The work presented in this thesis focuses on the numerical assessment of defects effect on potential boltless design for fuselage panels longitudinal joints, typically identified as High Load Transfer (HLT) configuration. Nowadays, the state-of-art joining technique for primary aircraft composite structures, such as fuselage barrels, is still mechanical fastening. This conventional approach limits the full exploitation of potential benefits, achievable by composite structures, in terms of weight and cost reduction. Therefore, alternative boltless joining technologies open new possibilities to further improve the airframe design of future aircraft generations. Two major techniques are currently under investigation, namely adhesive bonding and welding, which are employable to join thermosetting- and thermoplasticbased laminated composites, respectively. Nevertheless, difficulties in assessing the quality of joining line after manufacturing restrict the applicability of boltless joint to non load-critical structural components. This thesis aims to numerically evaluate the effect of manufacturing-induced defects, such as weak bond or disbond, on the overall performances of the structural configuration. Longitudinal joints of the fuselage of Airbus A350-XWB aircraft family are used as reference design, since they are currently carried out through single-lap bolted technique. To simulate an HLT joint, a Finite Element (FE) model of a Wide Single Lap Shear (WSLS) specimen, previously adopted as test setup during BOPACS (Boltless assembling Of Primary Aerospace Composite Structures) project, is implemented in the commercial FE software Abaqus. Damage modeling exploits the Cohesive Zone Model (CZM) approach, in which fracture energies drive damage initiation and evolution behavior. The computational loading scenario focuses on quasi-static non-linear analysis. To assess the influence of defects on joint load-carrying capability, three different classes of joining line are investigated, namely a brittle and a ductile adhesive for adhesive bonding application, and a thermoplastic polymer matrix for welding technology. Globally, all types of boltless joints experience ultimate strength reduction whenever damage occurs in the joining line, but each material exhibits a different decreasing trend depending on its inherent mechanical properties. In addition, two methodological approaches, which exploit only the numerical outcomes of FE quasi-static analyses, are proposed as predictive methods for fatigue response. Fatigue limits for a constant fatigue life are predicted by exploiting the Similarity Principle of stress peaks distribution. Constant Life Diagrams (CLDs) are numerically calculated by following a reverse algorithm based on experimental fatigue data extrapolated from BOPACS test campaign. On the other hand, fatigue initiation loads and fatigue lifetime are predicted by exploiting the Fatigue Crack Growth (FCG) approach and numerical integration of Paris’s law. Based on these investigations, it is finally concluded that predictions of fatigue response can be preliminarily assessed by exploiting numerical outcomes of quasi-static simulations, in conjunction with limited experimental data used as starting points. / Arbetet som presenteras i denna rapport fokuserar på numerisk analys av defekters inverkan på en potentiell bultfri konstruktion för längsgående fogar i flygplanskroppsrör. Dessa karakteriseras typiskt som HLT (High Load Transfer) konfigurationer. Den dominerande tekniken för sammanfogning av primär kompositstruktur i flygplan är fortfarande fogning med mekaniska fästelement. Sådan konventionell fogning begränsar dock det fulla utnyttjandet av kompositmaterialens fördelar, som möjligheten att bygga komplex geometri till låg vikt och kostnad. Alternativa bultfria sammanfogningstekniker öppnar nya möjligheter att vidareutveckla utformning av framtida flygplansgenerationer. Två huvudspår undersöks för närvarande; limning och svetsning; som kan användas för fogning av härd- respektive termoplastbaserade laminerade strukturer. Svårigheter att kvalitetssäkra sådana förband har dock hittills begränsat deras användning till icke-kritiska delar av flygplansstrukturer. Detta arbete avser numeriskt utreda konsekvenser av tillverkningsinducerade defekter som svaga eller ofullständiga fogar, på den totala bärförmågan hos lastbärande komponenter. Längsfogar i flygkroppen till Airbus A350-XWB används som referensfall, då de för närvarande utförs med ett enkelt överlappsförband. För att simulera en HLT koppling implementeras en finita elementmodell (FE) av ett WSLS prov (Wide Single Lap Shear), tidigare använt som testuppsättning inom