This thesis is an investigation into the feasibility of one-dimensional Light Detection and Ranging (LIDAR) sensors for tracking the position and motion of trains on railroad classification yards. Carefully monitoring railway traffic in these areas is important, in order to avoid accidents, optimise logistical operations and hence reduce delays. However, existing technologies for tracking trains on regular stretches of train-line, including Radio Frequency Identification (RFID) and Global Positioning System (GPS), have various drawbacks when applied to classification yards. As such, it is pertinent to investigate the extent to which simple LIDAR sensors could be used for this purpose, as part of a basic Internet of Things (IoT) system. To tackle this problem, we considered different ways of positioning the sensors around railway tracks. We then proposed a floating average algorithm for calculating a target object’s velocity using continuous LIDAR distance readings. To know when to apply the algorithm as a train is passing the sensor, we observed how the distance readings varied as a model train passed the sensor. The data was used to construct a Finite-state machine (FSM) that can fully describe the status of trains as they pass the sensor. In order to test our solution, we constructed a prototype sensor node implementing the FSM and evaluated its performance first with a model train and then on actual commuter trains on an outdoors train platform. We found that one-dimensional LIDAR sensors could feasibly be deployed to monitor the position and motion of trains with a high degree of consistency and accuracy. However, LIDAR may need to be corroborated with other types of technology such as RFID so that trains can be distinguished from other moving objects. / Detta projekt undersöker möjligheten att använda endimensionella Light Detection and Ranging (LIDAR) sensorer för att spåra läge och rörelse av tåg på rangerbangårdar. Att övervaka tågtrafik i dessa områden är viktigt för att undvika trafikolyckor, optimera logistiska operationer och därmed minska förseningar. Dagens teknik för att spåra tåg på vanliga tågspår, till exempel Radio Frequency Identification (RFID) och Global Positioning System (GPS), har flera begränsningar när de ska användas till rangerbangårdar. Följaktligen så är det relevant att undersöka till vilken grad enkla LIDAR sensorer kan tillämpas för detta ändamål som en del av ett Internet of Things (IoT) system. För att lösa detta problem, övervägde vi olika sätt att placera sensorerna kring tågspår. Därefter implementerade vi en glidande medelvärdealgoritm för att beräkna målobjektets hastighet genom att använda kontinuerliga LIDAR avståndsmätningar. För att kunna veta när algoritmen skulle tillämpas när riktiga tåg passerade sensorn, noterade vi först hur avståndsmätningarna varierade när ett modelltåg passerade sensorn. Mätningarna användes sedan för att konstruera en ändlig tillståndsmaskin (FSM) som kan fullständigt beskriva statusen av tåget när det åker förbi sensorn. För att testa vår lösning, tillverkade vi en sensornodprototyp med vår FSM implementerad och utvärderade först dess prestationsförmåga med ett modelltåg och sedan med riktiga pendeltåg.Vi observerade att endimensionella LIDAR sensorer kan användas för att övervaka läge och hastighet av tåg med hög precision och konsekventa resultat. Däremot visade sig att LIDAR ska med fördel kombineras med andra typer av teknologi, som till exempel RFID, för att urskilja tåg från andra objekt i rörelse.

