In the built environment, human activities such as railway and road traffic, constructionworks or industrial manufacturing can give rise to ground borne vibrations. Such vibrations become a concern in urban areas as they can cause human discomfort or disruption of vibration sensitive equipment in buildings. In Sweden, geological formations of soft clay soils overlying till and a high quality bedrock are encountered in densely populated areas, which are soil conditions that are prone to high levels of ground borne vibrations. Under such soil conditions, end-bearing piles are often used in the design of building foundations. The dynamic response of a building is governed by the interaction between the soil and the foundation. It is therefore essential that models used for vibration predictions are able to capture the dynamic soil-structure interaction of pile foundations. The purpose of this thesis is to experimentally and numerically investigate dynamic soil-structure interaction of an end-bearing pile group in clay by constructing a test foundation of realistic dimensions. The small-strain properties in a shallow clay deposit are estimated using different site investigation and laboratory methods. The results are synthesised into a representative soil model to compute the free-field surface response, which is validated with vibration measurements performed at the site. It is found that detailed information regarding material damping in the clay and the topmost soil layer both have a profound influence on the predicted surface response, especially with an increasing distance from the source. Dynamic impedances of four end-bearing concrete piles driven at the site are measured. Pile-soil-pile interaction is investigated by measuring the response of the neighbour piles when one of the piles in the group is excited. The square pile group is subsequently joined in a concrete cap and measurements of the impedances of the pilegroup and acceleration measurements within the piles at depth are performed. A numerical model based on the identified soil properties is implemented and validated by the measurements. A good agreement between the predicted and measured responses and impedances of the pile group foundation is found, establishing confidence in the ability to predict the dynamic characteristics of end-bearing pile foundations under the studied soil conditions. / Mänsklig verksamhet i urbana miljöer så som väg- och järnvägstrafik, byggnation eller maskindrift inom industri kan ge upphov till vibrationer som sprider sig via marken i närområdet. Dessa vibrationer kan ge upphov till kännbara vibrationer eller påverka vibrationskänslig utrustning i byggnader. I Sverige förekommer ofta mjuka lerjordar ovanpå berg, och inte sällan i tätbebyggda områden. Under sådana jordförhållanden används ofta spetsbärande pålar för grundläggning av byggnader. Det dynamiska verkningssättet för byggnader är beroende av interaktionen mellan jorden och byggnadens grund. Det är därför viktigt att modeller som används för vibrationsanalys i byggnader kan beskriva denna interaktion mellan jord och byggnadsfundament. Syftet med denna avhandling är att experimentellt och via numeriska modeller studera dynamisk jord-struktur-interaktion av ett spetsbärande pålfundament i lera. Jordensmekaniska egenskaper vid små töjningar utvärderas för en lerjord som är avsatt på morän och berg genom både fältförsök och laboratorieanalyser av prover. Informationen kombineras för att konstruera en lagerförd jordmodell av platsen för att beräkna jordens dynamiska respons till följd av en punktlast. Modellen valideras med vibrationsmätningar som utförts på platsen. Studien visar att detaljerad information angående lerans materialdämpning och de mekaniska egenskaperna av jordens översta lager har en stor inverkan på förutsägelser av jordens dynamiska respons vid ytan, speciellt vid stora avstånd från vibrationskällan. Experimentella tester utförs för att mäta dynamiska impedanser av fyra slagna spetsbärande betongpålar. Interaktionen mellan pålarna utvärderas genom att utföra mätningarav de omgivande pålarnas respons till följd av excitering av en påle. Pålgruppen sammanfogas därefter i ett betongfundament och impedanserna samt accelerationer inuti pålarna uppmäts. En numerisk modell baserad på de identifierade mekaniska egenskaperna av jorden upprättas och valideras genom mätningarna. De numeriska resultaten är i god överensstämmelse med de uppmätta vilket styrker användningen av numeriska modeller för att förutsäga interaktionen mellan jord och spetsbärandepålar under de studerade jordförhållandena. / <p>QC 20210302</p>