projektet BOPACS (Boltless assembling of primary aerospace composite structures) i den kommersiella FE programvaran Abaqus. Skademodelleringen använder en “cohesive zone model (CZM)”, där energifrigörelse definierar skadeinitiering och -evolution. I beräkningsmodellen antas kvasistatiska materialegenskaper i olinjär analys. För att bedöma inverkan av defekter på fogens lastbärande förmåga, undersöks tre olika klasser av fogar; ett sprött och ett duktilt lim för limfogar samt en termoplastmatris för svetsfogar. Globalt uppvisar alla typer av adhesiva fogar en reduktion av brotthållfastheten om det finns defekter i fogarna, men olika material uppvisar olika reduktioner beroende på dess inneboende mekaniska egenskaper. I tillägg föreslås två tillvägagångssätt för uppskattning av utmattningsegenskaper som endast använder resultat från kvasi-statiska FE-analyser. Utmattningsgränsen för konstant livslängd uppskattas genom att utnyttja likhet mellan spänningstoppars fördelning. Diagram för konstant livslängd (CLD) beräknas numeriskt genom att följa en invers algoritm baserad på experimentell utmattningsdata från BOPACS testkampanj. Som komplement förutspås initiering av utmattningsbrott och utmattningsliv genom att utnyttja metoden Fatigue Crack Growth (FCG) och numerisk integration av Paris lag. Baserat på dessa undersökningar dras slutsatsen att utmattnigsegenskaper kan förutsägas utifrån numeriska resultat från kvasi-statisk analys där relativt begränsad experimentell utmattningsdata används som startvärden.

Steel is one of the most important engineering and construction material. It is used everywhere around us from making tiny nuts and bolts to massive cargo ships. It is a basic component in building societies and the development of mankind. The demand of steel is influenced by the population of the world and the per-capita consumption.

Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) is a material with high specific propertiesand good fatigue and vibration dampening characteristics, and can potentiallybe used instead of steel and aluminium in heavy duty vehicles. This work focuseson testing methodology and the fatigue properties of a unidirectional (UD)material in the 0° and 90°orientation, reproducing and validating the method developedby Wanner[1]. While conducting a fatigue test of a CFRP composite intension-tension fatigue, in-situ strain measurements were performed to examinethe gradual elongation of the specimen (as this relates to stiffness loss, i.e. fatiguedamage). An imaging methodology capturing the specimen at peak loading hasbeen developed, including a trigger mechanism that activates the camera at the desiredtime and cycle count, as well as a method of extracting the photograph ofthe specimen at maximum displacement, allowing for peak-to-peak comparison.A method improving specimen production output and consistency has been developed.SN-curves have been produced for both 0° and 90° fibre orientations.Micrography of sectioned specimen has been conducted. The study finds the fatiguelimit of the 0° specimen to be as high as 80% of the material tensile failurestrength, while results from the 90° study indicate a lower but inconclusivevalue. An attempt at qualitatively determining the factors causing the material behaviourhas been made and is deliberated upon. / Kolfiberförstärkt plast (CFRP) är ett material med höga specifika mekaniska egenskaperoch goda utmattnings- och vibrationsdämpande egenskaper, och kan potentielltersätta stål och aluminium i fordonsstrukturer. Detta arbete fokuserar på testmetodikoch utmattningsegenskaperna för ett enkelriktat material (UD) i 0° och90° orientering, reproduktion, validering och utveckling av metoden utvecklad avWanner [1]. Under genomförande av utmattningsprovning av en CFRP-komposit idrag belastning utfördes töjningsmätningar på plats för att undersöka den gradvisatöjningen av provet (eftersom detta avser styvhetsförlust, dvs utmattningsskada). Enavbildningsmetodik som fångar provet vid toppbelastning har utvecklats, inklusiveen utlösningsmekanism som aktiverar kameran vid önskad tid och cykelantal, samten metod för att extrahera fotografiet av provet vid maximal förskjutning, vilketmöjliggör jämförelse vid olika cykelantal. En metod som förbättrar provstavsproduktionoch kvalitet har utvecklats. S-N kurvor har skapats för både 0° och 90° fiberorientering.Mikrografi av snittprov har utförts. Studien indikerar at utmattningsgränsenför provet i 0° kan vara så hög som 80% av materialets dragfasthållfasthet,medan resultaten från 90° studie indikerar ett lägre men tvetydigt värde. Ett försökatt kvalitativt bestämma de faktorer som orsakar det materiella beteendet har gjorts.

