En snabbkopplingstyp för högtryckshydraulik (1000 Bar = 100 MPa) förbättrades med avseende på kulavtryck och låsmekanism. Kopplingen tenderade att ställa sig i halvlåst läge och kopplas ur oavsiktligt. Arbetet inkluderade minskning av kulavtryck i snabbkopplingens nippel samt förhindrande av oavsiktlig urkoppling och halvlåst läge. Geometriska förändringar och materialbyte ledde till dessa förbättringar. Snabbkopplingen är nu optimerad för hertzkontakter och sannolikheten för oavsiktlig urkoppling är mycket låg. Kopplingen är nu säkrare att hantera och är bättre lämpad att ta upp höga kultryck som orsakade kulavtrycken.

Detta arbete sammanfattar en del av den forskning som gjorts på kugghjul och planetväxlar med avseende på egenskaper som lastfördelning, verkningsgrad och ingreppsstyvheter. En jämförelse görs mellan olika metoder för beräkning av ingreppsstyvheter vilken visar på stora skillnader. En planetväxel av typ D simuleras i flerkroppsdynamikprogramvaran MSC ADAMS där egenskaper som lastfördelning, vridstyvhet och utväxling undersöks.

Rolling contacts are utilized in many technical applications, both in bearings and in the contact between gear teeth. These components are often highly loaded, which makes them susceptible to suffer from rolling contact fatigue. This work focuses on the rolling contact fatigue mechanism of pitting. In order to attain a better understanding of why pitting initiates and grows, detailed simulations of rolling contacts have been performed. In particular the contact between two gears in a truck retarder was here used as a case study. The investigated contact experienced elastohydrodynamic lubrication conditions since the load was high enough to causes the surfaces in contact to deform and the viscosity of the lubricant to increase significantly. In Paper A it was investigated if surface irregularities in the size of the surface roughness are large enough to cause surface initiated fatigue. The investigation focused on the pitch line since small surface initiated pits were found here even though there was no slip present. Since there were pits present at the pitch line, it is important that the theories of pitting can explain the development of pits also in the absence of slip. The conclusion of the work was that surface irregularities of the size of normal surface roughness are enough to cause surface initiated fatigue at the pitch line. In Paper B it was investigated why pits are more likely to initiate in the dedendum of pinion gears than in the addendum. In both areas slip is present but in different directions. In the dedendum the friction from slip is against the rolling direction which enhances the risk for pitting. The investigation was performed by studying the effect of the temperature rise in the contact caused by the slip. The conclusion drawn was that the temperature rise in the contact explained why pitting was more common in the dedendum than in the addendum. / Rullande kontakter förekommer i många applikationer, till exempel i lager och mellan kugghjulständer. Både lager och kugghjul utsätts ofta för höga laster vilket gör att dess ytor löper stor risk att utmattas, vilket kallas rullande kontaktutmattning. Denna studie fokuserar på pitting, även kallat spalling, vilket är en typ av rullande kontaktutmattning där en utmattninsspricka växer fram som får delar av ytan att ramla av. För att få en bättre förståelse varför pittingskador uppkommer har noggranna simuleringar utförts av rullande kontakter. Kontakten mellan två tänder på kugghjul i en lastbilsretarder har används som underlag då många pittingskador påträffats på dem.  För att minska friktionen och nötningen i kontakten mellan kuggtänderna användes smörjmedel. De höga lasterna lastbilsretardern utsattes för deformerade kuggarnas ytor elastiskt samtidigt de kraftigt ökade viskositeten hos smörjmedlet. Dessa förhållanden gör att kontakten kallas för elastohydrodynamiskt smord, vilket på engelska förkortas till EHL. I Artikel A undersöktes om små ytojämnheter kan orsaka ytinitierade pittingskador. Eftersom skadan påträffats i friktionslösa kontakter, så som vid rullcirkeln på de undersökta kugghjulen, är det viktigt att teorierna som förklarar uppkomsten inte är beroende av friktion. Undersökningen fokuserade därför på förhållandena vid rullcirkeln.  Slutsatsen från arbetet var att små ytojämnheter, av samma storleksordning som ytojämnheterna på de undersökta kugghjulen, är tillräckligt stora för att orsaka utmattningsskador. I Artikel B undersöktes varför det är vanligare att pitts initieras i dedendum än addendum på drivande kugghjul. Kontakten på båda sidorna om rullcirkeln slirar svagt åt olika håll. Att kontakten slirar skapar friktion som är motriktad rullriktningen i dedendum vilket ökar risken för pittingskador. För att undersöka varför dessa förhållanden ökar risken för skador fördjupades analysen av kontakten genom att inkludera temperaturfältet. Simuleringarna visade att temperaturen ökar genom kontakten vilket orsakar en asymmetrisk spänningsfördelning. Denna asymmetriska spänningsfördelning gör att ytojämnheter i dedendum är troligare att orsaka skador än ytojämnheter i addendum. / <p>QC 20180213</p>