Several of the bridges along the Bothnia railway line do not fulfill the requirements regarding vertical accelerations that are stated in current design codes. The acceleration of the bridges needs to be reduced, in order to make the Bothnia line suitable for high speed railway traffic. The aim with this thesis is to investigate if it is possible to reduce the vertical acceleration of insufficient bridges to an acceptable level by using post-installed dampers. The expectation was that this method could have major economic advantages compared to other rehabilitation methods. Five different bridges with post-installed dampers were simulated in verified MATLAB codes. The simulations were performed for two cases for each bridge: one where the eccentricities between the attachment of the damper and the centre of gravity of the bridge cross section was taken into consideration, and one where the influence from the eccentricities was excluded. The results showed that it is fully possible to reduce the acceleration to an acceptable level with the use of external damper configurations. It was also shown that the eccentricities of the bridges had a high impact in this kind of simulations. Furthermore, some supplementary investigations regarding the location and position of the damper, were done as well. Finally, a brief analysis and discussion regarding the practical implementation of the post-installed was performed. One challenge is to anchor the damper and take care of the resulting forces in a favourable and safe way. / Flertalet broar längs med Botniabanan uppfyller inte de krav som ställs på de vertikala accelerationsnivåerna i gällande dimensioneringsnormer. Dessa accelerationer måste reduceras för att göra Botniabanan tillgänglig för trafik med höghastighetståg. I denna uppsats undersöks det huruvida det är möjligt att sänka accelerationen i bristfälliga broar med hjälp av eftermonterade externa dämpare. Förväntningen var att denna metod skulle ha stora ekonomiska fördelar gentemot andra upprustningsmetoder. Fem broar med eftermonterade dämpare har simulerats i verifierade MATLAB-koder. Simuleringarna utfördes på två olika sätt för varje bro: i en kod togs eccentriciteten mellan dämparinfästningen och tyngdpunktslinjen för bron i beaktande, och i den andra koden försummades all inverkan av eccentriciteten. Resultatet från simuleringarna visade att det är fullt möjligt att reducera accelerationerna till en acceptabel nivå med hjälp av externa dämpningskonfigurationer. Eccentriciteten visade sig även ha stor inverkan på resultatet i denna typ av simulering. Dessutom utfördes några kompletterande undersökningar gällande längd, position och vinkel på dämparen. Slutligen analyserades och diskuterades den praktiska implementeringen av de eftermonterade dämparna. En utmaning är att förankra dämparna och föra ner de resulterande krafterna på ett fördelaktigt och säkert sätt.

This thesis is a case study in collaboration with SJ AB, a government owned railway companyin Sweden. The employees aboard the trains are an essential part of operating thetrains efficiently. Therefore, it is vital to forecast absences well in order to avoid havingto cancel train trips or having employees work over time. The current process SJ usesdivides the total amount of absences into 11 categories representing reasons for not beingpresent. This is done three months in advance, but the model is not based on mathematics.This study is going to examine how well the forecasts compare to reality in addition toinvestigating which variables are possible to estimate using regression analysis. Furthermore,the extent to which the staff on board the trains are affected will be investigatedin terms of having to work less overtime. The financial impact of an enhanced model willbe researched. “Free” days, Vacation and Sickness all have significant regressors and canpotentially be forecast using regression analysis. Future work includes finding more potentialregressor variables that could be significant for more response variables in addition tousing the results of this thesis in an actual estimation model for the total absence. / Denna avhandling ärr en fallstudie i samarbete med SJ AB, ett statligt ägt järnvägsföretagi Sverige. Anställda ombord på tågen utgör en väsentlig del av att driva tågverksamheteneffektivt. Det är därför viktigt att kunna prognostisera frånvaro väl för att undvika attställa in rutter eller tvinga de anställda ombord tåget att arbeta övertid. Den nuvarandeprocessen som SJ använder delar upp den totala mängden frånvaro i 11 kategorier somrepresenterar orsaker till att inte vara närvarande. Detta görs tre månader i förväg, menmodellen är inte baserad på matematik i dagsläget. Denna studie kommer att undersökahur väl prognoserna stämmer överens med verkligheten, samt undersöka vilka variabler somör möjliga att uppskatta med hjälp av regressionsanalys. Dessutom kommer omfattningenav hur personalen ombord på tågen påverkas att undersökas. Den ekonomiska påverkanav en förbättrad modell kommer att analyseras. Lediga dagar, semester och sjukfrånvarohar alla signifikanta beskrivande variabler och kan potentiellt prognostiseras med hjälp avregressionsanalys. Framtida arbete innefattar att hitta fler potentiella beskrivande variablersom kan vara signifikanta för fler beroende variabler, samt att använda resultatenfrån denna avhandling i en faktisk prognosmodell för total frånvaro.

