Detta examensarbete presenterar resultat från en laboratoriestudie på en lera från Enköping stabiliserad med kalk och cement. I laboratoriet har isotropiskt konsoliderade odränerade aktiva triaxialförsök utförts på provkroppar och jämförts med enaxliga tryckförsök som utförts på provkroppar från samma inblandningstillfälle. De två metoderna har visat sig ge likvärdiga värden på utvärderad odränerad skjuvhållfasthet. Elasticitetsmodulen har däremot visat sig vara mycket högre för triaxialförsöken än enaxliga tryckförsök. För triaxialförsöken har förhållandet mellan sekantmodulen och den odränerade skjuvhållfastheten legat mellan 112-333. För de enaxliga tryckförsöken ligger förhållandet mellan sekantmodulen och den odränerade skjuvhållfastheten inom intervallet 44-146. Inget mönster har dock kunnat urskiljas då förhållandet mellan de två olika försöken har varierat mellan 1,0-3,5. Ett lägre och högre back pressure användes under triaxialförsöken. Till skillnad från tidigare studier har dock båda dessa back pressures vattenmättat provkroppen. Resultaten visar på att back pressure inte påverkar testresultaten, förutsatt att provet blivit fullt vattenmättat. Utöver denna jämförelse har ytterligare passiva triaxialförsök utförts. De passiva triaxialförsöken har utförts som isotropiskt konsoliderade odränerade försök.. Däremot har två olika metoder använts under skjuvningsfasen. I första typen av försök har den axiella spänningen minskats medan den radiella spänningen har hållits konstant. I den andra typen av försök har i stället den radiella spänningen ökats samtidigt som den axiella spänningen har hållits konstant. Skjuvhållfastheter har jämförts med resultat från kalkpelarsondering i fält och visar på att skjuvhållfastheten genomgående varit högre i fält än i laboratoriet. Dessutom har skjuvhållfastheter och elasticitetsmoduler testats efter olika lagringstider genom enaxliga tryckförsök. / This master thesis presents results from a laboratory study on a clay from Enköping which was stabilized with lime and clay. Isotropic consolidated undrained compressive tests were performed on samples and compared to unconfined compressive testing. The two methods have shown no difference in the evaluation of undrained shear strength. However the modulus of elasticity was shown to be much higher for the triaxial tests. For the unconfined compressive tests the relation between the undrained shear strength and secant modulus was within the range of 44-146. The equivalent for the triaxial tests was in the interval of 112-333. However no pattern was extinguishable between the two tests as this relation has varied between 1,0 to 3,5. A lower and higher back pressure was used during the triaxial testing. However, both back pressures have succeeded in saturating the sample. Results show that the back pressure has little effect on the results, as long as the sample has been fully saturated. In addition to this extension tests were performed on samples as well. The tests performed were isotropic consolidated undrained. However two different shearing methods were used. The first test was strain rate dependant while the second test was stress rate dependant. In the first test the vertical stress decreased while the radial stresses were kept constant, while in the other test the radial stresses increased while the vertical stress were kept constant. The undrained shear strength was compared to lime/cement column penetration tests in field. Results showed that tests in field show a much higher undrained shear strength than laboratory testing.

Denna rapport behandlar genomförandet av ett examensarbete på högskolenivå inom maskinteknik vid Högskolan i Borås. Examensarbetet har utförts hos SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB, enheterna SP Safety – Mechanical Research i Borås och Göteborg samt Food and Bioscience i Göteborg. Den största delen av arbetet har utförts vid sektionen Mechanical Research Göteborg. Målet med examensarbetet var att kombinera analys av experimentell bilddata från konfokalmikroskopi och mekanisk lastdata från en dragcell som gradvis deformerar ett polyuretanskum med modellering av skummets mekaniska egenskaper med hjälp av finita elementmetoder (FEM). Syftet var att bestämma elasticitetsmodul och Poissons tal. En viktig del av projektet var också att säkerställa hög repeterbarhet och möjliggöra vidareutveckling av metodiken genom att skapa rutiner för hur de olika delmomenten i arbetscykeln bäst utförs. Polyuretanskum, liksom många andra mjuka heterogena biomaterial saknar i dagsläget uppmätta