This thesis project has been conducted during a five-month research exchange visit to the Space Structure Dynamics and Control research group at University College Dublin. This report presents the design, development, and validation of a nanosatellite attitude control testbed. The testbed was designed to replicate the microgravity conditions of space by utilising an air bearing, enabling single-axis rotational motion for a 1U CubeSat-sized nanosatellite. The novel aspect of this research is the inclusion of two-degree-of-freedom, lumped-mass flexible appendages on either side of the nanosatellite, emulating a lightweight, flexible space structure. These flexible appendages were designed based on the stiffness characteristics of a deployable CubeSat solar array system found in existing literature, with exaggerated motion to amplify the measurable effects of various control approaches. The central focus of this project was the development of an avionics stack closely resembling CubeSat attitude control boards. The stack uses an STM32 microcontroller as the primary attitude control computer, and a suite of off the shelf breakout boards for sensors and wireless telemetry systems. Power, serial and I2C buses connect the attitude control board and the onboard computer board. A reaction wheel actuator controls the Euler heading attitude. The testbed was designed as an experimental platform for validating control algorithms developed through a model-based approach. Integration with the Simulink Embedded Coder toolbox allows for the compilation of Simulink models into C code, facilitating direct execution on the testbed. The testbed’s physical construction involves 3D printed ABS components, with the inclusion of load cells to measure disturbance torques from the excited flexible appendages. Results from validation experiments show that a simple PID controller causes significant excitation in the flexible appendages during a slew manoeuvre. However, the introduction of an input shaped attitude profile tailored to the natural frequency of the appendages successfully reduced the measured appendage excitation by 50%. Conversely, the force impedance wave based control approach did not show a reduction in appendage excitation, but shows promise for further developments in future work. In conclusion, the testbed has successfully achieved its predefined project objectives, albeit requiring further refinement, particularly in the telemetry down-link system. It is recommended that future work focuses on enhancement of the telemetry system, and validation of a model based approach to controller design. / Detta examensarbete har utförts under ett fem månaders forskningsutbyte vid forskningsgruppen Space Structure Dynamics and Control vid University College Dublin. Denna rapport presenterar design, utveckling och validering av en testbädd för attitydstyrning av en nanosatellit. Testbädden utformades för att efterlikna mikrogravitationsförhållandena i rymden genom att använda ett luftbärande lager, vilket möjliggör rotationsrörelse kring en axel för en nanosatellit av storleken 1U CubeSat. En unik aspekt av detta arbete är inkluderingen av två-frihet-graders, sammansatta flexibla påhängen på vardera sidan av nanosatelliten, vilket efterliknar en lätt, flexibel rymdstruktur. Dessa flexibla påhängen utformades med utgångspunkt från styvhetsegenskaperna hos ett utskjutbart CubeSat-solcellssystem som finns i befintlig litteratur, med överdriven rörelse för att förstärka de mätbara effekterna av olika styrmetoder. Det centrala fokuset för detta projekt var utvecklingen av en avionikstack som nära liknar CubeSat-attitydregleringkort. Stacken använder en STM32-mikrokontroller som primär dator för attitydkontroll och ett urval färdiga breakout-kort för sensorer och trådlös telemetri. Strömförsörjning, serie- och I2C-bussar ansluter attitydregleringkortet och omborddatorn med en reaktionshjulsaktuator som styr Euler-attityd. Testbädden utformades som en experimentell plattform för att validera styralgoritmer som utvecklats med hjälp av en modellbaserad metod. Integration med Simulink Embedded Coder möjliggör kompilering av Simulink-modeller till C-kod, vilket underlättar direkt exekvering på testbädden. Testbäddens fysiska konstruktion innefattar 3D-utskrivna ABS-komponenter med inkludering av lastceller för att mäta störningsmoment från de exciterade flexibla påhängen. Resultaten från valideringsexperiment visar att en enkel PID-regulator orsakar betydande excitation i de flexibla påhängena under en vridningsmanöver. Dock lyckades en input-formad attitydprofil som anpassats till de flexibla påhängenas naturliga frekvens framgångsrikt minska den uppmätta excitationen med 50%. Omvänt visade den kraftimpedansvågbaserade styrmetoden inte någon minskning i excitation, men visar potential för vidare utvecklingar i framtida arbete. Sammanfattningsvis har testbädden framgångsrikt uppnått sina fördefinierade projektmål, om än med behov av ytterligare förfining, särskilt i telemetrisystemet. Det rekommenderas att framtida arbete fokuserar på förbättring av telemetrisystemet och validering av en modellbaserad ansats till styrdesign.