Betongslipers är ett element i den moderna järnvägens uppbyggnad. Det har ersatt det traditionella virkesmaterialet som har ett antal nackdelar gentemot betong. Vid tillverkning av betongslipers förspänns armeringslinor med en kraft på 500 kN innan cementet gjuts in i produktionslinans formar. Undersökningen kommer in i bilden då en svetsad draglåda, där armeringslinorna är låsta, belastas av förspänningskraften. Uppdraget blir att analysera spänningsflödet i draglådan för att se var de största spänningarna förekommer. Detta görs genom en FEM-analys av hela konstruktionen samt hållfasthetsberäkningar av enbart gängorna. Slutsatsen som fastställdes var att analysen av konstruktionen resulterade att förspänningskraften inte påverkade gängorna eller svetsarna så pass kritisk att en allvarlig deformation skulle ske.

Detta examensarbete har utförts i samarbete med Fagerström Industrikonsult AB i Helsingborg. Fagerström Industrikonsult AB är ett ingenjörsföretag som har specialiserat sig på mekaniska och mekatroniska produkter inom flera branchområden. Ett av företagets tidigare projekt, som bland annat bygger på tryckbärande kärl och som kommer återanvändas för ett nytt projekt, är i behov av en uppdaterad analys mot utmattningsbrott.För att en tryckbärande utrustning skall kunna säljas och användas inom Europa, måste tillverkarna följa det Europeiska direktivet 97/23/EG, även kallat PED-direktiv. Detta direktiv sätter regler för konstruktion, tillverkning, märkning och kontroll. I Sverige finns denna beskrivning i Arbetsmiljöverkets författnings-samling (AFS 1999:4 2011). För att uppfylla alla de konstruktionsmässiga och tillverkningsmässiga krav på tryckkärlet som ställs i PED direktivet, så måste harmoniserade standarder användas. I detta arbete används tryckkärlsstandarden (SS-EN 13445-3: 2014) som sätter regler för design och verifiering av tryckbärande anordningar.Ett av projekten som finansierats av den Europeiska kommissionen, visade att 25% av alla tryckbärande anordningars haverier beror på utmattning. Tryckkärl är den typ av tryckbärande anordning, som är mest utsatt för skador orsakade av utmattning. Utmattningsbrott har varit känt sedan början på 1800-talet och man har länge studerat detta fenomen. Man har efter lång tids arbete hittat metodik för att ta fram analytiska modeller och prediktionstekniker samt säkra och noggranna livslängdsberäkningar för stålkonstruktioner. Fagerström Industrikonsult AB söker idag en metod för att utföra utmattningsanalys på tryckkärl i enlighet med tryckkärlsstandarden där linjärstatisk analys utförs med finita elementmetoden. Företaget eftersträvar också mer kunskap inom ämnet för att ge konstruktörerna bättre kännedom om utmattningsproblematiken samt ge möjlighet att redan i konstruktionsstadiet kunna sätta rimliga krav på tillverkning ur mekaniskt utmattningsperspektiv. / This master thesis has been carried out in collaboration with Fagerström Industrikonsult AB in Helsingborg. Fagerström Industrikonsult AB is an engineering company, specialized in mechanical and mechatronic products across a wide range of industry segments. One of the company's previous project, which is among other sub-products based on pressurized vessels, and that will be reused for a new project, needs an updated analysis against fatigue failure.In order to sell or use a pressurized equipment in Europe, the manufacturers must comply with the European Directive 97/23/EC, also called PED-directive. This directive sets the rules for design, production, marking and inspections. In Sweden, this directive is described in “Arbetsmiljöverkets Författningssamling” (AFS 1999:4 2011). In order to meet all the design and manufacturing requirements for pressure vessels that are required by the PED Directive, it is required to use harmonized standards. In this thesis, pressure vessel standard (SS-EN 13445-3: 2014) is used, which sets the rules for design and verification of pressure vessel.One of the projects funded by the European Commission, showed that 25 % of all pressure equipment failure are caused by fatigue. Pressure vessel is one type of these pressure equipment, which is most vulnerable to damage caused by fatigue. Fatigue failure has been known since the beginning of 19th century and this phenomenon has been studied for a long time. Under this extensive period of time, methods have been succefully developed for analytical models and prediction techniques as well as safe and accurate life calculations for steel structures. Fagerström Industrikonsult AB is today seeking a method to perform fatigue analysis of pressure vessels in accordance with European pressure vessel standard, where the linear static analysis is performed using the finite element method. The company is also pursuing more knowledge of the subject so its designers have more understanding of fatigue phenomena in order to be able to set reasonable requirements during design stage for production and in order to prevent this phenomena.