eller beräknade mekaniska egenskaper. Därför finns potential för att den framtagna metodiken kommer till användning för att bestämma materialparametrar och analysera beteenden för fler av dessa material. Genom att bestämma materialparametrarna är det sedan möjligt att¬ utföra hållfasthetsberäkningar på sådana material, och korrelera materialparametrarna till processparametrarna vid tillverkningen för att optimera materialets egenskaper. Studien började med att ett prov av polyuretanskum placerades i en dragcell där det utsattes för en kraft så att det gradvis deformerades. Med hjälp av ett konfokalmikroskop kan hela deformationsprocessen följas i hög upplösning. De framtagna bildserierna analyserades sedan med hjälp av DaVis, en mjukvara som genomför så kallad digital image correlation-analys, med vars hjälp lokala förskjutningar kunde bestämmas. För att kunna utföra FEM-beräkningar delades materialstrukturen in i elementnät med hjälp av den fritt tillgängliga programvaran OOF2. Elementnät och förskjutningsdata importerades sedan till Matlab och insticksmodulen CalFEM. Med hjälp av CalFEM konstruerades en materialmodell med elasticitetsmodul och Poissons tal som inparametrar. Valideringskriterium användes för att säkerställa korrektheten i finita elementanalyserna. Elasticitetsmodulen bestämdes till 4.6 MPa och Poissons tal till 0.33 ± 0.06. Med tillgängliga data kunde inte modellen användas för att uppskatta båda parametrarna samtidigt. Poissons tal bestämdes genom manuell analys av bildserierna. Metodiken kan förbättras och vidareutvecklas genom att analysera fler provbitar för att ta hänsyn till lokala fluktuationer i materialstrukturen, samt avbilda provet i tredimensioner. Tredimensionell avbildning skulle också möjliggöra konstruktion av en tredimensionell beräkningsmodell av materialet. / This bachelor thesis deals with the implementation of a degree in mechanical engineering at the University of Borås. The thesis work has been conducted at SP Technical Research Institute of Sweden AB at the departments SP Safety – Mechanical Research in Borås and Gothenburg and Food and Bioscience in Gothenburg. The major part of the work has been done at the Mechanical Research department in Gothenburg. The aim of the thesis work was to combine analysis of experimental image data from confocal laser scanning microscopy and mechanical load data from a tensile cell that gradually deforms a polyurethane foam with modelling of the mechanical properties of the foam using finite element methods (FEM). The purpose was to determine Young’s modulus and Poisson's ratio. A crucial part of the project was also to facilitate a high degree of repeatability and further development of the method through establishing routines and best practices for how to implement different parts of the method. There is currently a lack of measured or calculated properties for polyurethane foams, as is the case also for many other soft heterogeneous biomaterials. This implies that the developed method has potential use for determining material parameters and analyzing behavior also for other materials of this type. Determining the material parameters facilitates strength calculations on these materials and makes it possible to correlate material parameters to process parameters during manufacturing to optimize material performance. The polyurethane foam was placed in a tensile cell, exposed to a force and slowly, gradually deformed. Using a confocal microscope, the entire deformation process can be observed at high resolution. The obtained image series were then analyzed using DaVis, a software that can perform so called digital image correlation analysis where local displacements could be determined. In order to perform the finite element calculations, the material structure was divided into an element mesh using the software OOF2. The element mesh and displacement data were then imported to Matlab and the plugin module CalFEM. Using CalFEM, a material model involving Young’s modulus and Poisson’s ratio was created. Young’s modulus was determined to be 4.6 MPa and Poisson’s ratio 0.33 ± 0.06. Using the available data, the model was insufficient to determine both parameters simultaneously. Therefore, Poisson’s ratio was determined through manual analysis of the image series. The method can be improved and further developed mainly by analyzing several samples to account for local fluctuations in the material structure and by using three-dimensional imaging methods. The latter would also open up for creating a three-dimensional model of the material.

