The current hydraulic system that function as the power source for operating the water jet steering device, need to be located inside of the hull to avoid possible environmental damage. This will cause a height difference from where the power supply will be located and where the output is needed. The research of literature and the limitations given by Rolls-Royce laid the basis for the simulation work. The lever concept is a development of the original layout from Rolls-Royce. The current lever concept was formed by simulation of the individual parts it consists of. The modeling work is a starting point for further design changes and improved solutions depending on what results are achieved when simulation is performed on the parts. The modeling work is not part of this report but can be seen in the other master thesis “Water jet steering concept - evaluation of an environmental design, Part 2” which is not yet done but it will be soon. All simulations made are simplified and they are a solid starting point for further work with dimensioning, material selection and calculations. The results of the simulation show that further development is required before a theoretically functioning concept is achieved. / Det nuvarande hydraulsystemet som verkar som kraftkälla för att manövrera vattenjetens styrsystem, måste flyttas till insidan skrovet för att undvika eventuell miljöskada. Detta kommer bidra till en höjdskillnad mellan vart kraften verkar och vart den behöver verka. Litteraturundersökningen och begränsningar som erhållits från Rolls-Royce låg till grund för simuleringsdelen. Hävarmskonceptet är en version utav original idén från Rolls-Royce. Det framtagna hävarmskonceptet konstruerades med hjälp av simuleringar utav de individuella delarna som ingår i konceptet. Modelleringen är en startpunkt för vidare utveckling av design och förbättrade lösningar baserat på resultaten som erhållits från simuleringen på de olika delarna. Modelleringen är inte en del utav denna rapport men kan ses i examensarbetet ”Koncept för vattenjet styrning - utvärdering av en miljövänlig konstruktion, Del 2” som ännu inte är färdigt men kommer bli det vid senare tillfälle. Alla simuleringar är förenklade och de är en bra startpunkt för vidare bearbetning med dimensionering, materialval och beräkningar. Resultaten från simuleringarna visar att vidare utveckling behövs innan ett teoretisk funktionellt koncept kan uppnås.

Granular materials are widely used as unbound layers within the infrastructure system playing a significant role on performance and maintenance. However, fields like pavement and railway engineering still heavily rely on empirically-based models owing to the complex behaviour of these materials, which partly stems from their discrete nature. In this sense, the discrete element method (DEM) presents a numerical alternative to study the behaviour of discrete systems with explicit consideration of the processes at particulate level governing the macroscopic response.  This thesis aims at providing micromechanical insight into the effect of different particle sizes on the load-bearing structure of granular materials and its influence on the resilient modulus and permanent deformation response, both of which are greatly influenced by the stress level. In order to accomplish this, binary mixtures of elastic spheres under axisymmetric stress are studied using DEM as the simplest expression for gap-graded materials, which in turn also can be seen as a simplification of more complex mixtures. First, the effect of the fines content on the force transmission at contact level was studied. Results were used to define a soil fabric classification system where the roles of the coarse and fine fractions were defined and quantified in terms of force transmission. A behavioural correspondence between numerical mixtures and granular materials was established, where the mixtures were able to reproduce some of the most significant features regarding the resilient modulus and permanent strain dependency on stress level for granular materials. A good correlation between soil fabric and performance was also found. Generally, higher resilient modulus and lower deformation values were observed for interactive fabrics, whereas the opposite held for instable fabrics. Mixtures of elastic spheres are far from granular materials, where numerous additional factors should be considered. Nevertheless, it is the author’s belief that this work provides insight into the soil fabric structure and its effect on the macroscopic response of granular materials. / Grus i form av krossat bergmaterial används i stor utsträckning som obundna bär- och förstärkningslager inom tranportinfrastrukturen och spelar där en viktig roll för verkningsätt, drift och underhåll. Det finns emellertid begränsad kunskap om de fundamentala mekanismerna på partikelnivå (d.v.s. enskilda gruskorn), mekanismer som styr det makromekaniska verkningssättet. Områden såsom väg- och järnvägsbyggnad bygger fortfarande väsentligen på empiriskta baserade modeller p.g.a. dessa materials komplexa uppträdande under belastning. Denna komplexitet beror delvis på den diskreta naturen hos problemet vilket innebär att traditionell matematisk modellering som vore materialen homogena och kontinuerliga, blir inadekvat. Mot denna bakgrund utgör den s.k. diskreta elementmetoden (DEM) ett numeriskt alternativ för att studera verkningssätt hos diskreta system där man explicit beaktar mekanismerna på partikelnivå. Denna avhandling, som baseras på tre vetenskapliga bidrag, syftar till att ge mikromekaniska insikter vad gäller effekten av olika partikelstorlekar på bärförmågan hos grusmateral och dess inverkan på styvhet och