Problematik med utmattningsbrott är känt sedan början på 1800-talet och fenomenet har studerats sedan dess. Efter lång tids arbete har man hittat en metodik för att ta fram analytiska beräkningsmodeller samt säkra och noggranna livslängdsberäkningar för stålkonstruktioner. Syftet med detta arbete har varit att undersöka en marin ångpannas utmattningshållfasthet under loppet av dess ekonomiska livslängd. I den här studien har en analytisk beräkning gjorts på en marin ångpannas utmattningslivslängd med hjälp av DNV ́s regler för klassifikation av fartyg samt Europeiska tryckkärlsnormen. I studien har författarna tagit hänsyn till ångpannans tryckvariationer, temperaturvariationer samt den marina ångpannans yttre påverkan från fartygets rörelse i vattnet och de resulterande hävkrafterna. Detta för att med hög tillförlitlighet (konfidens) kunna värna om människoliv, natur och miljö, fysisk egendom (fartyg samt last), operativa tillgänglighet samt lagar och regler. / Problems with fractures due to fatigue have been known since the early 19th century, and the phenomenon has been studied since then. After long periods of work, a methodology has been found to develop analytical fatigue calculation models for steel structures. The purpose of this work has been to investigate the fatigue assessments of marine boilers during it ́s economic lifetime. In this study, an analytical calculation has been made of the marine boiler using DNV's ship classification rules and the European pressure vessel standard. In the study, the authors have taken into account the boilers pressure variations, temperature variations, and the marine boiler's external impact from the vessel's motion in the water and the resulting forces. In order to be able to protect human life, nature and the environment, physical property (ships and cargo), operational availability as well as laws and regulations, with high reliability (confidentiality).

Mobility is a symbol of dignity. A platform lift enables everyone of different physical abilities to move vertically with ease. Currently, the platform lift by Aritco Lift is made of steel sheet metal. It is heavy, thus difficult to handle. Sandwich design is researched to see whether and, if possible,how much dead load reduction. A simulation model is produced in SolidWorks to facilitate the material selection and the sandwich design. Sandwiches of aluminium face sheets are investigated, although steel face sheet works as well. No recommendation on core material can be made. Connection methods are investigated in SolidWorks to join the 35mm-thick sandwich-based floor to the lift body without creating a large deflection. Several general directions are investigated. None yielded results sufficiently satisfactory, although two directions have provided results that are very close to the requirements. Simulations are conducted on a 40mm-thick sandwich using one of the optimal joint options, yielding better weight savings and deflection results. Certain honeycomb properties are approximated using formulae rather than measured or simulated directly. To quantify how significant is the deviation of the approximated model, simulations are conducted by changing the length, width, and height of the sandwiches modelled using both the approximation and exact geometry. Fatigue life analyses are conducted on two of the candidate floors. Both are comfortably within the limit imposed by the standards. The success of a design in this thesis hinged on the validity of the honeycomb model. The test results reject the honeycomb model as the deflection is significantly higher than simulated. Plastic deformation has also occurred, though more probably due to the deformation local at the weld. Even though honeycomb is demonstrated not to be able to meet the requirements on its own, sandwich as a category of structure should not be discounted as a whole. Environmental factor is a drawback for using large quantities of aluminium even considering the weight difference between the design and the original steel structure. / Rörlighet är en symbol för värdighet. En plattformslyft gör att alla med olika fysiska förmågor kan röra sig vertikalt med lätthet. För