Since their introduction in the late 20th century, lithium-ion batteries have become the leading battery technology for portable devices and electric vehicles due to their high energy density and rechargeability. However, the increasing demand for a longer battery life span is hindered by the fading of the battery’s charge capacity over prolonged use. This reduction in charge capacity stems from electrochemical and mechanical degradation of the battery cells. The main research focus in the literature has been on the chemical degradation of battery cells. However, the mechanical degradation also substantially contributes to the battery’s capacity degradation. Therefore, it is crucial to understand the mechanical properties of the battery cells to be able to mitigate mechanical degradation. The battery’s mechanical degradation stems from the electrode layers’ constituents. This thesis aims to model the positive electrode’s mechanical properties by recreating its granular microstructure using the discrete element method. In Papers 1 and 2, a discrete element method modelling framework is developed, which can reconstruct a positive electrode layer of a lithium-ion battery, simulate manufacturing processing steps, and determine the mechanical properties of the electrode layer. The framework uses two contact models, representing the positive electrode material in the form of particles and a binder agent, which gives the electrode layer its structural integrity. The framework is used to link the mechanical behaviour of the electrode particles and the binder agent to the mechanical behaviour of the entire electrode layer. The framework is able to capture the layer’s pressure sensitivity and relaxation behaviour, properties which have been displayed in the literature through experimental testing. / Sedan de introducerades i slutet av 1900-talet har litiumjonbatterier blivit den ledande batteriteknologin för portabla enheter samt elfordon på grund av deras höga energidensitet och återladdningförmåga. Den ökade efterfrågan på utökade batterilivslängder är dock hämmad av reduceringen av uppladdningskapacitet över längre användningstider. Denna reducering av laddningskapacitet kommer från elektrokemisk och mekanisk degradering av battericellerna. Det största forskningsintresset i litteraturen har varit på den kemiska degraderingen av battericellerna. Dock ger den mekaniska degraderingen ett betydande bidrag till batteriets kapacitetsdegradering. Därför är det viktigt att förstå battericellens mekaniska egenskaper för att kunna förhindra mekaniskdegradering. Batteriets mekaniska degradering beror på elektrodlagrets beståndsdelar. Denna avhandlings målsättning är att modellera den positiva elektrodens mekaniska egenskaper genom att återskapa dess granulära mikrostruktur med hjälp av diskret elementmetodik. I Artikel 1 och 2 utvecklades ett ramverk för modellering med användning av diskreta elementmetoden, vilket kan återskapa det aktiva lagret för en positiv elektrod, simulera tillverkningsprocesser, samt fastställa elektrodlagrets mekaniska egenskaper. Ramverket använder två kontaktmodeller som representerar det positiva elektrodmaterialet i form av partiklar samt ett bindemedel, som ger elektrodlagret dess strukturella integritet. Ramverket används för att undersöka hur de mekaniska egenskaperna för det hela elektrodlagret beror på egenskaperna för de aktiva partiklarna samt bindemedlet. Ramverket kan fånga lagrets tryckkänslighet samt dess relaxering, egenskaper som har påvisats i litteraturen genom experimentell provning. / <p>Qc240322</p>