motstånd mot permanenta deformationer. Båda dessa parametrar påverkas kraftigt av spänningsnivån och kan studeras genom triaxialförsök. För att undersöka detta studerades med hjälp av DEM binära blandningar av elastiska kulor – den enklaste modellen av grusmaterial med språng i fördelningskurvan – som utsattes för axialsymmetrisk belastning. Denna modell kan i sin tur ses som en förenkling av mer komplexa blandningar. Inledningsvis studerades effekten av finpartikelinnehållet på partikelkontakternas kraftöverföring. Resultaten användes för att klassificera olika typer av skelettstrukturer i grusmaterialet där den finare och den grövre fraktionens roller kvantifierades med utgångspunkt från kraftöverföringen i stället för från det makromekaniska verkningssättet. Resultaten visade en korrelation vad gäller verkningssättet mellan numeriska blandningar och grusmaterial, där de numeriska blandningarna kunde reproducera några av grusmaterials viktigaste kännetecken vad gäller spänningsberoendet för styvheten vid avlastning och motståndet mot permanent deformation. Vidare visades att styvheten kunde bestämmas ur första belastningscykeln vilket underlättar att övervinna de begränsningar avseende beräkningstid som annars förknippas med DEM. God överensstämmelse mellan grusmaterialets skelettstruktur och verkningssätt kunde också observeras. Generellt observerades högre styvhet och mindre permanenta deformationer för interaktiva skelettstrukturer medan det motsatta gällde för instabila strukturer. Numeriska blandningar av elastiska kulor är långt från verkliga grusmaterial, för vilka ett stort antal ytterligare faktorer måste beaktas. Icke desto mindre är det författarens övertygelse att detta arbete ger insikter i grusmaterialets skelettstruktur och dess effekter på det makromekaniska verkningssättet hos grusmaterial. / <p>QC 20161116</p>

One of the main challenges in wireless power transfer (WPT) devices is performance degradation when the receiver’s position and characteristics vary. The variations in the system parameters such as load impedance and coupling strength in WPT devices affect performance characteristics such as output voltage and power. When the system parameters are different from the optimal operating conditions, the performances are degraded. Therefore, the load impedance and coupling strength must be monitored to do the necessary optimization and control. However, such control approaches require additional sensing circuits and a data communication link between transmitter- and receiver-sides. This study proposes a new machine learning (ML) assisted WPT system that predicts the power delivered to the receiver by only using measurements at the transmitter-side. In addition, a method is also proposed to estimate load impedance and coupling coefficient using machine learning approach. We study what parameters measurable at the transmitter-side can be used to predict the output power delivered to receivers at variable load impedance and coupling strengths. In the proposed method, the output power of an inductor-capacitor-capacitor (LCC)-Series tuned WPT system is successfully predicted only using the measured root-mean-square (RMS) of the input current. Random forest algorithm has shown best accuracy to estimate the output power based on transmitter-side parameters only. The proposed approach is experimentally validated using a laboratory prototype. Harmonic components of the input current are used to assess the load impedance and coupling coefficient successfully. Multi-output regression has the highest accuracy for estimating the load impedance and coupling coefficient. The proposed ML algorithm is also used to classify the turn-on and -off regimes to ensure high-efficient operation. / En av de viktigaste utmaningarna med trådlösa kraftöverföring enheter är degraderingen av prestandan när mottagarens position och egenskaper varierar. Variationerna av systemets parametrar, såsom belastningsmotstånd och kopplings styrka i WPT-anordning, påverkar prestanda egenskaperna såsom spänning och effekt. När system parametrarna skiljer sig från de optimala drifts förhållandena, försämras prestandan. Därför måste luftmotståndet och kopplings styrkan övervakas, för att göra nödvändig optimering och kontroll. Sådana styrmetoder kräver emellertid ytterligare avkännings kretsar, och en data kommunikationslänk mellan sändar- och mottagarsidan. Denna studie föreslår ett nytt maskininlärning assisterat WPT-system, som förutsäger kraften som levereras till mottagaren genom att endast använda mätningar på sändarsidan. Dessutom föreslås en metod för att detektera belastningsimpedans och kopplings koefficient med användning av maskin inlärningsmetoder. Vi studerar vilka parametrar som är mätbara på sändarsidan och som kan användas för att förutsäga utgången effekten som levereras till mottagare vid varierande belastningsmotstånd och kopplings nivåer. I den föreslagna metoden förutses framgångs effekten för ett induktor-kondensator-kondensator LCCserie avstämt WPT-system endast framgångsrikt med hjälp av det uppmätta effektivvärdet för ingångs strömmen. Slumpmässig skogsalgoritm har visat exceptionell noggrannhet för att uppskatta uteffekten endast baserat på sändarsidans parametrar. Den föreslagna metoden valideras experimentellt med användning av en laboratorium prototyp. Harmoniska komponenter i ingångs strömmen används för att framgångsrikt bedöma last motståndet och kopplings koefficienten. Multi-utgångsregression har verkat vara mycket exakt för att uppskatta belastningsimpedans och kopplingskoefficient. Den föreslagna maskininlärning algoritmen används också för att klassificera start-och-off-regimer för att säkerställa hög effektiv drift.