The modern marine fuel system have a vital part in preparing the fuel before it can enter theengines. Hard particles and water are removed and the viscosity needs to meet limitationsof the engines, to prevent damage. The cost for operating the fuel system and wear on theengine varies depending on how the fuel system are operated and on surrounding parameters.This thesis explains the cost impact of di erent parameters on the total cost for operating afuel system and aims to create a total cost of ownership model that also considers the costsfor systems connected to the fuel system.The total cost of ownership model includes capital expenses for the equipment and the operationalexpenses in form of; energy, service, sludge storage, water production, risk and alsoincreased costs on connected systems.The result of this total cost of ownership research shows that even if there are an increasedcost for operating the fuel system itself for highest performance will the total cost of ownershipwhen considering connected systems be lower. The user are therefore always recommendedto aim for maximum separation of hard particles to decrease the cost for enginewear and to lower the total cost of risk for a breakdown. The total energy consumption forthe fuel system can be decreased by up to 15% when variable ow control are used on thesupply pumps and meanwhile increase the separation eciency. / Det moderna bränslesystemet har en viktig roll i att förbereda bränslet innan det kan förbrännas i fartygets motorer. Hårda partiklar och vatten avlägsnas, viskositeten måste också  hållas inom motorernas tillåtna gränser för att motverka slitage. Användare kostnaden för ett bränslesystem varier beroende på hur det används samt av vissa utomståendeparametrar. Den här analysen av totala ägandekostnaden är gjord för att kunna kopplakostnader på kringliggande system ombord med hur bränslesystemet används. Den totala ägandekostnadsmodellen innehåller inköpskostnader för bränslesystemet samt användare kostnaden i form av; energi, service, slamförvaring, vattentillverkning, kostnaden för risk och kostnaden på kringliggande system ombord. Resultatet av analysen är att ökade driftkostnader för bränslesystemet kan motiveras i form av att kostnaden för kringliggande system sjunker när bränslesystemet fungerar optimalt. Användaren kan därför rekommenderas att alltid sträva efter att få ut den fulla potentialen för bränslesystemet för att spara in på kostnader så som motorslitage och risk för motorhaveri. Den totala energiförbrukningen för bränslesystemet kan förväntas sjunka med 15% om pumpar med variabelt öde används till separatorerna samtidigt som separeringseffektiviteten ökar

Knowledge of vessel responses to waves is of the utmost importance for vessel operations.The responses affect which routes a vessel can take, what cargo it can carry, theconditions it’s crew will experience and much more. This can pose a problem for performanceoptimisation companies such as GreenSteam, partners in this project, for whomthe vessel transfer functions are generally not available.This project aims to use bayesian machine learning methods to infer transfer functionsand predict vessel responses. Publically available directional wave spectra are combinedwith highfrequencymotion measurements from a vessel to train a model to create thetransfer functions, which can be integrated to get the motions. If successful, this would bea relatively inexpensive method for computing transfer functions on any vessel for whichthe required measurements are available. Though not many vessels measure this datacurrently, the industry is moving towards more data collection, so that number is likely torise.The results identify a number of issues in the available data which must be overcome toproduce usable results from these methods. Though results are not optimal, they show apromising start and a route is proposed for future research in this area. / Kunskap om fartygens gensvar i vågor är av yttersta vikt för alla fartygsoperationer. Gensvarenpåverkar vilka rutter ett fartyg kan ta, vilken last det kan bära, vilka förhållanden besättningenkommer att utsättas för och mycket mer. Vanligen är transferfunktionerna för fartygsrörelserinte tillgängliga vilket utgör ett problem vid prestandaoptimering vilket företagsom GreenSteam, partner i detta projekt, arbetar med.Projektet syftar till att använda Bayesianska maskininlärningsmetoder för att bestämmaöverföringsfunktionerna och förutsäga fartygsgensvar. Offentligt tillgängliga riktningsvågspektrakombineras med högfrekventa rörelsemätningar från fartyg för att träna en modellatt skapa överföringsfunktioner. Funktioner som sen kan användas för att bestämmarörelserna under andra vågförhållanden. Om det lyckas skulle det vara en relativt billigmetod för att beräkna överföringsfunktioner till vilket fartyg som helst där erforderligmätdata finns tillgänglig. Även om de flesta fartyg för närvarande inte mäter rörelser,går branschen mot ökad datainsamling, så antalet fartyg med rörelseinformation kommersannolikt att öka.Resultaten identifierar ett antal krav på tillgänglig data som måste övervinnas för att maskininlärningsmetodernaska ge användbara resultat. Studiens resultat är inte optimala menär en lovande start och en väg framåt föreslås för vidare forskning inom detta område.