närvarande är plattformslyften av Aritco Lift gjord av stålplåt. Den är tung och därför svår att hantera. Sandwichdesign undersöks för att se om och, om möjligt, hur mycket egenlastreduktion kan åstadkommas. En simuleringsmodell tas fram i SolidWorks för att underlätta materialvalet och sandwichdesignen. Sandwichkonstruktioner av aluminiumplåtar undersöks, även om stålplåt fungerar också. Ingen rekommendation om kärnmaterial kan ges. Fogningsmetoder undersöks i SolidWorks för att sammanfoga det 35 mm tjocka sandwichbaserade golvet till lyftkroppen utan att skapa en stor nedböjning. Flera allmänna riktningar utreds. Ingen av dessa gav tillräckligt tillfredsställande resultat, trots att två riktningar har gett resultatsom ligger mycket nära kraven. Simuleringar utförs på en 40 mm tjock sandwich med ett av de optimala fogalternativen, vilket ger bättre viktbesparingar och nedböjningsresultat än förväntat. Vissa bikakeegenskaper uppskattas med formler snarare än att mätas eller simuleras direkt. För att kvantifiera hur betydande avvikelsen av den approximerade modellen är, genomförs simuleringar där längden, bredden och höjden ändras på de modellerade sandwicharna med användning av både approximationer och data från den exakta geometrin. Utmattningsanalyser genomförs på två av designförslagen. Båda är bekvämt inom de gränser som ställs av standarderna. Framgången för en design i denna avhandling hängde på giltigheten av honeycomb-modellen. Testresultaten förkastar modellen eftersom nedböjningen är betydligt högre än simulerad. Plastiskdeformation har också förekommit, men troligen på grund av den lokala deformationen vid svetsen. Även om honeycomb har visat sig inte kunna uppfylla kraven på egen hand, bör sandwich som strukturkategori inte bortses från som helhet. Miljöfaktorn är en nackdel för att använda stora mängder aluminium även med tanke på viktskillnaden mellan konstruktionen och den ursprungliga stålkonstruktionen.

Hypoid gears have been used extensively in automobiles, aerospace, marine and other applications for decades. The special advantages of hypoid gears come with inherent contact complexities of varying curvature and sliding in both profile and lengthwise direction. Spalling failure is catastrophic and needs to be addressed with deeper roots in gear design. Analytical methods present several limitations. Iterative development from experimentation is expensive and time consuming with different nonlinear parameters difficult to interpret. This thesis aims to develop a method to calculate contact fatigue life for initiation of spalling using finite element methods. Experiments have played a major role in understanding the causal factors for failure, determining the fatigue life and to study the major system design parameters. A failure analysis of the fractured flank is performed. It clarified the design causal factors for failure and the mechanism of failure. Pinion being the vulnerable part is the focus of this thesis, a finite element model was developed on ANSOL HFM and the residual stresses were superposed on MSC Marc. A finite element fatigue analysis is performed on FEMFAT and the component fatigue life is determined. The calculated fatigue life is compared with physical testing results using Weibull statistical analysis in combination with probabilistic bearing life models to formulate emphatical correlation methods. The goal of this thesis is to establish a method to estimate fatigue life by taking up example of computing subsurface fatigue life of a hypoid pinion. The influence factors like the method of contact analysis, different types of residual stresses due to case hardening and shot peening, fatigue criteria, friction, material properties are studied in this thesis to develop a conscience for the methodology to computing contact fatigue life. The bulk material properties based on hardness represented fatigue properties more accurately. Scaled normal stress in critical plane fatigue criteria was found more suitable for contact analysis with pre-stresses and multi-axial non-proportional contact stress state on FEMFAT. Finite element based contact analysis method was found to be more suitable for subsurface