Detta examensarbete har utförts på uppdrag av Terco. Tercos PST 2220Transmission Line and Distribution Module fungerar som en fysisk modellav ett verkligt transmissions- eller distributionsnät där fem olika typer av nätmed avseende på längd, spänningsnivå och skenbar effekt är möjliga. Idagfinns ett behov av en modell där användaren kan ställa in dessa parametrarså att modellen mer precist kan spegla vilka egenskaper det specifika nätethar. Här undersöks hur längden och dess inverkan på en ledning kan varierasi en modell.En presentation av hur transmissions- och distributionsnät fungerar ochbeskrivs teoretiskt lägger grunden till den modell och de två approximationersom kan beskriva ett helt näts egenskaper.Då R, L och C komponenterna behöver kunna varieras för att fysisktkunna realisera denna teoretiska modell undersöks vilka metoder som dettakan genomföras på. För detta undersöks två tillvägagångssätt, kaskadkopp-lad pi-modell och variabel aktiv-passiv reaktans.Flera aspekter som utrymme, kostnad och variabilitet gör att varia-bel aktiv-passiv reaktans är att föredra. Dess funktion som en varierbarspänningskälla, uppbyggd av switchar styrda med reglerteknik och puls-breddsmodulering gör att komponenterna R, L och C och dess egenskaperoch inverkan på en transmissionslinje kan åstadkommas. Resultatet är attde nödvändiga R,L,C komponenterna går att variera i storlek för att kunnaingå i en varierbar transmissionsledningsmodell.Resultatet och målen säkerställs med simuleringar där variabel aktiv-passiv reaktans visas kunna vidareutvecklas och praktiskt testas för att mo-dellera transmissions- och distributionsnät med olika längd. Nyckelord. Variabilitet, Inverterare, Impedans, DC-AC, Pulsbreddsmodu-lering, Övertoner, Transmissionsledning, Spänningsfall, Reaktiv effekt. / This diploma work has been carried out on behalf of Terco. TercosPST 2220 Transmission Line and Distribution Module works as a physicalmodel of a real transmission and distribution grid where five different typesof networks based on length, voltage and apparent effect are available. Thereis today a need of a model where the user self can adjust these parameters sothat the model more precisely can reflect the characteristics that the specificgrid has. Here it’s investigated how the length and its impact on a line canbe varied in a model.A presentation of how the transmission and distribution grid works andare described theoretically provides the basics for the different models thatcan describe a whole network and its properties.Since the R, L and C components needs to be able to be varied to be ableto physically realize this theoretical model, the different methods that thiscan be realized through are investigated. Two approaches are investigated,the cascaded pi-model and variable active-passive reactance (VAPAR).A number of aspects like space, cost and variability makes the variableactive-passive reactance the most suited solution. Its function as a variablevoltage source, made out of an four switches, operated with control techno-logy and pulse width modulation, makes it possible to imitate R, L and Csproperties and effect on a transmission line. The result is that the necessaryR,L,C components are made adjustable in order to be incorporated in aadjustable transmission lin model.The result and the goal are verified with simulations where variableactive-passive reactance is proved able for further development and practicaltests to model transmission and distribution lines with different length. Keywords. Variability, Inverter, Impedance, DC-AC, Pulse width modula-tion, Harmonics, H-bridge, Transmission line, Voltage drop, Reactive effect.