Electrical activity is omnipresent throughout the brain, and it varies dependant on the brain region. Areal hierarchy has been suggested to be one of the main principles of the organization of the brain, but there is not a lot of evidence available related to the specialization of the brain’s regions in the temporal domain, that is, how the activity evolves over time. It has been suggested that there is a relationship between spatial location and timescale [1] and that the timescales of neuronal activity in rodents change according to the hierarchical position (derived from anatomical connectivity measurements) of the brain region [2]. Timescale is related to to the capability of a neuron to maintain the same firing rate over a time period. This firing rate can be measured as decay time constant of an auto-correlation matrix of spiking activity, referred to as the timescale of a single neuron [3]. In this thesis, timescales of spontaneous brain activity were measured in eight regions of the mouse prefrontal cortex (PFC) (data obtained in the Carlén Laboratory) and compared to the timescales of eight visual areas (Neuropixels Visual Coding dataset, Allen Institute for Brain Science) [4]. The results showed that cortical regions hold varying timescales, but that there is no clear correspondence of the timescales of spontaneous activity to the anatomical hierarchies. Instead, we show that the PFC regions have a greater variability in their respective timescales compared to visual cortical regions. The analysis was done using two different approaches, where for some regions the measured timescales significantly differs, due to the difference in the use of the magnitudes of the correlation. This work highlights how neuronal timescales measurements can be approached in cortical regions and used for the future work investigating their functional role and the mechanisms of generation of distinct neuronal timescales in the brain. / Elektrisk aktivitet är allestädes närvarande i hela hjärnan, och den varierar beroende på hjärnregionen. Arealhierarki har föreslagits vara en av huvudprinciperna för hjärnans organisation, men det finns inte mycket bevis tillgängligt relaterat till specialiseringen av hjärnans regioner i den temporala domänen, det vill säga hur aktiviteten utvecklas över tiden . Det har föreslagits att det finns ett samband mellan rumslig plats och tidsskala [1] och att tidsskalorna för neuronal aktivitet hos gnagare ändras beroende på den hierarkiska positionen (härledd från anatomiska anslutningsmätningar) i hjärnregionen [2]. Tidsskala är relaterat till förmågan hos ett neuron att bibehålla samma fyrningshastighet under en tidsperiod. Denna avfyrningshastighet kan mätas som fallstidskonstant för en autokorrelationsmatris av spikaktivitet, kallad tidsskalan för en enda neuron [3]. I denna avhandling mättes tidsskalor för spontan hjärnaktivitet i åtta regioner i musens prefrontala kortex (PFC) (data erhållen av Carlén Laboratory) och jämfört med tidsskalorna för åtta visuella områden (Neuropixels Visual Coding dataset, Allen Institute for Brain Science) [4]. Resultaten visade att kortikala regioner har olika tidsskalor, men att det inte finns någon tydlig överensstämmelse mellan tidsskalorna för spontan aktivitet med de anatomiska hierarkierna. Istället visar vi att PFC-regionerna har större variation i sina respektive tidsskalor jämfört med visuella kortikala regioner. Analysen gjordes med hjälp av två olika tillvägagångssätt, där de uppmätta tidsskalorna för vissa regioner skiljer sig avsevärt på grund av skillnaden i användning av storleken på korrelationen. Detta arbete belyser hur neuronala tidsskalemätningar kan beaktas i kortikala regioner och användas för det framtida arbetet med att undersöka deras funktionella roll och mekanismerna för generering av distinkta neuronala tidsskalor i hjärnan.