Our ocean covers more than 70% of our planet’s surface. It is a huge reservoir continuously supplying us with enormousvaluable resources. The autonomous aquaculture, deep sea mining, subsea oil / gas exploitation and marine biology etc.,are the increasingly important driving forces for the development of underwater robotics. For all underwater robotics,navigation and positioning system often endures a challenging problem due to the high attenuation of radio-frequencysignals and the lack of Global Positioning System (GPS). Normally, acoustic navigation is the only way for theunderwater robotics to have the accurate navigation. One core element for the acoustic localisation is the rangeestimation. To provide an accurate range estimate from the underwater vehicles to the fixed reference point, an dropbeaconneeds to be established. In the underwater environment, the acoustic signals suffer from multi-path effects,ambient noises etc., which together with its simplified hardware can impose restrictions on the development of a perfectsystem. This project employs a very simplified hardware to deal with the range estimation problem from the beacon tothe transmitter subjected to the above mentioned issues. The algorithm consists of three main components includingdownsampling, matched filtering and CFAR detection. The downsampling is comprised of three steps such asbasebanding, lowpass filtering and resampling with lower sampling rate. By simulating four different signal typesincluding sinusoidal signal, frequency-modulated signals and M-sequence signal, the sinusoidal waveform is selected tosuit the system’s objective both for simplicity and robustness. A series of tests including tube test, water tank test, nearfieldopen water tests as well as LoLo integration and far-field tests verified and validated the system’s capability toestimate the accurate range (error ≤ 1m) in near field cases (≤ 20 meters). For far-field tests, it proved some furtherimprovements need to be accomplished before it is able to carry out long range missions.

Due to the accelerating need for decarbonization in the shipping sector, wind-assisted cargo shipsare able to play a key role in achieving the IMO 2050 targets on reducing the total annual GHGemissions from international shipping by at least 50%. The aim of this Master’s Thesis project is todevelop a Performance Prediction Program for wind-assisted cargo ships to contribute knowledgeon the performance of this technology. The three key characteristics of this model are its genericstructure, the small number of input data needed and its ability to predict the performance of threepossible Wind-Assisted Propulsion Systems (WAPS): Rotor Sails, Rigid Wing Sails and DynaRigs.It is a fast and easy tool able to predict, to a good level of accuracy and really low computationaltime, the performance of any commercial ship with these three WAPS options installed with onlythe main particulars and general dimensions as input data.The hull and WAPS models predict the forces and moments, which the program balances in 6degrees of freedom to predict the theoretical sailing performance of the wind-assisted cargo shipwith the specified characteristics for various wind conditions. The model is able to play with differentoptimization objectives. This includes maximizing sailing speed if a VPP is run or maximizingtotal power savings if it is a PPP. The program is based on semi-empirical methods and a WAPSaerodynamic database created from published data on lift and drag coefficients. All WAPS datacan be interpolated with the aim to scale to different sizes and configurations such as number ofunits and different aspect ratios.A model validation is carried out to evaluate its reliability. The model results are compared