fatigue life estimation despite the inherent advantages of the hybrid surface integral method and its accurate representation of friction. It was found that inclusion of friction in model did not change the fatigue life significantly, showing that the influence of hardness, surface topographies lubrication and contact temperature on shear stresses are too large to be neglected. Contact fatigue life increased by a factor of 4.4 times due to shot peening of gears in comparison with case hardening indicating the influence of residual stresses. For the estimation of fatigue life at the initiation of failure, a complete correlation with the fatigue test results could not be achieved and reasons for deviations were clearly identified. The area of damage indicated by this computation method correlated with the damage observed during tests. The observations and calculations indicated premature failure of pinion with explanation of mechanism of failure of pinion flank using contact conditions. / Hypoidväxlar har använts i stor utsträckning i bilar, flyg-, marin- och andra applikationer under årtionden. De speciella fördelarna med hypoidväxlar kommer med inneboende kontaktkomplexitet med varierande krökning och glidning i både profil och längdriktning. Spallingfel är katastrofala och måste hanteras med grundlig redskapsdesign. Analytiska metoder har flera begränsningar. Iterativ utveckling baserad på experiment är dyrt och tidskrävande med olika icke-linjära parametrar som är svåra att tolka. Denna avhandling syftar till att utveckla en metod för att beräkna kontaktutmattningslivslängden för initiering av spalling med finitaelementmetoden. Experiment har spelat en viktig roll för att förstå orsaksfaktorerna för fel, bestämma utmattningslivslängden och för att studera de viktigaste systemdesignparametrarna. En felanalys av den skadade kuggflanken utfördes, vilket förtydligade felens orsaksfaktorer och den underliggande felmekanismerna. Driften är fokus för denna avhandling, en finitaelementmodell utvecklades med ANSOL-HFM och restspänningarna överlagrades med FEM-verktyget MSC-Marc. En slutlig elementutmattningsanalys utfördes med FEMFAT och komponentens utmattningstid bestämdes. Den beräknade utmattningslivslängden korrelerades med fysiska provningsresultat genom att tillämpa statistisk Weibullanalys i kombination med probabilistiska livslängdsmodeller. Målet med denna avhandling är att utveckla en metod för att uppskatta utmattningslivslängden och att tillämpa metoden för att beräkna bulkmaterialets utmattningslivslängd för ett hypoidrev. Påverkningsfaktorer som metoden för kontaktanalys, olika typer av restspänningar på grund av ythärdning och kulblästring, utmattningskriterier, friktion, materialegenskaper studeras i denna avhandling för att utveckla denna metod för att prediktera kontaktutmattningslivslängden. Bulkmaterialegenskaperna för hårdhet representerade utmattningsegenskaperna mera exakt. Skalad normalspänning i kritiska planutmattningskriterier befanns vara mer lämplig för kontaktanalys med förspänningar och multi-axiell icke-proportionell kontaktspänningsstatu än andra egenskaper med FEMFAT. Metodbaserad kontaktanalysmetod visade sig vara mer lämplig för uppskattning av ytutmattningslivslängd trots de inneboende fördelarna med hybridytaintegralmetoden och dess mera exakta friktionsrepresentation. Det visade sig att inkludering av friktion i modellen inte markant förändrade livslängden, vilket visade att påverkan av hårdhet, smörjning av ytorna och kontakttemperatur på skjuvspänningarna är för stor för att försummas. Kontaktutmattningslivslängden ökade med en faktor 4,4 gånger på grund av kugghjulning jämfört med ythärdning, vilket indikerar restspänningspåverkan. För att uppskatta utmattningslivslängden vid inledningen av ytfel kunde en fullständig korrelation med utmattningstestresultaten inte uppnås och orsakerna till avvikelser identifierades tydligt. Det skadade område som indikeras av denna beräkningsmetod korrelerade väl med den skada som observerades under testerna. Observationerna och beräkningarna indikerade tidigt fel i kuggen med förklaring av mekanismen för fel hos kuggflanken med hjälp av aktuellt kontaktförhållande.