, modellerades detta med hjälp av Ludwigson-ekvationen. De erhållna spännings-töjningsegenskaperna modellerades baserat på mikrostrukturell karaktäristika genom multipel linjärregression och variansanalys (ANOVA). Modellerna visade att kiselhalt, grafitpartikelantal, ferritfraktion och porfraktion var de viktigaste bidragande faktorerna. Modellerna implementerades i ett simuleringsprogram för gjutningsprocessen. Resultatet från simuleringen validerades med hjälp av experimentella data som inte ingick i underlaget för regressionsanalysen. Detta möjliggjorde att prediktera spännings-töjningsbeteendet och dess variation hos gjutna segjärns komponenter med liknande sammansättning och gjutna tjocklekar som användes i denna studie. För att kunna undersöka deformationsbeteendet på mikroskala utvecklades en metod för kvantitativ mätning av töjning i mikrostrukturen, genom DIC-tekniken (digital image correlation) tillsammans med in-situ dragprovning. I denna metod utvecklades en grop-etsningsprocess för att generera ett slumpvis prickmönster, vilket möjliggjorde DIC-töjningsmätning i matrisen och i området mellan grafitpartiklarna med tillräcklig upplösning. Metoden validerades genom benchmarking av den uppmätta sträckgränsen mot materialets makroskopiska sträckgräns mätt med konventionell dragprovning. Det mikrostrukturella deformationsbeteendet under dragbelastning karakteriserades. Under elastisk deformation avslöjade töjningsmönstret en heterogen töjningsfördelning i mikrostrukturen, och bildandet av skjuvband mellan grafitpartiklar. Sprickbildning initierades vid låg spänning och redan vid de spänningsnivåer som ligger vis ”knät” på dragprovningskurvan, vilket indikerar energidissipering genom både begynnande plastisk deformation och sprickbildning. Den lokala töjningen vis sprickinitiering skedde då den lokala töjningen översteg 2%, vilket indikerar att detta skulle kunna vara en tröskelnivå för den töjning som erfordras för initiering av mikro-sprickor. En kontinuum Finita Element (FE) modell utvecklades för att prediktera töjningen hos ett segjärn och dess fördelning i segjärns mikrostruktur. Materialparametrarna för denna modell optimerades genom att anpassa parametrarna i Ramberg-Osgood ekvationen. De predikterade töjningsfördelningarna jämfördes med de experimentell uppmätta töjningsmönstren uppmätta med DIC, både kvalitativt och kvantitativt. Töjningsmönstren överensstämde i stor utsträckning, vilket resulterade i att modellerna kunde anses vara validerade på mikronivå. För att kunna mäta töjningsmönster under dynamiska förlopp på mikronivå utvecklades en metod för att skapa prickmönster och att utföra in-situ CT provning i ett svepeletronmikroskop (SEM). Prickmönstret skapades genom avverkning med en fokuserad jonstråle (FIB), och provades på det ferritiska segjärnet (GJS-500-14 grad). Resultaten visade att maximal töjningskoncentration fanns i närheten av mikrosprickorna, framförallt framför sprickspetsen.