withthe real sailing data of the Long Range 2 (LR2) class tanker vessel, the Maersk Pelican, whichwas recently fitted with two 30 meter high Rotor Sails; and results from another performanceprediction program. In general, the two performance prediction programs and some of the realsailing measurements show good agreement. However, for some downwind sailing conditions, theperformance predictions are more conservative than the measured values.Results showing and comparing power savings, thrust and side force coefficients for the differentWAPS are also presented and discussed. The results of this Master’s Thesis project show howWind-Assisted Propulsion Systems have high potential in playing a key role in the decarbonizationof the shipping sector. WAPS can prove substantial power, fuel, cost, and emissions savings.Tankers and bulk-carriers are specially suitable for wind propulsion thanks to their available deckspace and relatively low design speeds.The Performance Prediction Program for wind-assisted cargo ships developed in this Master’sThesis shows promising results with a good level of accuracy despite its generic and small numberof input data. It can be a useful tool in early project stages to quickly and accurately assess thepotential and performance of WAPS systems. / På grund av det accelererande behovet av att minska utsläppen från sjöfartssektorn, kan vindassis- terade lastfartyg spela en nyckelroll för att uppnå IMO 2050. Syftet med detta examensarbete är att utveckla ett prestandaprognosprogram för vindassisterade lastfartyg för att bidra med kunskap om denna teknik. De tre viktigaste egenskaperna för denna modell är dess generiska struktur, det lilla antalet inmatningsdata som behövs och dess förmåga att förutsäga prestandan för tre möjliga vindassisterade framdrivningssystem (WAPS): Rotorsegel, styva vingspegel och DynaRigs. Det är ett snabbt och enkelt verktyg som med en hög grad av noggrannhet och med kort beräkningstid kan bedöma prestanda för kommersiella fartyg med dessa tre WAPS-alternativ.   Skrov- och WAPS-modellerna beräknar krafter och moment som balanseras i sex frihetsgrader. Modellen kan utgå från olika optimeringsmål. Detta inkluderar maximering av segelfarten eller maximeras totala energibesparingar. Programmet är baserat på semi-empiriska metoder och en WAPS aerodynamisk databas skapad från publicerad data om lyft- och motståndskoefficienter. Alla WAPS-data kan interpoleras med syftet att skala till olika storlekar och konfigurationer, så- som antal enheter och olika aspektförhållanden. En modellvalidering utförs för att utvärdera dess tillförlitlighet. Modellresultaten jämförs med verkliga seglingsdata för tankfartyget Maersk Pelican (klass Long Range 2, LR2), som nyligen utrustades med två 30 meter höga rotorsegel; och resultat från en andra data. Resultaten visar i allmänhet bra överensstämmelse. För vissa speglingsförhållanden är emellertid bedömningarna mer konservativa än de uppmätta värdena. Resultat som visar och jämför energibesparingar, tryckkraft och sidokraftkoefficienter för de olika WAPS presenteras och diskuteras också. Resultaten av detta examensarbete visar hur vindassisterade framdrivningssystem har stor potential att spela en nyckelroll i utvecklingen för sjöfartssektorn. WAPS kan leda till betydande energi-, bränsle-, kostnads- och utsläppsbesparingar. Tankfartyg och bulkfartyg är speciellt lämpliga för vindframdrivning tack vare deras tillgängliga däckutrymme och relativt låga hastigheter. Prestandaprognosprogrammet för vindassisterade lastfartyg utvecklat här visar därmed lovande resultat trots dess generiska upplägg och lilla antal inmatningsdata. Det kan vara ett användbart verktyg i tidiga projektsteg för att snabbt utvärdera potential och prestanda för WAPS-system.

