Detta examensarbete har gjorts på uppdrag av Sweco Industry AB i samarbete med Cambrex Karlskoga AB som en avslutning på Högskoleingenjörsprogrammet inom Maskinteknik. Syftet med arbetet har varit att förstå hur värmeutvidgning påverkar en konstruktion och vilken hänsyn ingenjören måste ta vid konstruktionen. Målet med projektet har varit att genomföra en spänningsanalys av ett förprojekteratångrörsystem och analysera/utvärdera resultaten mot gällande regler och standarder. Målet var också att utifrån resultatet av spänningsanalysen ta fram underlag för upphängningspunkter. Det var också önskvärt att ta fram ett lämpligt förslag på sekundärstöd för glidstöd anpassattill detta projekt. Utvärderingen fastslår att den maximala spänningen orsakad pga. expansion uppgår till 38 % under tillåten spänning. Precis enligt teorin uppstår den maximala spänningen i punkter därförskjutningarna på ett eller sätt förhindrats. Förskjutningarna ligger också inom tillåtnaintervall utan att komma i kontakt med omgivningen. Slutligen överstiger inte hellerstödlasterna de tillåtna gränserna varken vid statisk last och eller under drift. Framtagningen av lämpligt sekundärstöd började med ett antal koncept som sedan sålladesoch där de kvarvarande analyserades i en FEM-analys. Resultatet blev två sekundärstöd somklarade lasterna från rörsystemet. Det mest lämpliga förslaget var stödet med minst ingåendedelar, men fortfarande 34 % marginal mot tillåten spänning

Sammanfattning Examensarbetet behandlar analys och beräkning av ett modifierat cykelnav vilket är tänkt att sitta på en rullstol samt design och materialförslag för hjul. Utgångsläget var ett på marknaden idag vanligt förekommande cykelnav som bearbetats för att passa de krav en rullstolsanvändare ställer på produkten. T.ex. är frihjulsfunktionen hos cyklar ej önskvärd hos rullstolar och därför borttagen. Målet för uppdragsgivaren Gearwheel AB är att konstruera ett hjul där inget annat skiljer sig från dagens förutom växlarna. Känslan skall vara identisk med dagens hjul i fråga om greppringens geometri, glapp och vibrationer. Rullstolsnavet antogs vara överdimensionerat och analyser av respektive växlar modellerades och beräknades i ABAQUS. Detta för att hitta alternativa material och omkonstruktioner för att minimera vikten på navet, då detta är av stort intresse för företaget i säljsyfte. Navet innebär ovillkorligen en viktökning jämfört med oväxlade nav som endast består av en enkel axel. Beräkningarna visade dock att vridmomentet som påverkar växlarnas ingående delar inte skilde sig markant från cykelns, vilket innebar att hållfastheten på materialet inte kunde ändras nämnvärt. Detta begränsade materialvalet till liknande det rostfria stål som orginalnavet var konstruerat av och titan. Titan är dock en dyr och exklusiv metall som ansågs som mindre trolig som konstruktionsmaterial. Möjlighet för alternativa material fanns i navets ytterhölje då detta inte var lika kraftpåkänt som de inre rörliga delarna. Därför gjordes designförslag på hjulet som helhet enligt de vanligt förekommande produktutvecklingsmetoderna. / Abstract This master thesis considers the analysis and calculation of a modified bicycle hub, intended for a wheelchair, including design and material suggestions for the wheel. The initial hub was a common bicycle hub, which had been worked on to accommodate the demands of a wheelchair user. The bicycles function of free wheel is not desirable and therefore taken out of the construction. The goal of the principal Gearwheel AB is to design a wheel, where nothing else differs from the current, than the gearing system. The feel of the wheel should be identical to the current regarding the geometry, play and vibration of the grip ring. The gear wheel hub was assumed to be over dimensioned, and therefore analysis’s for each gear was modelled and calculated using ABAQUS. This was done for the purpose of finding alternative materials and reconstructions to minimize the weight of the hub. This was of great interest of the company for selling purposes. The hub is undoubtedly adding weight to the wheel compared to an ordinary wheel with just a single axle. The calculations however showed that the torque affecting the gear parts did not differ much from the bicycle, which meant that material’s strength could not be changed to a greater extent. This restricted the material choice to materials similar to the existing stainless steel or titanium. Titanium, however, is an expensive and exclusive material and the use of it was considered limited. The possibility of alternative materials was found in the cover of the hub, for the reason of lower strength demands than the inner parts of the hub. Therefore design suggestions were made for the entire wheel according to the common product development theories.

