The aim of the thesis is to study the response of Swedish buttress dams if they are subjected to an earthquake of relevant magnitude to Sweden. Swedish dams are evaluated for an extensive amount of load cases, but not for earthquake loading. Therefore, it is not known how the Swedish buttress dams would respond during such loading. Earthquake engineering is practised only to a marginal extent in Sweden due to a low risk of major earthquakes. In fact, an earthquake hazard zonation map that provides data for earthquake resistant design, does not even exist for Sweden. Therefore, part of the thesis is aimed at acquiring data from alternative sources to enable seismic evaluation. The effect of earthquakes on Swedish buttress dams are analysed through case studies. The case studies are performed with numerical analysis using the commercial finite element program Brigade Plus. The case studies are performed on two buttress dam models that were selected based on an inventory of Swedish buttress dams. In the case studies, the dam models are evaluated for the Safety Evaluation Earthquake (SEE), which correspond to 10 000 years return period. At the SEE event, the Peak Ground Acceleration (PGA), is also related to the geographical location of a dam. The envelope of available PGA in Sweden was used in the case studies to cover the spectrum of PGA. The response of the dams to the lowest value of PGA is insignificant and the dams are essentially unaffected. However, for the highest value of PGA the responses indicates that the concrete of the dams is severely cracked and that the ultimate capacity of the reinforcement may be exceeded. Hence, it is concluded that the geographical location of a Swedish dam is highly influential on the response to earthquake loading. / Syftet med denna uppsats är att analysera effekten på svenska betonglamelldammar i det fall de utsätts för en jordbävning av relevant magnitud för Sverige. Svenska dammar har blivit utvärderade för ett stort antal lastfall, dock ej för jordbävningslaster. Det är därför inte känt hur svenska betonglamelldammar uppträder under sådana laster. Jordbävningsdimensionering tillämpas endast marginellt i Sverige eftersom det föreligger låg risk för kraftfulla jordbävningar. Faktum är att en zonindelningskarta över jordbävningsrisk för byggnadsdimensionering inte ens existerar i Sverige. Därför dedikeras en del av uppsatsen till att hitta data från alternativa källor för seismisk utvärdering. Effekten av jordbävningar på svenska betonglamelldammar analyseras genom fallstudier. Dessa är genomförda baserat på numerisk analys med det kommersiella finita element programmet Brigade Plus. Analyserna är baserade på två utvalda betonglamelldammodeller som valdes genom en inventering av svenska betonglamelldammar. I fallstudien utvärderas dammarna för en Säkerhet Utvärderings Jordbävning (SUJ), denna motsvaras av 10 000 års återkomsttid. Vid en SUJ relateras den Maximala Mark Accelerationen (MAA) även till det geografiska läget av en damm. Ytterlighetsvärdena av tillgänglig MMA värden i Sverige användes i fallstudien för att täcka in hela spektrumet. Effekten av det lägsta MMA värdet på dammarna är obetydlig och dammarna kan anses i stort sett opåverkade. Det högsta värdet av MMA indikerar dock att dammarnas betong utsätts för stor uppsprickning och att kapaciteten av armeringen överskrids. Det kan därmed fastslås att det geografiska läget av en damm har stort inflytande över vilken effekt som kan förväntas vid en jordbävning

Old concrete buttress dams are sensitive to cracking if exposed to large temperature variations. The cracks can make dams sensitive to failure, depending on the size and location of the cracks. These problems can be overcome by lowering the temperature variations and stabilizing the dams. Insulation walls can be built to lower the temperature variations, and the area inside the insulation wall can be climate controlled to ensure a constant temperature. Stabilizing measures could be installing tendons, anchoring monoliths to the foundation or to keep parts of the monolith together. However, the best way to make sure the dam is functioning as expected is to monitor the behavior of the dam through different sensors. The sensors should be connected to some kind of dam monitoring software, which can indicate whether the dam is going to fail in a near future. For this to work, some kind of alert and alarm values has to be determined. The main purpose for this project is to develop a finite element model that could be used to simulate the real behavior of a concrete buttress dam and predict the future behavior of the dam. This makes it possible to determine alert and alarm values for monitoring equipment installed on the dam. Some steps are necessary to be able to create a finite element model representing the real behavior and to predict the future behavior of a dam. A first step is calibration of the model against real measurements, and during the calibration process it is important to evaluate the predictions made. A second step is to determine the normal variation in the behavior of the dam. A last step is to define suitable alert and alarm values, where the alert values are based on the normal variation of the dam and the alarm values are based on failure analyses. The results show that it is possible to calibrate a finite element model with sufficient accuracy in