Strength grading of structural timber is a process by which value is added to sawn products. It is to the greater part carried out using machine grading based on statistical relationships between so called indicating properties and bending strength. The most frequently applied indicating property (IP) on the European market is the stiffness in terms of average modulus of elasticity (MOE) of a timber piece, although MOE is a material property that varies within timber. A major limitation of today’s grading methods is that the described relationships are relatively poor, which means that there is a potential for more accurate techniques. The main purpose of this research has been to initiate development of more accurate and efficient machine grading methods. Strength of timber is dependent on the occurrence of knots. At the same time, knot measures applied as indicating properties until today have shown to be poor predictors of strength. However, results from this research, and from previous research, has shown that not only size and position of knots but also fibre deviations in surrounding clear wood are of great importance for local stiffness and development of fracture under loading. Thus, development of new indicating properties which take account of knots as well as properties of surrounding fibres, determined on a very local scale, was considered as a possible path towards better strength grading. In the research, results from contact-free deformation measurements were utilized for analysis of structural behaviour of timber on both local and global level. Laser scanning was used for detection of local fibre directions projected on surfaces of pieces. Scanned information, combined with measures of density and average axial dynamic MOE, was applied for calculation of the variation of local MOE in the longitudinal board direction. By integration over cross-sections along a piece, a stiffness profile in edgewise bending was determined and a new IP was defined as the lowest bending MOE along the piece. For a sample of Norway spruce planks, a coefficient of determination of 0.68 was achieved between the new IP and bending strength. For narrow side boards to be used as laminations in wet-glued glulam beams, the relationship between IP and tensile strength was as high as 0.77. Since the intended use of the narrow boards was as laminations in wet-glued beams, the possibility of grading them in a wet state was also investigated. Grading based on axial dynamic excitation and weighing gave just as good results in a wet state as when the same grading procedure was applied after drying. It was also found that the relationship between the new IP and strength was dependent on what scale the IP was determined. Optimum was reached for moving average MOE calculated over lengths corresponding with approximately half the width of investigated pieces. Implementation of the new IP will result in grading that is more accurate than what is achieved by the great majority of today’s grading machines. The new method will probably also be particularly favourable for development of engineered wood products made of narrow laminations. / Hållfasthetssortering av konstruktionsvirke innebär att värdet på sågade produkter ökar. Sorteringen genomförs oftast med maskinella metoder baserade på statistiska samband mellan s.k. indikerande egenskaper och böjhållfasthet. Den indikerande egenskap (indicating property, IP) som är vanligast på den Europeiska marknaden är styvhet uttryckt som ett medelvärde för elasticitetsmodulen (modulus of elasticity, MOE) i ett virkesstycke, trots att MOE är en materialegenskap som varierar i virket. En betydande begränsning med dagens sorteringsmetoder är att de beskrivna sambanden är förhållandevis svaga, vilket innebär att det finns en potential för metoder med högre noggrannhet. Det huvudsakliga syftet med detta doktorandprojekt har varit att initiera en utveckling mot sådana metoder. Hållfasthet hos virke är beroende av förekomst av kvistar. Samtidigt har de kvistmått som fram till idag kommit till användning visat sig vara dåliga prediktorer av hållfasthet. Resultat från såväl denna som tidigare forskning har dock visat att inte bara kvistars storlek och läge, utan också variationen i fiberriktning i omgivande träfibrer, är av stor betydelse för lokal styvhet och brottförlopp under inverkan av last. Utveckling av nya IP som tar hänsyn till såväl kvistar som omgivande träfibrers egenskaper fastställda på mycket lokal nivå bedömdes vara en möjlig väg för att uppnå bättre hållfasthetssortering. I detta doktorandprojekt användes beröringsfri deformationsmätning för analys av det strukturella beteendet hos virkesstycken på såväl lokal som global nivå. Laserskanning utnyttjades för detektering av lokala fiberriktningar projicerade på virkesstyckenas ytor. Med utgångspunkt från skannad information, virkesdensitet och medelvärde för axiell dynamisk elasticitetsmodul kunde variationen i lokal elasticitetsmodul i virkesstyckenas längdriktning bestämmas. Genom integration över tvärsektioner längs ett virkesstycke kunde en profil över hur böjstyvheten i styva riktningen varierade i virkesstyckets längdriktning beräknas. En ny IP definierades som den lägsta elasticitetsmodulen i böjning utmed virkesstyckets längd. För ett urval av granplankor erhölls en förklaringsgrad på 0.68 mellan den nya indikerande egenskapen och böjhållfasthet. För smala sidobrädor avsedda att användas som lameller i våtlimmade limträbalkar var motsvarande förklaringsgrad mellan samma IP och draghållfasthet så hög som 0.77. Eftersom sidobrädorna var avsedda att användas som lameller i våtlimmade balkar genomfördes en studie avseende möjligheten att hållfasthetssortera i vått tillstånd med hjälp av axiell dynamisk excitering och vägning. Det visade sig att sådan sortering gav lika bra resultat som då samma metod användes efter torkning. Sambandet mellan den nya indikerande egenskapen och hållfasthet visade sig också vara beroende av på vilken lokal nivå som egenskapen beräknades. Optimum uppnåddes då den bestämdes som ett glidande medelvärde beräknat över en längd motsvarande ungefär halva virkesstyckets höjd. Implementering av den nya sorteringsmetoden kommer att resultera i sortering som är noggrannare än vad som kan erhållas med det stora flertalet av de sorteringsmetoder som finns idag. Den nya indikerande egenskapen kommer sannolikt att bli särskilt gynnsam att använda för utveckling av ingenjörsmässiga träprodukter bestående av smala lameller.