<p>Sammanfattning</p><p>Examensarbetet behandlar analys och beräkning av ett modifierat cykelnav vilket är tänkt att sitta på en rullstol samt design och materialförslag för hjul.</p><p>Utgångsläget var ett på marknaden idag vanligt förekommande cykelnav som bearbetats för att passa de krav en rullstolsanvändare ställer på produkten. T.ex. är frihjulsfunktionen hos cyklar ej önskvärd hos rullstolar och därför borttagen. Målet för uppdragsgivaren Gearwheel AB är att konstruera ett hjul där inget annat skiljer sig från dagens förutom växlarna. Känslan skall vara identisk med dagens hjul i fråga om greppringens geometri, glapp och vibrationer.</p><p>Rullstolsnavet antogs vara överdimensionerat och analyser av respektive växlar modellerades och beräknades i ABAQUS. Detta för att hitta alternativa material och omkonstruktioner för att minimera vikten på navet, då detta är av stort intresse för företaget i säljsyfte. Navet innebär ovillkorligen en viktökning jämfört med oväxlade nav som endast består av en enkel axel.</p><p>Beräkningarna visade dock att vridmomentet som påverkar växlarnas ingående delar inte skilde sig markant från cykelns, vilket innebar att hållfastheten på materialet inte kunde ändras nämnvärt. Detta begränsade materialvalet till liknande det rostfria stål som orginalnavet var konstruerat av och titan. Titan är dock en dyr och exklusiv metall som ansågs som mindre trolig som konstruktionsmaterial.</p><p>Möjlighet för alternativa material fanns i navets ytterhölje då detta inte var lika kraftpåkänt som de inre rörliga delarna. Därför gjordes designförslag på hjulet som helhet enligt de vanligt förekommande produktutvecklingsmetoderna.</p> / <p>Abstract</p><p>This master thesis considers the analysis and calculation of a modified bicycle hub, intended for a wheelchair, including design and material suggestions for the wheel.</p><p>The initial hub was a common bicycle hub, which had been worked on to accommodate the demands of a wheelchair user. The bicycles function of free wheel is not desirable and therefore taken out of the construction. The goal of the principal Gearwheel AB is to design a wheel, where nothing else differs from the current, than the gearing system. The feel of the wheel should be identical to the current regarding the geometry, play and vibration of the grip ring.</p><p>The gear wheel hub was assumed to be over dimensioned, and therefore analysis’s for each gear was modelled and calculated using ABAQUS. This was done for the purpose of finding alternative materials and reconstructions to minimize the weight of the hub. This was of great interest of the company for selling purposes. The hub is undoubtedly adding weight to the wheel compared to an ordinary wheel with just a single axle.</p><p>The calculations however showed that the torque affecting the gear parts did not differ much from the bicycle, which meant that material’s strength could not be changed to a greater extent. This restricted the material choice to materials similar to the existing stainless steel or titanium. Titanium, however, is an expensive and exclusive material and the use of it was considered limited.</p><p>The possibility of alternative materials was found in the cover of the hub, for the reason of lower strength demands than the inner parts of the hub. Therefore design suggestions were made for the entire wheel according to the common product development theories.</p>

Detta mastersarbete görs i samband med projekteringen av utbyggnaden av tunnelbanan mellan Akalla och Barkarby i Stockholm tillsammans med Tyréns AB. Utbyggnaden innefattar två nya stationer; Barkarby station och Barkarbystaden och däremellan ca 1500 m tunnel i berg. I projekteringen ingår geologiska och bergmekaniska undersökningar i området som ger underlag för modelleringar och beräkningar på tunnlarnas stabilitet. Det finns idag många olika metoder för att uppskatta parametrar som beskriver bergmassans mekaniska egenskaper. Bergmassans deformationsmodul och sprickors skjuvhållfasthet är viktiga parametrar som ingår i dagens modelleringsprogram för struktur och spänningsanalyser. Denna studie syftar till att jämföra olika empiriska och analytiska metoder för att uppskatta deformationsmodulen och skjuvhållfastheten för sprickor i den bergmassa som omger Barkarby station. Resultaten från de olika metoderna används som ingångsdata för struktur och spänningsanalyser. Deformationsmodulen för Barkarby station uppskattades utifrån utvalda indirekta och direkta metoder. Den indirekta metoden utgår ifrån empiriskt utvecklade ekvationer med variabler som baseras på resultat från karaktärisering