order for it to be used for predictions of the dams behavior. The results show two failure modes of the concrete buttress dam which deviate from previous research, where post-tensioned tendons were not included. From the results, information is given about where to place sensors to be able to capture a failure, how well the finite element model is calibrated, and what the alarm values should be. Furthermore, the results show that the evaluation of predictions made in the calibration process is of utmost importance to achieve a model representing the real behavior. / Gamla betonglamelldammar är känsliga för sprickbildning om de utsätts för stora temperaturvariationer. Sprickor kan göra dammarna känsliga för brott, beroende på storlek och placering av sprickorna. Dessa problem kan övervinnas genom att sänka temperaturvariationerna och stabilisera dammarna. Isoleringsväggar kan byggas för att sänka temperaturvariationerna, och området innanför isoleringsväggen kan klimatkontrolleras för att säkerställa en konstant temperatur. Stabiliserande åtgärder skulle kunna vara att installera spännkablar, förankring av monoliten till berggrunden eller att hålla ihop delar av monoliten. Emellertid är det bästa sättet att se till dammen fungerar som förväntat för att övervaka beteendet hos dammen genom olika sensorer. Givarna borde anslutas till någon form av programvara för dammövervakning, som kan indikera om dammen kommer att gå till brott inom en snar framtid. För att detta ska fungera måste någon form av mjuka och hårda larmvärden bestämmas. Huvudsyftet för detta projekt är att skapa en finit elementmodell som kan användas för att simulera det verkliga beteendet hos en betonglamelldamm och förutsäga framtida beteende av dammen för att kunna bestämma mjuka och hårda larmvärden för vald övervakningutrustning på dammen. Några steg är nödvändiga för att kunna skapa en finit elementmodell som representerar det verkliga beteendet och göra det möjligt att förutsäga det framtida beteendet av en damm. Ett första steg är kalibrering av modellen mot riktiga mätningar och under kalibreringsprocessen är det viktigt att utvärdera predikterade värden. Ett andra steg är att bestämma den normala variationen av dammens beteende. Ett sista steg är att definiera lämpliga värden för mjuka och hårda larmvärden, där de mjuka värdena baseras på dammens normala variation och de hårda larmvärdena på brottsanalyser. Resultaten visar att det är möjligt att kalibrera en finit elementmodell med tillräckligt god noggrannhet att den kan användas för prediktering av dammens beteende. Resultaten visar två brottmoder av betonglamelldammen som skiljer sig från tidigare studier där spännkablar inte hade inkluderats. Från resultaten ges information om var sensorer ska placeras för att kunna fånga ett brott, hur väl finita elementmodellen kalibrerats, och vilka de mjuka och hårda larmvärdena bör vara. Dessutom visar resultaten att utvärderingen av predikteringar som gjorts i kalibreringsprocessen är av yttersta vikt för att uppnå en modell som representerar det verkliga beteendet.

No description available.

Stator inter-turn short circuit (ITSC) faults are one of the common sources for induction machine failure affecting their reliable operation. In this thesis, a finite element (FE) model is developed to study the ITSC fault. The FE model is developed for a prototype induction machine that has the potential to emulate an ITSC fault in the stator. With the developed FE model of the prototype machine, a simulation study is performed to understand the behaviour of various electrical and magnetic quantities in time- and frequency-domain. The investigated quantities are potentially good signatures of the stator winding faults and they are therefore suitable to use in a condition monitoring system. The prototype machine with ITSC faults has been tested in an experimental setup and the results are compared to the simulation and also to analytical results. For the fault current it was found a good agreement between analytical results, FE simulations and experimental results. Moreover, the FE simulation results of the negative-sequence stator current amplitude present a minor mismatch with the analytical and experimental results. The reason for this mismatch is due to an inaccurate knowledge of the prototype machine geometrical parameters. / Kortslutning mellan varven i en asynkronmotors statorlindning (ITSC) är en av de vanligaste källorna för fel som påverkar dess drifttillförlitlighet. I detta examensarbete utvecklas en finit-element (FE) modell för att studera ITSC- fel. FE-modellen är utvecklad för en asynkronmotorprototyp som kan emulera ITSC-fel. Med den utvecklade modellen utförs en simuleringsstudie för att förstå beteendet hos olika elektriska och magnetiska egenskaper både i tids- och frekvensdomän. Dessa egenskaper är goda indikatorer av statorlindningsfel och kan därför med fördel användas i ett tillståndsövervakningssystem. Prototypmaskinen har testats experimentellt och de erhållna resultaten jämförs med FE-simuleringen och analysresultaten. Det analytiska resultatet, FEM- simuleringarna och den experimentella utvärderingen uppvisade god överrensstämmelse vad gäller felströmmen. Dock finns det en mindre avvikelse när det gäller amplituden hos statorströmmens negativa fasföljd. Orsaken till denna avvikelse är att prototypmaskinens geometri inte är helt känd.