Kamouflagenät är ett viktigt verktyg inom försvarsindustrin där det används för att maskera eller dölja objekt från att bli visuellt upptäckta. Kamouflagenät är utformade för att efterlikna den omgivande miljön eller terräng som den appliceras vid. Traditionellt tillverkas kamouflagesystemen genom virkningsstekniken bi-axial varptrikå med två system inslagstrådar i 0° respektive 90°. För produktutvecklingens syfte att tillverka ett lätt kamouflagenät med lämpliga hållfasthetsegenskaper, undersöks tekniken multi-axial varptrikå med fyra system inslagstrådar i 0°, 90° och ±45°. Genom semi-strukturerade intervjuer med experter inom bi- och multi-axial varptrikå samlas det in information och fakta om multi-axial teknik. Detta fungerar som en grund för att avgöra om det är en möjlig teknik för den befintliga produkten. En teoretisk modellering utförs sedan för att undersöka, förutsäga samt jämföra beteenden och egenskaper hos de bi- och multi-axiella strukturerna. De semi-strukturerade intervjuerna resulterade i en omfattande och informativ faktainsamling om multi-axial teknik. Det inhämtades underlag gällande hur tillämpbar den multi-axiella tekniken är för kamouflagenät, samt information om maskinens begränsningar och trådorientering. Den teoretiska modelleringen innebär tillämpning av kända matematiska och fysikaliska begrepp, modelleringen lägger således en grund för att förstå mekaniska beteenden hos bi -och multi-axiella strukturer då de utsätts för små deformationer. Den teoretiska modelleringen resulterade i värden som beskriver styvheten hos de båda strukturerna vid deformationer på =0,01 i fyra riktningar. Kunskapen om lämpliga styvhetsegenskaper för kamouflagenät i kombination med resultatet från den teoretiska modelleringen lade en grund för att dra slutsatser om ifall multi-axiella strukturer, som är lika lätta som motsvarande bi-axiella strukturer vilka idag används i kamouflagenät, är lämpliga för att användas i kamouflagenät. Resultaten från modelleringen visar att de multi-axiella strukturerna i nästan samtliga fall har lägre elasticitetsmodul än deras motsvarande bi-axiella strukturer, detta innebär att det inte krävs lika stor kraft för att deformera de multi-axiella strukturerna. Modelleringen visar även att de båda strukturerna besitter olika egenskaper i olika riktningar, där de multi-axiella strukturerna beter sig likadant i alla fyra riktningar, till skillnad från de bi-axiella strukturerna som inte gör det. Enligt resultatet beror styvheten för de båda strukturerna på ett antal olika faktorer; trådtäthet, garnnummer och effektiv bredd, vilka appliceras som variabler i den teoretiska modelleringen. Modelleringen resulterade alltså därmed både till en förståelse för vilka faktorer som bidrar till skillnader i styvheten, och hur styvheten förhåller sig hos de båda strukturerna i olika riktningar. Studien visar att det i praktiken finns goda möjligheter för tillverkning av kamouflagenät i multi-axial varptrikå och att de multi-axiella strukturerna både kan göra kamouflagenäten mindre styva och bidra till isotropiska egenskaper. / Camouflage net is an essential device in the arms industry, where it is utilized to camouflage and hide objects from being visually detected. The camouflage net is designed to imitate the surrounding environment or terrain in which it is being applied. Traditionally, camouflage systems are manufactured using a knitting technique called bi-axial warp knitting with two systems of inlay yarns in 0° and 90° angles relative to the fabrics warp direction. To enhance the current product and produce light camouflage net with suitable strength properties, the multi-axial warp knitting technique with four systems of inlay yarns at 0°, 90° and ±45° angles is investigated. By utilizing semi-structured interviews with experts in the area of bi- and multi-axial warp knitting, can information and facts about multi-axial be collected and be used as a basis for concluding whether multi-axial is a suitable technique for the existing product. A theoretical modeling is then performed to examine, predict and compare the behaviors and properties of the bi- and multi-axial structures. The semi-structured interviews resulted in a comprehensive and informative collection of data about multi-axial technique. It also gathered information about the suitability and application of the technique to camouflage nets, as well as information regarding the machine’s limitations and thread orientation. The theoretical modeling involves the application of known mathematical and physical concepts, thus providing a foundation for understanding the mechanical behavior of bi- and multi-axial structures under small deformations. The theoretical modeling resulted in values that describe the stiffness of both structures at deformations of =0,01 in four directions. The knowledge of appropriate stiffness properties for camouflage nets, combined with the results from the theoretical modeling, laid the groundwork for drawing conclusions about the suitability of using multi-axial structures, which are as lightweight as the corresponding bi-axial structures currently used in camouflage nets. The modeling results show that the multi-axial structures generally have a lower initial modulus than their corresponding bi-axial structures, indicating that less force is required to deform the multi-axial structures. The modeling also reveals that the two structures exhibit different properties in different directions, with the multi-axial structures behaving similarly in all four directions, unlike the bi-axial structures. According to the results, the stiffness of both structures depends on several factors: thread density, yarn count, and effective width, which are applied as variables in the theoretical modeling. Thus, the modeling provides an understanding of the factors contributing to differences in stiffness and how the stiffness varies between the two structures in different directions. The study demonstrates that there are promising opportunities for manufacturing camouflage nets using multi-axial warp knit fabric in practice, and that the multi-axial structures can both reduce the stiffness of camouflage nets and contribute to isotropic properties.