During tightening of a screw, the variation in friction will affect the force acting on the joint, especially when tightening using torque as a control parameter. So, it is crucial to have a proper understanding of the contact mechanism and friction in the screw head to joint and thread interfaces. This will make it possible to develop tightening strategies that compensate for the friction variation to assure a better quality of the joint. This understating could be achieved through conducting experiments using a pin on disc tribometer. In the present study, the frictional behavior of three different coatings has been investigated using a tribometer. The study comprises both the experimental and numerical procedures. Experimental tests have been conducted to find the required material inputs for numerical modeling, and also, to log the results required for validation of the simulation results. The Central Composite Design (CCD) method has been employed for the design of experiments where the normal pressure and sliding velocity have been selected as the test parameters (design factors). For the numerical part of the study, the localized finite element model of the contact region of the pin and coated disc has been made in ANSYS. The model represents a portion of the test specimen used in the tribometer so that a high level of refinement could be applied. Two different approaches have been implemented in ANSYS to model the friction coefficient as a function of normal pressure and sliding velocity. The both approaches are based on a mathematical model for friction coefficient which has nine constants that could be determined using the experimental tests’ results. Also, a correction scheme for the contact stiffness has been implemented so that the mesh dependency of the model could be reduced significantly. Finally, the results of the numerical modeling have been compared with those obtained from experiments for friction force. The comparison shows a good agreement between them, proving the accuracy of the utilized numerical model and the correction scheme employed. / Vid åtdragning av en skruv kommer variationen i friktion att påverka kraften som verkar på fogen, speciellt vid åtdragning med vridmoment som styrparameter. Så det är avgörande att ha en ordentlig underskattning av kontaktmekanismen och friktionen i skruvhuvudet till skarvar och gänggränssnitt. Detta kommer att göra det möjligt att utveckla åtdragningsstrategier som kompenserar för friktionsvariationen för att säkerställa en bättre kvalitet på fogen. Denna underskattning kan uppnås genom att utföra experiment med en stift på skivtribometer. I föreliggande studie har friktionsbeteendet hos tre olika beläggningar undersökts med hjälp av en tribometer. Studien omfattar både de experimentella och numeriska procedurerna. Experimentella tester har genomförts för att hitta nödvändiga materialingångar för numerisk modellering, och även för att logga de resultat som krävs för validering av simuleringsresultaten. Central Composite Design (CCD) metod har använts för design av experiment där det normala trycket och glidhastigheten har valts som testparametrar (designfaktorer). För den numeriska delen av studien har den lokaliserade finita elementmodellen av kontaktområdet för stiftet och den belagda skivan gjorts i ANSYS. Modellen representerar en del av testexemplaret som används i tribometern så att en hög nivå av förfining kunde tillämpas. Två olika tillvägagångssätt har implementerats i ANSYS för att modellera friktionskoefficienten som en funktion av normalt tryck och glidhastighet. Båda tillvägagångssätten är baserade på en matematisk modell för friktionskoefficient som har nio konstanter som kan bestämmas med hjälp av de experimentella testernas resultat. Dessutom har ett korrigeringsschema för kontaktstyvheten implementerats så att modellens meshberoende kan reduceras avsevärt. Slutligen har resultaten av den numeriska modelleringen jämförts med de som erhållits från experiment för friktionskraft. Jämförelsen visar en god överensstämmelse mellan dem, vilket bevisar noggrannheten hos den använda numeriska modellen och det använda korrigeringsschemat.

This thesis aims to investigate the coefficient of friction between steel on steel contacts with the addition of solid lubricants such as h-BN, WS2, MoS2 in powder form, in dry conditions and wet conditions. More specifically, the purpose is to enhance the sliding between the piston rings and cylinder block in a modern high temperature steam engine developed by RANOTOR. The friction test was carried out as a linear sliding test with determined loads and sliding speed. Hertzian contact theory was deployed to calculate contact pressure and shear stresses to make sure the contact was elastic, alternatively plastic. It was found that WS2 and  MoS2 lowered the coefficient of friction quite heavily in dry conditions, acting as a thin protective-lubricating film. h-BN performed rather poorly, increasing the coefficient of friction. In a water slurry, none of the powders managed to decrease the COF due to the particles not interacting with the surfaces.The solid lubricants tested should be further tested as coatings since they acted like it in dry conditions. / Denna rapport syftar till att undersöka friktionskoefficienten i stålkontakter med tillsats av fasta smörjmedel som  h-BN, WS2, MoS2 i pulverform, under torra och våta förhållanden. Mer specifikt är syftet att förbättra glidningen mellan kolvringarna och insidan av cylindern i en modern högtemperatur-ångmotor utvecklad av RANOTOR. Friktionstestet genomfördes som ett linjärt glidtest med bestämda belastningar och glidhastighet. Hertzian-kontaktteorin användes för att beräkna kontakttryck och skjuvspänningar för att säkerställa att kontakten var elastisk alternativt plastisk. Det visade sig att WS2och MoS2 kraftigt sänkte friktionskoefficienten under torra förhållanden genom att agera som en tunn skyddande-smörjfilm. h-BN presterade dåligt och ökade friktionskoefficienten. I vattenblandning lyckades inget av pulverna minska friktionskoefficienten eftersom partiklarna inte interagerade med ytorna. De testade fasta smörjmedlen bör vidare testas som beläggningar eftersom de fungerade som dessa under torra förhållanden.