The interest in using finite element analysis (FEA) as a product development tool is present within IKEAof Sweden (IoS). To gain additional support from within IoS a project was issued to identify the meritsand demerits of FEA. This was done by applying FEA to optimise an existing product, namely theEktorp sofa frame. Three important questions are addressed in this report: • How can the finite element method efficiently and reliably be applied to improve an existingproduct? • What types of improvements can be anticipated from using the finite element method andhow can these be achieved? • What products are suitable to be developed with the use of FEA? As the sofa frame mainly consists of wood a literature study is conducted to answer several questionsregarding the use of wood in conjunction with FEA. Real life tests are performed to verify acquiredmaterial data. The original design is analysed with FEA to act as reference for newer concepts and also to identifyareas of improvement. Additional design tools are also applied to complement the FEA. Concepts are generated to improve a number of factors such as weight, number of components andcost. These concepts are analysed with FEA to be compared to the original design and incrementallychanged until meeting set requirements. A final concept where the cost, weight and number of components are reduced is thoroughlydescribed and presented as a CAD model. The final result is the Ektorp sofa frame with its weightreduced by 10.9%, number of components reduced by 18.2% and material cost reduced by 13.4%. The conclusion from this process is that FEA can efficiently and reliably be applied to improve anexisting product. This, however, requires thorough knowledge in FEA. Strength, weight and cost arethe most obvious factors that can benefit from the use of FEA while almost all design changes canbenefit indirectly as well. Almost any product can benefit from the use of FEA; however, severalfactors decide the efficiency and reliability of these analyses, such as analysis experience and productcomplexity. / Det finns ett intresse för att använda finita element analyser (FEA) som ett produktutvecklingsverktygpå IKEA of Sweden (IoS). För att få ett ökat stöd inom IoS skapades ett projekt där för och nackdelarnamed FEA kan identifieras. Detta projekt baserades på att optimera en existerande produkt, nämligenEktorp soffans ram. Tre viktiga frågor behandlas i och med detta projekt: • Hur kan finita element metoden appliceras på ett effektivt och tillförlitligt sätt för att optimeraen existerande produkt? • Vilka typer av förbättringar kan man förvänta sig genom att använda finita element metodenoch hur uppnås dessa? • Vilka produkter lämpar sig att utvecklas med hjälp av FEA? Eftersom soffans ram till större delen består av trä inleds en litteraturstudie för att besvara frågor somberör användandet av trä i samband med FEA. Verkliga tester utförs för att verifiera insamladematerialdata. Originalkonstruktionen analyseras med FEA för att skapa en referens till kommande koncept och ävenför att identifiera möjliga förbättringsområden. Flera designverktyg används för att komplettera FEA. Koncept genereras för att förbättra en rad faktorer såsom vikten, antalet komponenter och kostnaden.Dessa koncept analyseras med FEA och jämförs mot originalkonstruktionen för att förbättrasinkrementellt tills det att fastställda krav uppfylls. Ett slutgiltigt koncept där kostnad, vikt och antalet komponenter är minskat beskrivs i detalj ochpresenteras som en CAD modell. Det slutgiltiga resultatet är Ektorp-soffans ram där vikten ärreducerad med 10,9%, antalet komponenter reducerade med 18,2% och materialkostnadernareducerade med 13,4%. Slutsatsen från projektet är att FEA kan appliceras på ett effektivt och tillförlitligt sätt för att förbättraen existerande produkt. Detta kräver dock omfattande kunskap inom FEA. Hållfasthet, vikt ochkostnad är de mest uppenbara parametrar som kan tjäna på användandet av FEA medan nästan allakonstruktionsändringar kan dra nytta av FEA indirekt. Nästan alla produkter kan dra nytta av FEA, detfinns dock en rad faktorer som avgör hur pass effektiva och tillförlitliga analyserna blir. Exempel pådessa är användarerfarenhet och produktkomplexitet.

