This thesis is dealing with an analysis of thermal and mechanical loads on a work-roll. First, hot rolling focused on work-roll is described in general. A theoretical analysis of roll loads and the mechanisms affecting roll durability are presented here. The thesis is concentrated on creation of a model in FEM program ANSYS. The final model is loaded with different rolling schemes and monitored stresses in a surface layer. The parameters obtained from the measurements performed in a rolling mill are applied as boundary conditions within the model.

<p><p>The thesis project is accomplished during winter and spring 2008 at Karlstad University at the faculty of technology and science. The tutor at Karlstad University is Nils Hallbäck and the examiner is Hans Johansson. Rolls-Royce at Kristinehamn in Sweden is the initiator for the project. The thesis project title is design of the blade bolt joint on Kamewa CPP. CPP stands for controllable pitch propeller. The study include two main aspects which are to analyze if the blade bolt joint which is used today can be applied on a larger propeller and if there are better solutions or other possibilities to join the blade to the hub. First the classification rules of some institutes were studied to find out which limitations there are. Bolted joint has to exceed a minimum bending strength and the bolts have to be made out of steel and their strength has to be at least 10.9. Today Rolls-Royce use ten bolts per propeller, five on each side of the blade. To analyze the strength of the blade bolt joint connection a FEM and an analytic analyze were made and the results compared with each other. Two cases were examined, one for drift and two when hitting an iceberg. The results were similar to each other for FEM and the analytic analyze. At drift all bolts were under the tensile strength of 750 MPa but when using ice loads some bolts started to deform. A new concept for the bolt connection was tested. Again the stress in the bolts stayed under the tensile strength at drift but deformed when applying ice loads. A difference between analytical and FEM analysis was that the stress difference between the bolts were minor in the FEM method. Another concept was only studied with FEM and it had a geometric locking devise combined with the same blade bolt connection as Rolls-Royce use today. At drift the locking devise didn’t support the connection much but when applying ice loads less bolts started to deform and less material in the bolts reached the tensile limit. All three concepts showed stress concentrations at the first two or three threads. The differences between the three concepts weren’t that large and to get better results other possibilities have to be considered. It is important to know how much torque has to be applied on the screw to get the right amount of pretension. Three aspects to consider are to apply the torque without getting any torsion in the screw, to lower the moment with the right coating or lubricant and to avoid the stress concentrations at the threads. Superbolts and clampnuts are two possibilities to avoid torsion in the screws. By using screw thread inserts or tension optimized threads the stress in the thread gets optimized and a coating or lubricant with a low friction coefficient will lower the torque. Three possible solutions are suggested.</p></p> / <p><p>Examensarbetet har utförts på fakulteten för teknik och naturvetenskap under vintern och våren 2008 och är en kurs på 22,5 hp med kurskoden MSGC 17. Handledare på Karlstads universitet är Nils Hallbäck och examinator är Hans Johansson. Rolls-Royce i Kristinehamn är uppdragsgivaren till examensarbetet. Uppgiften är att dimensionera ett bladförband till en stor Kamewa Ulstein CP-propeller. Frågeställningen som ska besvaras är om det går att använda dagens förband och undersöka om det finns bättre alternativ eller andra lösningar på problemet. Det finns inga ritningar på den storleken av propellrar som förbandet ska göras till. Därför måste man skala upp mått från mindre propellrar. Propellerdiameter är 7,7 meter och bladet med fot väger 10 ton efter skalningen. Förbandet ska klara av DNVs (Det Norske Veritas) klassificeringskrav för böjmotstånd och förbandet dimensioneras därefter. För dagens förband behövs det mycket stora skruvar för att klara klassificeringskravet. En analytisk och en FEM-analys genomfördes för att det inte finns något material att jämföra med. Krafter som måste betraktas är centrifugalkraften, tyngdkraften, framdrivningskraften från vattnet samt en isbelastning vid kollision med ett isberg. Framdrivningskraften varierar med 20 % när propellern passerar skrovet. Resultaten från analyserna gav att dagens förband klarar belastningarna vid drift, dock att bultarna börjar deformeras vid belastning med iskraften. I den analytiska analysen antar man att alla delar (bladfot, fläns och nav) är stela och inte deformeras. Dessutom tar man inte hänsyn till böjpåkänningarna som uppstår i skruvarna. Detta tas med i FEM-analysen samt att man räknar med olinjära materialsamband. Därför uppstår det stora spänningsskillnader, upp till 210 MPa, i bultarna vid FEM-analysen vilket inte sker vid de analytiska beräkningarna. Ett antal koncept genererades och två av dessa analyserades närmare. Båda koncepten är optimerade för centrifugalkraften eftersom den utgör den största belastningen under drift om man bortser ifrån förspänningen. Koncept 1 är ett förband som består av 16 bultar per propeller med tre olika storlekar. Enligt FEM analysen fås en jämnare spänningsfördelning över skruvarna än med dagens förband, medan den analytiska metoden ger ungefär samma fördelning som vid dagens förband. Alla skruvar håller sig under sträckgränsen vid drift. Vid isbelastningen uppnås sträckgränsen i många av de mindre skruvarna och skruvarna börjar deformeras plastiskt. I detta avseende stämmer den analytiska lösningen och FEM-analysen överens. Skillnaden är att den analytiska beräkningen visar större spänningsvariation bland skruvarna dvs. att den största och minsta spänningen hos bultarna är högre än vid FEM-beräkningarna. Det andra konceptet som analyserades närmare består av en formlåsning som sitter under bladet tillsammans med samma skruvar som används vid dagens förband. Vid drift märks knappt någon skillnad. Vid isbelastningen så tar formlåsningen dock upp mer spänning och avlastar skruvarna. Färre skruvar deformeras plastiskt. Det finns möjligheter att använda sig av redan befintliga lösningar som Superbolts, clampnuts och andra verktyg. Det som är avgörande för förbandets funktion är ett korrekt åtdragningsmoment. Positivt är att samtidigt kunna förspänna skruvarna utan torsion. En lösning är att ytbehandla skruvarna med en beläggning med känd friktionskoefficient.</p><p>Tre lösningsförslag har tagits fram som ger ett bättre resultat än dagens förband.</p></p>