This thesis deals with wireless power transfer from an external source to embedded small devices (such as for conditioning monitoring, control etc.) located at different distances from the source. The proposed designs can be used in a variety of applications, including mobile phones, electric cars, unmanned aerial vehicles, robots, etc. where it could be very convenient to transmit power without wires/cables. The wireless charging method which avoids using conventional cables and wires for energizing or charging electrical devices has been one of the fastest developed recent technologies. The inductive coupling technique is one way to transfer power wirelessly and works fairly well over very short distances. For distances greater than the radius of the emitter, however, inductive coupling rapidly declines. An improved approach is to create inductive-capacitive resonance which improves efficiency and transfer distance, which was proposed by Tesla. Other methods using more than two coils have lately been proposed, which improve transfer characteristics even further. Several designs were proposed consisting of two, three and four coil combinations, with different shapes and sizes. A ferrite cored solenoid was also chosen as emitter in some setups over air cored solenoid, for better field enhancement in longitudinal energy transfer applications. To have low resistive high energy transfer, coil-capacitor designs were proposed. Several simulations were performed using COMSOL Multiphysics software to understand the magnetic field distribution and transfer to the adjacent coils in air medium. Based on this power transfer efficiency graphs were plotted for every proposed design. For validation, few simulations were contrasted with lab experiments. The focus was to develop and contribute to the improvement of existing techniques. For this, it is sometimes enough to transfer a small amount of power (e.g., 0.5 W) at different distances and frequencies with different set ups. The results obtained from the simulation and measurements were used to evaluate the impact of frequency and transfer distance on energy transfer in wireless power transfer techinque for proposed design. The analysis was used to suggest the improvements or part of future work in the designs such as use of Litz wire and ferrite concentrators with thin conductive laminates. / Detta examensarbete behandlar trådlös kraftöverföring från en extern källa till inbyggda små enheter (såsom för tillståndsövervakning, kontroll etc.) placerade på olika avstånd från källan. De föreslagna designerna kan användas i en mängd olika applikationer, inklusive mobiltelefoner, elbilar, obemannade flygfordon, robotar, etc. där det kan vara mycket bekvämt att överföra ström utan ledningar/kablar. Den trådlösa laddningsmetoden som undviker att använda konventionella kablar och ledningar för att strömsätta eller ladda elektriska apparater har varit en av de snabbast utvecklade nya teknologierna. Den induktiva kopplingstekniken är ett sätt att överföra ström trådlöst och fungerar ganska bra över mycket korta avstånd. För avstånd större än sändarens radie avtar emellertid den induktiva kopplingen snabbt. Ett förbättrat tillvägagångssätt är att skapa induktiv-kapacitiv resonans som förbättrar effektiviteten och överföringsavståndet, vilket föreslogs av Tesla. Andra metoder som använder mer än två spolar har nyligen föreslagits, vilka förbättrar överföringsegenskaperna ytterligare. Flera konstruktioner föreslogs bestående av två, tre och fyra spolar kombinationer, med olika former och storlekar. En solenoid med ferritkärna valdes också som sändare i vissa inställningar framför solenoid med luftkärna, för bättre fältförstärkning i longitudinella energiöverföringstillämpningar. För att ha låg resistiv hög energiöverföring föreslogs spolkondensatorkonstruktioner. Flera simuleringar utfördes med COMSOL Multiphysics programvara för att förstå magnetfältets distribution och överföring till intilliggande spolar i luftmedium. Baserat på detta ritades grafer för effektöverföringseffektivitet för varje föreslagen design. För validering kontrasterades få simuleringar med labbexperiment. Fokus var att utveckla och bidra till förbättringen av befintliga tekniker. För detta räcker det ibland att överföra en liten mängd effekt (t.ex. 0,5 W) på olika avstånd och frekvenser med olika uppsättningar. Resultaten från simuleringarna och mätningarna användes för att utvärdera effekten av frekvens och överföringsavstånd på energiöverföring i trådlös kraftöverföringsteknik för föreslagen design. Analysen användes för att föreslå förbättringar eller delar av framtida arbete i designen, såsom användning av Litz-tråd och ferritkoncentratorer med tunna ledande laminat.