av den aktuella bergmassan. Den direkta metoden utgår istället ifrån teoretiska beräkningar som baseras på resultat från enaxiella kompressionstester på bergprover som representerar det intakta berget och sprickorna i bergmassan. Vid beräkning av deformationsmodulen med de indirekta metoderna erhölls konstanta värden på deformationsmodulen. Vid beräkning av deformationsmodulen med den direkta metoden erhölls istället ett olinjärt samband mellan deformationsmodulen och spänningen. Resultaten från de indirekta och direkta metoderna användes sedan som ingångsdata för spänningsanalyser av Barkarby station. Spänningsanalysen påvisade märkbara skillnader mellan de olika modellerna. Enligt de linjärelastiska modellerna skapades dragspänningar av betydande storlek och utbredning i berget närmast tunnelväggarna. Avlastningen av berget här resulterar i en ökad risk för blockutfall. Enligt spänningsanalysen som är baserad på den bilinjärelastiska modellen skapas i jämförelse med den linjärelastiska modellen, lägre dragspänningar över ett betydligt mindre påverkat område vilket medför till en minskad risk för blockutfall. Vid uppskattning av sprickors skjuvhållfasthet användes olika metoder för bestämning av parametrarna: friktionsvinkeln som ingår i Mohr Coulombs brottkriterium, JRC, JCS och residualfriktionsvinkeln som ingår i Barton Bandis brottkriterium. Enligt strukturanalysen var skillnaderna mellan Mohr Coulombs och Barton Bandis modell obetydliga vid modelleringen utan primärspänningar. Skillnaderna mellan modellerna ökade vid modellering med primärspänningar. Detta kan förklaras med att den definierade brottlinjen för de två olika modellerna skiljer sig åt. Enligt Mohr Coulombs kriterium är brottlinjen linjär medan den enligt Barton Bandis kriterium är krökt. / This master thesis is written in connection with the planning of the extension of the subway between Akalla and Barkarby in Stockholm together with Tyréns AB. The extension includes two new stations; Barkarby Station and Barkarbystaden and in between about 1500 m tunnel in rock. The planning of the subway includes geological and rock engineering studies in the area that provide a basis for modeling and calculations on the tunnel stability. Today there are many different methods to estimate the parameters describing the mechanical properties of the rock mass. The deformation modulus of the rock mass and the shear strength of the fractures are important parameters that have to be defined in modeling programs for structural and stress analysis. This study aims to compare different empirical and analytical methods for estimating the deformation modulus and the shear strength of the fractures in the rock mass surrounding the Barkarby station. The results of the different methods are used as input data for structural and stress analysis. The deformation modulus was estimated from selected indirect and direct methods. The indirect method is based on empirical developed equations with variables that are based on results from the characterization of the rock mass. The direct method however is based on theoretical equations based on the results from uniaxial compression tests on rock samples representing the intact rock and the fractures of the rock mass. When calculating the deformation modulus with indirect methods constant values are obtained. When calculating the deformation modulus with the direct method a nonlinear relationship between the deformation modulus and the stress is obtained. The obtained results from the indirect and direct methods were used as input data in stress analysis on the Barkarby station excavation. The output from the stress analysis showed notable differences between the models. According to the linear elastic models tensile stresses of considerable size and distribution were created in the rock that lies closest to the tunnel walls. The unloading of the rock here results in an increased risk of wedge failure. According to the stress analysis for the bilinearelastic model lower tensile stresses distributed over a much smaller area were created which in comparison with the linear elastic models will reduce the risk of wedge failure. For the estimation of the shear strength of the fractures various methods were used for determining the parameters: the friction angle that is included in the Mohr Coulombs failure criterion and JRC, JCS and residualfriction angle which are included in the Barton Bandis failure criterion. According to the structural analysis the differences between the Mohr Coulomb and Barton Bandis model were insignificant when modeling without primary stresses.