Denna studie har till syfte att undersöka hur lastfördelningen och följaktligen dimen­sionerande tvärkrafter och moment i brobaneplattor av betong skiljer sig åt beroende på val av beräkningsmetod. Jämförelsen sker primärt för tre utvalda hand­beräknings­metoder som jämförts med beräkningar gjorda i ett beräknings­program baserat på finita element­metoder (FEM). I jämförelsen undersöks hur laster sprids i brobaneplattan enligt de olika beräknings­metoderna och vilka resulterande maximala snittkrafter som erhålls. Hur lastfördelningen sker är en komplex fråga och det är därför intressant att se vilka skillnader det blir i resultat utifrån olika beräknings­metoder. Studien skedde på ett utvalt studieobjekt, en åtta meter bred samverkansbro i Njurunda strax söder om Sundsvall. De trafiklaster som beaktats är lastmodell 1 och lastmodell 2 enligt Eurokod (CEN, 2003). De beräknings­metoder som jämförts i den här studien är dels en metod för beräkning av tvärgående konsol­moment där kantbalken bidrar mycket till den lastspridande effekten. En annan metod är för beräkning av tvärkraftsfördelning vilken generellt anses mycket gynnsam, alltså ger små tvärkrafter att dimensionera bron utifrån. Den tredje och sista handberäkningsmetoden som studerats är beräkningar av tvärgående moment i fältmitt, med hjälp av influensytediagram. Influensytediagrammen som dessa studier baseras på är fram­tagna av Adolf Pucher (Pucher, 1977) och kallas ibland för Pucherdiagram. Finita element­modeller (FE-modeller) skapades för jämförelse av resultat från hand­beräkningar. Flera olika FE-modeller skapades med varierande detaljnivå, för att kunna se hur modelleringstekniken påverkar resultatet. I alla FE-modeller har bro­bane­plattan modellerats som skalelement eftersom detta är det vanligaste sättet att modellera en bro med FEM. Skillnaderna mellan de olika FE-modellerna är framför allt hur huvudbalkarna modellerats. Även ytterligare en handberäkningsmetod tillämpades för respektive snittkraft för att ge ytterligare en referens. Referensmetoderna valdes för att vara enklare metoder som baseras på andra randvillkor än de primära handberäkningsmetoderna i den här studien. Resultatet från studien visar att de förenklingar som finns i handberäkningar kan ha signifikant inverkan på resultatet. Ett konstant förhållande mellan handberäkning och FEM, där den ena beräkningsmetoden alltid resulterade i större snittkrafter, kunde inte konstateras rakt igenom studien. För tvärgående konsolmoment gav hand­beräkningen ett större maxmoment samt att en del skillnader kunde avläsas FE-modellerna emellan. Vid beräkning av tvärkraft gav FE-beräkningen ett resultat som var nära på det dubbla av det resultat handberäkningen gav. För Pucherdiagrammen blev resultaten varierade och det fanns ingen tydlig indikation för om handberäkningar ger större eller mindre tvärgående moment än en FE-modell. Studien resulterade bland annat i ökad kunskap om att förenklingar, vid dimen­sionering av en bro med hjälp av handberäkningar, kan ha stor betydelse för resultatet. Då förenklingar vid handberäkning inte går att välja av användaren finns en fördel med FEM. Fördelen med FEM är då att förenklingar styrs av användaren och det går även att studera vilken effekt en viss förenkling ger. En annan slutsats var att betong är ett material som har ett komplext beteende och i metoder som bygger på empiriska studier kan lättare få med olika effekter som finns i en verklig brobaneplatta av betong. / The aim of this thesis is to study different design methods for determing load distribution, and design values for shear force and bending moment in concrete bridge decks. The study was performed based on three design methods for hand calculations, which have been compared to the results from finite element modelling (FEM). The load distribution has a major impact on the design of a bridge and how the results from different design methods will correlate is of a great interest. The evaluation has been performed on one case study, wich is an eight-meter wide composite girder bridge in Njurunda, situated south of Sundsvall in Sweden. The traffic loads applied for this study was load model 1 and load model 2 prescribed in Eurocode (CEN, 2003). One of the design methods investigated is a method used to determine for bending moment for a cantilever slab. A significant impact from the edge beam utilizes by the method to calculate the bending moment. The second method is a design method for shear forces recommended by The Swedish Transport Administration. The third and last design methods for hand calculation is to use influence charts by Pucher (Pucher, 1977). By using the influence chart to calculate the maximum bending moment in mid-span. Results from different models, created with FEM, were compared to the results from hand ­calculations. The bridge slab was modelled with shell elements, and the girders of the bridge were modelled in four different ways to study the impact of the level of detail in the numerical models. The results in this report show that hand calculation methods are based on significant simplifications of the structure and these may have a major impact on the results. The relation between results from hand calculation methods and results obtained with FEM was not consistent in all cases analysed. While studying the bending moment for a cantilever slab, the main conclusion was that the simplifications in the hand calculation methods resulted in significantly higher moments compared to the FE-calculations. Regarding design for shear forces, the FE analyses resulted in nearly twice as high shear forces compared to the hand calculation methods. While using the influence charts by Pucher the relation between results from hand calculations and results from FEM was not consistent. Conclusions from the study included that the simplifications in hand calcu­lations is hard to change. These simplifications can have a major influence to the results. Some simplifications will make the results more on the safe side. With FEM the user is more free to choose which simplifications that will be made, but it can sometimes be hard to see the effect simplifications have on the results. Concrete is a complex material and design methods based on empirical studies does most likely give a result that reflects the reality better than methods based on mathe­matic theories.