This thesis primarily deals with the concept of designing an antenna based device to harvest energy from Radio Frequency (RF) and using the harvested energy to sense the available Long Term Evolution (LTE) network in order for the Internet of Things (IoT) devices to connect to the network for the purpose of transmitting and receiving data. Secondarily the importance of this project is targeting how to conserve battery power in an IoT device and extend it’s lifetime. Research in the field of energy harvesting has been going on for a long time. Most of the researches concentrate on harvesting significant amount of energy to power up an entire device and so no one has ever thought of using the harvested RF energy to sense the availability of LTE network. This method of using antenna to sense network requires only a small amount of harvested energy. Due to this reason the proposed design works for a very low input received signal strength indicator (RSSI) as well, unlike higer RSSI required for other applications. The proposed design has three major sub-parts such as the (i) Antenna for the purpose of receiving the available ambient radio frequency. (ii) Matching circuit for the purpose of maximum power transfer between the antenna and the rectifier circuit. Finally (iii) rectifier which is used to convert the AC voltage into DC voltage. The device then measures the obtained voltage through the Analog to Digital Converter (ADC) pin in the Micro-Controlling Unit (MCU) available with the attached IoT device. The MCU then maps the harvested voltage into the corresponding analog voltage.Depending on the set threshold voltage the MCU can then advice whether or not to connect to the LTE network. The design implements matching circuit for the two LTE bands that are primarily in use in the European region i.e., band 3, 8 that work in 915, 1800 MHz frequency region respectively. In this way we can identify in which band the device is harvesting energy. The matching circuit also acts as a bandpass filter. For the design and production of the entire harvester device one needs adequate knowledge in the field of RF and Antennas and a high level knowledge in the field of electronics in order to run Simulations and to design Printed Circuit Boards (PCBs). Advanced Design Software (ADS) has been used to run all the simulations and Altium software for the design of PCBs. The final prototype is presented along with the casing and tested on the field in practical scenario. Antenna test chambers were used to test the performance of the antennas being used for the design. The prototype harvests RF energy and indicates whether or not to connect to the LTE network with the help of light emitting diode (LED). The uniqueness of the device is that it can detect signals as low as -110 dBm, this has been set as the threshold for the purpose of sensing LTE networks. / Denna avhandling behandlar primärt konceptet att använda antenner för att hämta energi från RF och att använda den insamlade energin för att känna av det tillgängliga LTE-nätverket för att IoT-enheterna ska kunna ansluta till nätverket för syftet med att överföra och ta emot data. Sekundärt Målet med av detta projekt är att spara batteri i en IoT-enhet och förlänga dess livslängd. Forskning inom området energiskörd har pågått under lång tid nu. De flesta av undersökningarna koncentrerar sig på att skörda betydande mängder energi för att driva en hel enhet och så ingen har någonsin tänkt på att använda den avkända RF-energin för att känna av tillgängligheten för LTE-nätverket. Denna metod för att använda antenn för att känna av nätverk kräver endast en liten mängd skördad energi. På grund av denna anledning fungerar den föreslagna designen även för en mycket låg ingång RSSI, till skillnad från högre RSSI som krävs för andra applikationer. Den föreslagna designen har tre huvuddelar, såsom (i) antennen för att ta emot den tillgängliga omgivande radiofrekvensen. (ii) Matchningskrets för maximal effektöverföring mellan antennen och likriktarkretsen. Slutligen (iii) likriktaren som används för att omvandla AC-spänningen till DC-spänning. Enheten mäter sedan den erhållna spänningen genom ADC-stiftet i MCU som finns tillgänglig med den anslutna IoT-enheten. MCU mappar sedan den genererade spänningen till motsvarande analoga spänning. Beroende på den inställda tröskelspänningen kan MCU sedan ge råd om att ansluta till LTE-nätverket eller inte. Konstruktionen implementerar matchningskrets för de två LTE-banden som primärt används i den europeiska regionen vilka är band 3, 7 som arbetar i 915 respektive 1800 MHz frekvensområdet. På så sätt kan vi identifiera i vilket band enheten hämtar energi i. Matchningskretsen fungerar också som ett bandpassfilter. För design och produktion av hela insamlingsenheten behöver man adekvat kunskap inom området RF och antenner och en hög nivå kunskap inom elektronikområdet för att kunna köra simuleringar och designa PCBs.ADS har använts för att köra alla simuleringar och Altium-mjukvara för design av PCBs. Den slutliga prototypen presenteras tillsammans med höljet och testas på fältet i praktiskt scenario. Antenntestkammare användes för att testa prestandan hos antennerna som användes för konstruktionen. Prototypen skördar RF-energi och indikerar om man ska ansluta till LTE-nätverket eller inte med hjälp av blinkande LED.Det unika med enheten är att den kan upptäcka signaler så låga som - 110 dBm, detta har satts som tröskel för avkänning LTE nätverk.