There is a growing need for developing new technologies to drive the global shippinginto a carbon-neutral industry. This Master’s Thesis presents a generic route optimizationmodel for cargo vessels with wind assisted propulsion systems. An earlystage tool to predict environmental savings by finding optimal routes for cargo vesselsequipped with any sailing device.Systematic studies are developed for the optimization parameters in order to observetheir influence on the optimization performance. The route optimization model is usedfor a wind-assisted cargo vessel for route crossing the North Atlantic as an example application. / Det finns ett växande behov av att utveckla ny teknik för att driva den globala sjöfarten till enkoldioxidneutral industri. Detta examensarbete presenterar en generisk ruttoptimeringsmodell för lastfartyg med vindassisterad framdrivning. Verktyget är avsett för att tidiga utvecklingsskeden för att bedöma miljöbesparingar genom att hitta optimala rutter för lastfartygutrustade seglingsanordningar. Modellens parametrar är utvecklade från systematiska studier av olika typer av vindassisterandesystem. Till exempel kan ruttoptimeringsmodellen används för ett vindassisterat lastfartyg för rutter över Nordatlanten

Climate change if a fact and the responsibility comes down to the footprintowner. With a possible limitation on carbon oxide emissions and climate demandsfrom customers, a change in the shipping industry is evident. Asolutionto this could be to use a renewable energy created by the nature, the wind, tomake the change over to a climate friendly shipping industry. This study aimsto find a wind powered solution for a car carriers propulsion. What is the mostsuitable rig design?Based on a review of the existing solutions for wind population this thesiswill use a conceptual design method to generate rig designs. The result of thisthesis is two concepts who stuck to be interesting throughout the thesis periodand a catalog of concepts that could be used for further work of finding theoptimal wing solution. / Klimatförändring är ett faktum och ansvaret kommer till ägaren av klimatavtrycket. Med en möjlig begränsning av koldioxidutsläpp och klimatkrav frånkunder är en förändring inom sjöfartsbranschen uppenbar. En lösning på dettakan vara att använda en förnybar energi skapad av naturen, vinden, för attklara övergången till en klimatvänlig sjöfartsindustri. Denna studie syftar tillatt hitta en vindkraftlösning för framdrivning av ett biltransportfartyg. Vad ärden mest lämpliga riggdesignen? Baserat på en översyn av befintliga lösningar för vindframdrivning kommerdenna avhandling att använda en konceptuell-designmetod för att genererariggdesignen. Resultatet av avhandlingen är två koncept som var intressantagenom hela perioden och en katalog med koncept som kan användas till fortsattarbete för att hitta den optimala vinglösningen.

Aircraft integration plays a pivotal role in the eective aggregation of varioussub-systems into a group of systems. The fundamental categorization of the aircraftintegration process points to technical and managerial aspects. The technical needsare to be managed eectively for an optimal solution. The objective of the thesiswas to investigate these two aspects as being interdependent. First, simulated theaircraft behavior at various congurations, and mapped the results with ight testdata. Subsequently, the conguration’s behavior was assessed as per certicationrequirements. Second, pre-Validation and Verication (V&V) of the Stall WarningSystem (SWS) was conducted to ensure consistent design and performance as perrequirements. Third, managed one of the FCS system’s environmental tests anddeliverables schedule for its certication maturity by utilizing the Critical PathMethod (CPM). / Flygplansintegration spelar en central roll i den effektiva aggregeringen av olika delsystem i en grupp av system. Den grundläggande kategoriseringen av integrationsprocessen för flygplan pekar på tekniska och ledningsmässiga aspekter. De tekniska behoven ska hanteras effektivt för en optimal lösning. Syftet med avhandlingen var att undersöka dessa två aspekter som beroende av varandra. Först simulerade flygplanets beteende vid olika konfigurationer och kartlade resultaten med flygprovdata. Därefter bedömde konfigurationens beteende enligt certifieringskraven. För det andra, förvalidering och verifiering(V&V) för Stall Warning System (SWS) för att säkerställa konsekvent design och prestanda enligt förväntningarna. För det tredje, för att komplettera den tekniska aspekten hanterade ett annat delsystems miljöprov och leveransschema för desscertifieringsmognad med användning av Critical Path Method (CPM).