The thesis project is accomplished during winter and spring 2008 at Karlstad University at the faculty of technology and science. The tutor at Karlstad University is Nils Hallbäck and the examiner is Hans Johansson. Rolls-Royce at Kristinehamn in Sweden is the initiator for the project. The thesis project title is design of the blade bolt joint on Kamewa CPP. CPP stands for controllable pitch propeller. The study include two main aspects which are to analyze if the blade bolt joint which is used today can be applied on a larger propeller and if there are better solutions or other possibilities to join the blade to the hub. First the classification rules of some institutes were studied to find out which limitations there are. Bolted joint has to exceed a minimum bending strength and the bolts have to be made out of steel and their strength has to be at least 10.9. Today Rolls-Royce use ten bolts per propeller, five on each side of the blade. To analyze the strength of the blade bolt joint connection a FEM and an analytic analyze were made and the results compared with each other. Two cases were examined, one for drift and two when hitting an iceberg. The results were similar to each other for FEM and the analytic analyze. At drift all bolts were under the tensile strength of 750 MPa but when using ice loads some bolts started to deform. A new concept for the bolt connection was tested. Again the stress in the bolts stayed under the tensile strength at drift but deformed when applying ice loads. A difference between analytical and FEM analysis was that the stress difference between the bolts were minor in the FEM method. Another concept was only studied with FEM and it had a geometric locking devise combined with the same blade bolt connection as Rolls-Royce use today. At drift the locking devise didn’t support the connection much but when applying ice loads less bolts started to deform and less material in the bolts reached the tensile limit. All three concepts showed stress concentrations at the first two or three threads. The differences between the three concepts weren’t that large and to get better results other possibilities have to be considered. It is important to know how much torque has to be applied on the screw to get the right amount of pretension. Three aspects to consider are to apply the torque without getting any torsion in the screw, to lower the moment with the right coating or lubricant and to avoid the stress concentrations at the threads. Superbolts and clampnuts are two possibilities to avoid torsion in the screws. By using screw thread inserts or tension optimized threads the stress in the thread gets optimized and a coating or lubricant with a low friction coefficient will lower the torque. Three possible solutions are suggested. / Examensarbetet har utförts på fakulteten för teknik och naturvetenskap under vintern och våren 2008 och är en kurs på 22,5 hp med kurskoden MSGC 17. Handledare på Karlstads universitet är Nils Hallbäck och examinator är Hans Johansson. Rolls-Royce i Kristinehamn är uppdragsgivaren till examensarbetet. Uppgiften är att dimensionera ett bladförband till en stor Kamewa Ulstein CP-propeller. Frågeställningen som ska besvaras är om det går att använda dagens förband och undersöka om det finns bättre alternativ eller andra lösningar på problemet. Det finns inga ritningar på den storleken av propellrar som förbandet ska göras till. Därför måste man skala upp mått från mindre propellrar. Propellerdiameter är 7,7 meter och bladet med fot väger 10 ton efter skalningen. Förbandet ska klara av DNVs (Det Norske Veritas) klassificeringskrav för böjmotstånd och förbandet dimensioneras därefter. För dagens förband behövs det mycket stora skruvar för att klara klassificeringskravet. En analytisk och en FEM-analys genomfördes för att det inte finns något material att jämföra med. Krafter som måste betraktas är centrifugalkraften, tyngdkraften, framdrivningskraften från vattnet samt en isbelastning vid kollision med ett isberg. Framdrivningskraften varierar med 20 % när propellern passerar skrovet. Resultaten från analyserna gav att dagens förband klarar belastningarna vid drift, dock att bultarna börjar deformeras vid belastning med iskraften. I den analytiska analysen antar man att alla delar (bladfot, fläns och nav) är stela och inte deformeras. Dessutom tar man inte hänsyn till böjpåkänningarna som uppstår i skruvarna. Detta tas med i FEM-analysen samt att man räknar med olinjära materialsamband. Därför uppstår det stora spänningsskillnader, upp till 210 MPa, i bultarna vid FEM-analysen vilket inte sker vid de analytiska beräkningarna. Ett antal koncept genererades och två av dessa analyserades närmare. Båda koncepten är optimerade för centrifugalkraften eftersom den utgör den största belastningen under drift om man bortser ifrån förspänningen. Koncept 1 är ett förband som består av 16 bultar per propeller med tre olika storlekar. Enligt FEM analysen fås en jämnare spänningsfördelning över skruvarna än med dagens förband, medan den analytiska metoden ger ungefär samma fördelning som vid dagens förband. Alla skruvar håller sig under sträckgränsen vid drift. Vid isbelastningen uppnås sträckgränsen i många av de mindre skruvarna och skruvarna börjar deformeras plastiskt. I detta avseende stämmer den analytiska lösningen och FEM-analysen överens. Skillnaden är att den analytiska beräkningen visar större spänningsvariation bland skruvarna dvs. att den största och minsta spänningen hos bultarna är högre än vid FEM-beräkningarna. Det andra konceptet som analyserades närmare består av en formlåsning som sitter under bladet tillsammans med samma skruvar som används vid dagens förband. Vid drift märks knappt någon skillnad. Vid isbelastningen så tar formlåsningen dock upp mer spänning och avlastar skruvarna. Färre skruvar deformeras plastiskt. Det finns möjligheter att använda sig av redan befintliga lösningar som Superbolts, clampnuts och andra verktyg. Det som är avgörande för förbandets funktion är ett korrekt åtdragningsmoment. Positivt är att samtidigt kunna förspänna skruvarna utan torsion. En lösning är att ytbehandla skruvarna med en beläggning med känd friktionskoefficient. Tre lösningsförslag har tagits fram som ger ett bättre resultat än dagens förband.