As a natural composite material, wood exhibits complex structural char-acteristics and diverse behavior under compression and tensile forces. Itsanisotropic nature results in mechanical properties that vary depending onthe load direction along its longitudinal, tangential, and radial grains. An im-portant property of anisotropic materials is the modulus of elasticity, whichrelates stress to strain and demonstrates directional variations.This study focuses on investigating the mechanical properties of pinewood,particularly stiffness, and deformation, in the longitudinal direction duringcompression, taking into account the effect of the sample size. The digitalimage correlation (DIC) method is utilized to measure deformation, an op-tical technique that involves tracking motion in DIC patterns. Wood, beinga renewable and natural composite resource, has been widely used as a con-struction material and for various other purposes for centuries. Its physicaland mechanical properties encompass a broad spectrum influenced by factorssuch as species, moisture content, density, and temperature.This research aims to analyze the size-dependent effects on deformation andstiffness in pine wood samples using the DIC method. Initially, three sam-ple sizes were compared, namely 10 × 10 × 10mm3, 20 × 20 × 20mm3, and25 × 25 × 100mm3 these were selected based on Afshar (2022) and Walley& Rogers (2022). However, the sample size of 20 × 20 × 20mm3 producedinsufficient results due to equipment limitations to test them under sufficientload. Among the remaining sample groups, nine specimens from each groupwere tested and compared in terms of stiffness and deformation. The exper-imental results did not provide statistically significant data supporting thepresence of a noticeable size effect between the dimensions of the samples10 × 10 × 10mm3 and 25 × 25 × 100mm3. / Trä är ett förnybart och naturligt kompositmaterial och har i århundradenanvänts som byggmaterial och för olika ändamål. Dess fysikaliska och mekaniskaegenskaper omfattar ett brett spektrum som påverkas av faktorer som fuk-thalt, densitet och temperatur. Trä som ett naturligt kompositmaterial ochdess komplexa strukturella egenskaper visar varierande beteende vid tryckoch dragkrafter. Träets anisotropa natur gör att dess mekaniska egenskapervarierar beroende på belastningsriktning, längs dess längd, tangential ellerradial riktning. För anisotropa material är elasticitetsmodulen en viktig egen-skap som varierar längs de olika riktningarna. Vilket är ett samband mellanspänning och deformationen och visar riktningsvariationer.Den här studien syftar till att undersöka de mekaniska egenskaper hos furu.Den här studien undersöker storleks-effekt i materialet furus styvhet och de-formationen längs fiberriktning (längd) vid kompression med hjälp av DigitalImage Correlation (DIC). Metoden DIC är en optisk teknik som mäter de-formationen hos material med hjälp av spårningsmönster på materialet.För att se storleks effekten hos trä jämfördes initiellt tre provstorlekar, näm-ligen 10 × 10 × 10mm3, 20 × 20 × 20mm3, och 25 × 25 × 100mm3 dessa provs-torlekar valdes baserat på Afshar (2022) och Walley & Rogers (2022). Dockproducerade provstorleken 20 × 20 × 20mm3 otillräckliga resultat på grundav begränsningar i utrustningen för att testa dem under tillräcklig belast-ning. Bland de återstående provgrupperna testades och jämfördes nio provfrån varje grupp när det gäller styvhet och deformation. De experimentellaresultaten gav inte statistiskt signifikanta data som stödjer förekomsten aven märkbar storlekseffekt mellan dimensionerna hos proven 10 × 10 × 10mm3och 25 × 25 × 100mm3.