Concrete slabs used in thepulp and paper industries are often situated outdoors, which means that theslabs are exposed to temperature variations due to different weatherconditions. These temperature variations together with operational temperaturesassociated with the manufacturing process, may introduce high temperaturegradients in the concrete. It is believed that the combination of these thermalloads have resulted in cracking in a slender concrete slab.The aim of this degree project has been to determine if the combination ofseasonal temperature and operational temperature is sufficient to introduce thetype of cracking seen in-situ in the concrete slab of a factory in Sundsvall,400 km north of Stockholm. This was achieved by simulating the development ofcracks in a slender concrete slab exposed to thermal loads using finite elementanalysis (FEA). In order to determine the accuracy of the model, the resultswere compared and evaluated against a crack mapping produced by Sweco. Furthersimulations were also carried out, in order to investigate if continuedcracking would occur beyond the time span of the Sweco investigation.The material model Concrete damage plasticity (CDP) in BRIGADE/Plus and Abaquswas used to predict the crack pattern and crack width in the concrete slab.Linear-elastic and non-linear material properties were used in the modelling ofthe concrete slab. The linear-elastic model indicated that thermal variationshowed significant risk of cracking. Thereafter, non-linear material propertieswere used in the modelling process. The cracking was simulated using ambienttemperature data and operational temperatures from the production plant.The results showed that cracking started when thermal loads were introduced tothe model. The ambient seasonal temperature alone was not enough to introducethe type of cracking seen in-situ on the slab. The combination of seasonalambient temperature and operational temperature was needed, in order for cracksto develop in the concrete slab. The results also indicated that the crackswill propagate further, but this can only be confirmed by performing additionalcrack mapping on site. / Betonggrunder som används för utrustning inom massa- och pappersindustrin befinner sig ofta utomhus vilket betyder att dessa är utsatta för vädrets förändringar. Temperaturvariationer i omgivningen och temperaturer som kommer från tillverkningsprocesserna kan medföra att höga temperaturgradienter skapas i betongen. Det är troligt att kombinationen av dessa termiska belastningar har gett upphov till sprick-bildning i en betonggrund.Målet för detta examensarbete har varit att bestämma, om huruvida kombinationen av års- temperaturer och temperaturer från industriprocessen är tillräckligt för att skapa den typ av sprickbildning i betonggrunden som iaktagits på plats hos en fabrik i Sundsvall. Det gjordes genom simulering av sprickbildning på betonggrunden, där grunden utsattes för termiska belastningar genom att använda finita element analys (FEA). För att bestämma tillförlitligheten hos metoden jämfördes och utvärderades resultatet mot en sprickkartering utförd av Sweco baserad på observationer ute på fabriken. Vidare gjordes ytterligare simuleringar utöver det tidsspann som Swecoundersökningarna visade, detta för att undersöka om huruvida sprickningen skulle fortgå.Materialmodellen Concrete damage plasticity (CDP) som finns i programmen BRIGADE/Plus och Abaqus användes för att förutse sprickbildning och sprickbredd i betonggrunden. Linjärelastiska och icke-linjära materialparametrar användes i modelleringen av betonggrunden. Utetemperatursdata tillsammans med temperaturer från industriprocessen användes för att undersöka anledningen till sprickbildningen.Resultaten av analyserna visade att sprickbildning uppkom när betonggrunden ut-sattes för termiska laster. Temperaturer från omgivningen var inte tillräckligt för att initiera sprickbildning. Kombinationen av temperaturer från omgivningen och industriprocessen behövdes för att sprickbildning skulle ske. Resultaten visade även att sprickbildningen kan fortsätta, med fler och bredare sprickor som följd.För att förhindra att sprickor uppstår i framtiden är det väsentligt att betona vikten av att minska uppkomsten av stora temperaturgradienter i betonggrunden.