The purpose of this thesis work is to evaluate how the physical behaviour of a pipe bend is affected by the pipe bending procedure. Effects such as initial ovalization, thinning, thickening and plastic hardening from the bending procedure are examined and the mechanical properties of pipe bends containing these effects are investigated. This has been evaluated by creating a detailed Finite Element model of a pipe that is being bent. Then the differences compared to a bent tube in a virgin state, so called Elbow elements and an analytical in-house program have been evaluated. The virgin state refers to a model of a pipe that is bent from the beginning, thus having a homogeneous thickness and not containing any plastic hardening. The Elbow element is a calculationally cheap element, specially developed for accurate calculations of pipe bends in an initially virgin state. The goal with the thesis work is to get a better picture of what happens to a pipe as it is being bent, how this affects the mechanical properties and to evaluate the possibility to develop an easy method for taking these effects into account when using the Elbow element. This report describes the layout of the work and how the detailed FE-model has been constructed. One step to being able to use the Elbow element with respect to changes in shape and plastic hardening from the manufacturing process has been presented, the differences are though considered being too big to be able to use the Elbow elements with enough confidence in the results. The problems that remain are presented and discussed and proposals for further work are presented.

<p>The purpose of this thesis work is to evaluate how the physical behaviour of a pipe bend is affected by the pipe bending procedure. Effects such as initial ovalization, thinning, thickening and plastic hardening from the bending procedure are examined and the mechanical properties of pipe bends containing these effects are investigated.</p><p>This has been evaluated by creating a detailed Finite Element model of a pipe that is being bent. Then the differences compared to a bent tube in a virgin state, so called Elbow elements and an analytical in-house program have been evaluated. The virgin state refers to a model of a pipe that is bent from the beginning, thus having a homogeneous thickness and not containing any plastic hardening. The Elbow element is a calculationally cheap element, specially developed for accurate calculations of pipe bends in an initially virgin state.</p><p>The goal with the thesis work is to get a better picture of what happens to a pipe as it is being bent, how this affects the mechanical properties and to evaluate the possibility to develop an easy method for taking these effects into account when using the Elbow element.</p><p>This report describes the layout of the work and how the detailed FE-model has been constructed. One step to being able to use the Elbow element with respect to changes in shape and plastic hardening from the manufacturing process has been presented, the differences are though considered being too big to be able to use the Elbow elements with enough confidence in the results. The problems that remain are presented and discussed and proposals for further work are presented.</p>

No description available.