In response to the planned increase in operational speeds and axle loads of passengertrains that may lead to resonance-induced excessive vibrations in railway bridges,recent studies examined the reliability of bridges concerning train running safety andpassenger comfort limit states. In this respect, valuable information regarding theimportance of input variables can be obtained by conducting Sensitivity Analysis (SA).For instance, the determination of unimportant variables (where they can be treated asconstant) reduces the computational time, which is usually very high for probabilisticsimulations. In some of the previous studies, only deterministic SA has beenperformed. This thesis follows a stochastic approach using Global Sensitivity Analysis(GSA) methods. The considered performance functions are vertical acceleration anddeflection of single track ballasted simply supported reinforced concrete bridges.To reduce the computational time, available semi-analytical solution of a planarbeam under the passage of a series of moving loads is employed. To simulatethe bridge behaviour realistically, simplified methods to account for rail irregularityamplification, train-bridge interactions, and axle load redistribution were adopted.The considered random variables are train modal properties, number of train coaches,bogie spacing, axle spacing and loads, bridge mass, flexural stiffness and damping,and rail amplification factor. The analyses were carried out for a selected set of bridgelengths [10-30]m and a range of train speeds [100-400] km/hr. The study findingsshow that, in both acceleration and displacement, the dynamic response of the bridgeis sensitive to randomness in bridge mass, moment of inertia, coach length, and axleloads. Furthermore, the rail amplification factor and Young’s modulus are primarilyimportant for acceleration and displacement, respectively.

No description available.

No description available.

The purpose of this thesis report is to investigate challenges related to railway electrification. Inac-railway systems, trains are most often single-phase loads, which can create significantunbalances in the grid, when fed directly from two adjacent phases. To enhance power quality atthe railway feeding point, one alternative is to design the system such as the power is fed to thecatenary through Static Frequency Converters (SFCs), which can be a costly solution. Anotheroption is to use Static Compensators (STATCOMs) in shunt connections, handling only theunbalanced amount of power, in order to symmetrize the railway load as seen from the grid side.Modular multilevel converters (MMCs) are the state of the art solutions for medium- and highvoltage/power converter applications, such as load balancing and reactive-power compensation.This project will focus on analyzing Modular Multilevel Converter (MMC) topologies to be usedas load balancers in railway systems. However, the specific requirements of this application reveala potential weakness of MMCs. That is the asymmetrical character of the load may require muchhigher device rating in an MMC compared to a conventional converter, due to the symmetrizingcomponents to rebalance the capacitor voltages in the submodules.This project analyzes a reduced MMC-based topology with only two branches in order to meet therailway load-balancing characteristics. This chain-link compensator uses dc-dc converters tofacilitate power channels in order to restore the power imbalance, without overrating thesemiconductors in the main current path. / Syftet med detta examensarbete är att studera de svårigheter som elektrifierade järnvägar står inför.När systemet utgörs av växelström kan tågen ses som en enfas last, vilket kan skapa avsevärdaobalanser i nätet då det matas från två intilliggande faser. En alternativ systemdesign för att uppnåen god effekt leverans uppnås då effekten är matad till kontaktledningen genom statiska frekvensomräknare (SFCs), detta kan dock vara en kostsam lösning. Ett annat alternativ är att användastatisk shunt kompensation (STATCOMs) som selektivt kan hantera den obalanserade effekten föratt uppnå symmetri och balans i järnvägslasten, sett från nätets sida.Modulära multiomriktare (MMCs) är en ledande teknik för omriktare till applikationer på mellanochhögspännings nivå, till exempel för lastbalans och reaktiv kompensering. Detta projektanalyserar modulära multiomriktare för lastbalansering i järnvägssystem. Kraven för dennaapplikation leder till en potentiell svaghet i MMCs där den asymmetriska karaktären på lastenkräver högre märkeffekt jämfört med konventionella omriktare. Detta på grund av de komponentersom återskapar symmetri och balans i kondensator spänningarna i submodulerna.Här analyseras en reducerad variant av MMC-baserad topologi med enbart två grenar för att mötakraven på järnvägens lastbalans. Denna kedjelänk-kompensator använder dc-dc omriktare för attstyra effektflödet till lasten vid obalanserad effekt, utan att för den skull överdimensionerahalvledarna i den ordinarie strömvägen.

Le présent travail concerne l’intégration de la modélisation du matériau et du procédé dans le design et l’optimisation d’une composante de train d’atterrissage d’avion fabriquée par forgeage à chaud en collaboration avec la société Héroux-Devtek. Pour mener à bien cette tâche, un travail d’investigation des différents aspects du matériau, du procédé et des techniques de modélisations numériques a été effectué. Une caractérisation des propriétés mécaniques et métallurgiques de l’alliage d’aluminium 7175 sous différentes conditions a été réalisée, ce qui a conduit à une meilleure connaissance du comportement de cet alliage notamment dans les conditions de forgeage. Le modèle de comportement de Johnson-Cook a été caractérisé et utilisé pour les simulations des différents cas d’analyse. Une investigation au niveau de l’intégration de l’effet de la microstructure dans le modèle de comportement a été faite. Cette étude a conduit à considérer le modèle de Johnson-Cook modifié qui a la particularité de prendre en compte les effets de la recristallisation dynamique dans le modèle d’écoulement du matériau. Une meilleure précision est obtenue en comparaison avec le modèle de Johnson-Cook standard pour des simulations impliquant de hauts niveaux de déformation. De plus, une investigation au niveau des plus récents outils de simulation a été effectuée. Une étude comparative des formulations CEL (Couplage Eulérien-Lagrangien) et SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) vis-à-vis de la méthode classique des ÉF (éléments finis) a permis de classifier les différentes approches selon leurs performances relatives lors des simulations du forgeage de pièces complexes en grandes transformations (écoulement de matière très important). Pour pouvoir utiliser la formulation SPH interne à Abaqus dans le cas de couplage thermomécanique, il a fallu développer un VUMAT («user ’s material») thermomécanique. Une contribution a été apportée au niveau de la méthode SPH pour la simulation plus précise du forgeage, d’abord en extensionnant un code SPH maison afin qu’il puisse résoudre des problèmes thermomécaniques couplés en grandes déformations et ensuite en transformant le code SPH en un élément de l’usager («user’s element») via l’utilitaire VUEL d’Abaqus en formulation Lagrangienne totale. En guise de validation, nous avons réalisé des travaux autant de nature numérique qu’expérimentale. Au niveau numérique, les résultats obtenus avec le code maison ont été validés par comparaison avec les résultats obtenus avec le code commercial Abaqus. Par ailleurs afin d’atteindre l’objectif principal d’intégration de la modélisation du matériau et du procédé, une méthodologie d’analyse appropriée a été développée et validée expérimentalement en concevant et en fabriquant par forgeage, un prototype représentatif de la pièce industrielle. Mots-clés : Forgeage à chaud, train d’atterrissage, caractérisation, alliages d’aluminium, Johnson-Cook, recristallisation dynamique, Abaqus, ÉF, CEL, VUMAT, VUEL SPH, formulation Lagrangienne totale, code SPH. / The present work deals with the development of an integrated material and process modeling methodology for the design and optimization of an aircraft landing gear component manufactured using hot forging process in collaboration with Héroux-Devtek. To carry out this work, an investigative work of the different aspects of the material, process and numerical modeling techniques is performed. A characterization of mechanical and metallurgical properties of the aluminum alloy 7175 under various conditions has been done and the work allowed to better know the behavior of this alloy particularly in our forging conditions. The Johnson-Cook constitutive model was characterized and used for simulations of various processes analysis. An investigation about the integration of the effect of the microstructure in the material behavior law was realized. This study led one to consider a modified Johnson-Cook model that can take account of the effects of dynamic recrystallization during the material flow. A greater accuracy was obtained in comparison with the standard Johnson- Cook model for simulations involving high strain levels. An investigation about the simulation tools was also performed. A comparative study of CEL (Coupling Eulerian-Lagrangian) and SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) formulation with the finite elements