When developing drivetrain cooling modules for commercial vehicles, the top priority is the strength of the products. The reason lays within the structural change that companies are undergoing where the warehouses are minimized and the companies are relying on the transportation of commercial vehicles. If a drivetrain cooling module would fail to maintain a targeted temperature range of the drivetrain, there is not long until the vehicle is forced to a stop. At worst, the downtime of commercial vehicles can cause companies to come to a halt as well. Therefore, developing verified FE simulation methods together with strength verification tests, are some of the core activities to ensure the strength of the cooling modules before implementation in vehicles. One of the methods that have not been sufficiently verified regards how to perform structural FEA on a crimp joint with a gasket. A crimp joint is established through a hemming process, where the aluminium header tabs are crimped over the polyamide tank, creating a watertight seal together with a gasket. The objective of this master’s thesis is to verify the existing simulation methods of the crimp joint and determine the margin of error with respect to strains. The objective of this thesis is also to develop a verified FE simulation method with a lower margin of error compared to the existing methods. The verification of the methods has been conducted through a comparison between numerical results and an experimental stress analysis, where the strain located on the header is measured with strain gauges in a pressure pulsation rig. The average margin of error found on the three existing methods of simulating the crimp joint was 39,7%, 13,4%, and 11,5% located on the outer bottom dimensioning radius of the crimp joint at a pressure of 100 kPa. However, the method used to determine the margin of error was found to be invalid, but the margin of error is only slightly affected by the verification method where the existing methods still are insufficiently representing the crimp joint. The method of determining the margin of error was then corrected for the development of the new method to represent the crimp joint in the FE model. The developed method in this thesis has an average margin of error of 6,9% at 100, 160, 220, and 260 kPa. / Vid utveckling av kylarmoduler för drivlinor som appliceras i kommersiella fordon, är högsta prioritet att säkerhetsställa hållfastheten hos produkterna. Anledningen ligger kring den strukturomvandling som företag genomgår där storleken på lagerlokaler minskar och företagen väljer att förlita sig på transporterna som utförs av kommersiella fordon istället. Ifall en kylarmodul inte skulle klara av att bibehålla ett bestämt temperaturintervall hos drivlinan så dröjer det inte länge förens fordonet tvingas att stanna. I värsta fall kan fordonets stillestånd påverka ett företag att tvingas stanna i väntan. Därför är utveckling av FE simuleringsmetoder tillsammans med utmattningstest, några av de kärnaktiviteter som utförs för att säkerhetsställa hållfastheten av kylarmodulerna innan de implementeras i fordon. En av de metoder som ännu inte blivit tillräckligt verifierat gäller hur man utför FEA på ett falsförband med packning. Falsförbandet skapas genom en falsningsprocess där ändplåten av aluminium falsas över polyamidtanken, vilket skapar ett vattentätt förband med hjälp av packningen. Omfattningen av detta examensarbete gäller att verifiera de existerande simuleringsmetoderna av falsförbandet och bestämma felmarginalen med avseende på töjningar. Omfattningen av examensarbetet innefattar även ett utvecklingsarbete av en ny FE simuleringsmetod med en lägre felmarginal jämfört med de existerande metoderna. Verifieringen av metoderna sker genom en jämförelse mellan de numeriska resultaten och en experimentell spänningsanalys där töjningen på ändplåten är uppmätt med hjälp av trådtöjningsgivare i en tryckpulsationsrigg. Den genomsnittliga felmarginalen av de tre existerande metoderna för att simulera falsförbandet var 37,9%, 13,4%, och 11,5% vid den nedre dimensionerande yttre radien på falsförbandet vid ett tryck på 100 kPa. Den använda metoden för att bestämma felmarginalen upptäcktes senare vara felaktig, men det resulterar endast i små förändringar av den bestämda felmarginalen, de existerande simuleringsmetoderna är fortfarande sedda som otillräckliga. Metoden för att bestämma felmarginalen korrigerades sedan inför utvecklandet av den nya FE simuleringsmetoden av falsförbandet. Den utvecklade metoden i detta examensarbete har en genomsnittlig felmarginal på 6,9% vid 100, 160, 220 och 260 kPa.