method (FEM) allowed to classify the different methods according to their performance in the simulations of complex forged part involving large deformations (very important material flow). To use the SPH formulation existing in Abaqus for the simulation of coupled thermomechanical problems, it was first necessary to develop a thermomechanical VUMAT (user’s material) subroutine. For more accurate simulation of forging process, a contribution was made regarding the SPH method. To do this, an independent in-house SPH code and an ABAQUS VUEL (user’s element) subroutine based on the total Lagrangian formulation of solid mechanic’s equations were developed. For validation purposes, both numerical investigations and experimental works were accomplished. Regarding the numerical simulation, the results obtained with the in-house code were validated by comparing them with results obtained using the Abaqus FE commercial code. Moreover, in order to achieve the main objective of integrated material and process modeling for the product design, a suitable methodology was developed and validated experimentally by designing and manufacturing by the closed die hot forging process, a representative prototype of the industrial part. Keywords: Hot forging, landing gear, aluminum alloys, Johnson-Cook, dynamic recrystallization, Abaqus, FE, CEL, VUMAT, VUEL SPH, total Lagrangian formulation, SPH code.

Le train d’atterrissage est une structure assurant le mouvement de l’avion en vol-sol et sol-vol pour laquelle beaucoup de travaux restent encore à compléter afin d’avoir une structure performante, durable et qui demande moins de maintenance. Ce travail de recherche est effectué dans le but de contribuer à la modélisation avancée et au développement d’un outil de simulation dynamique d’un train d’atterrissage à amortissement oléopneumatique. Le développement d’un modèle mathématique est réalisé à cet égard, et ce dernier essaie de reproduire le fonctionnement physique d’un système train d’atterrissage en particulier celui de l’amortisseur. L’amortisseur d’un train d’atterrissage est une structure complexe composée de plusieurs sous-ensembles ayant des rôles complémentaires et qui aide l’avion à amortir les chocs pendant l’atterrissage, le roulage et le décollage de l’avion. La structure d’un amortisseur oléopneumatique est constituée des plusieurs chambres contenant du gaz ou un fluide hydraulique. Cependant la structure interne de l’amortisseur demande beaucoup de connaissances physique et technique afin de bien comprendre sa conception interne et externe. Les pneumatiques sont aussi pris en compte dans le modèle et elles sont caractérisées par deux modèles à savoir un basé sur ADAMS/Aircraft et un autre modèle développé en éléments finis sur ABAQUS. Ces aspects sont réunis dans un code numérique développé dans VBA dans un but de caractériser, modéliser et simuler un train d’atterrissage. / Although an aircraft landing gear has a well-known role of allowing the aircraft to complete its movement during landing, taxiing and takeoff, some works are still required today in order to obtain an efficient, more reliable and environmentally friendly landing gear structure. The scope of this project is to develop a numerical simulator of an aircraft landing taking into account the dynamic of the landing gear and the internal design of the shock strut. Landing gear design can be affected by phenomena such as sudden temperature variations as well as extreme temperatures. This can change the behavior of the hydraulic fluid of the shock strut. This work will be conducted by developing a mathematical model computer code in VBA that describes the landing gear physical function. The role of a landing gear shock strut is to absorb the kinetic energy during the landing, taxiing and takeoff phases of the aircraft. The landing gear shock strut is an assembly of different chambers that have a well-defined role. These chambers contain a gas and a hydraulic fluid and work together to provide the force required to maintain the system. These aspects are combined in a numerical code developed with VBA. In this project the effect of the tires was taken into account and characterized using two different models (finite elements and analytical model) using two different numerical tools (Abaqus and Adams). The scope is to compare and see how the two models are able to describe the energy absorption process.