The present work is concerned with the mathematical modelling of a bed of granular material in a gravitational field vertically fluidised by a vibrating surface. The particles are in rapid motion, and lose energy by inelastic collisions. The steady state is maintained by a balance of the rate of dissipation of energy in inelastic particle collisions and the rate of transfer of energy due to particle collisions with the vibrating surface. The limit where the energy dissipation due to inelastic collisions is small compared to the mean kinetic energy of the particles is considered. This non-equilibrium steady state is similar to a dilute gas at equilibrium with a uniform temperature and an exponentially decaying density, obtained from the ideal gas equation of state. From the analysis of this state, four non-dimensional numbers are derived which uniquely specify the state of the system. A perturbative analysis about the uniform temperature state is carried out and analytical solutions to the macroscopic variables of the system are obtained using two types of approximations. The first is a hydrodynamic model using constitutive relations from the general kinetic theory of granular media, and the second is a kinetic theory formulation derived exclusively for the vibro-fluidised bed. The latter permits an anisotropy between the horizontal and vertical directions due to the anisotropic nature of the source of energy at the bottom wall. The kinetic theory is extended to incorporate the corrections due to the high density effects, which is similar to the Enskog correction to dense gases. An event driven (ED), or hard sphere molecular dynamic (MD), simulation of the vibrated bed is carried out. The quantitative predictions of the theories are validated by the simulation. A systematic probing of the parameter space within the ED simulations revealed two new phenomena in a vibro-fluidised bed which are inhomogeneous in the horizontal direction. These are convection rolls similar to the Rayleigh-Benard instability in fluids, and a clustering instability leading to a phase separation. The instabilities are characterised using a phase diagram. The homogeneous states close to these new states are adequately described by the models developed here. An analysis of the stability of this state could have implications in understanding the instabilities in driven granular materials (such as in sheared media and fluidised beds) in general, and pattern formation in vibrated beds in particular.

Not available / text

This thesis focuses on the tribological performance of tool surfaces in two steel working operations, namely wire drawing and hot rolling. In all forming operations dimensions and surface finish of the products are of utmost importance. Forming basically includes three parts – forming conditions excluded – that may be changed; work material, tool and (possibly) lubricant. In the interface between work material and tool, the conditions are very aggressive with – generally or locally – high temperatures and pressures. The surfaces will be worn in various ways and this will change the conditions in the process. Consequently, the surface finish as well as the dimensions of the formed product may change and in the end, the product will not fulfil the requirements of the customer. Therefore, research and development in regard to wear, and consequently tribology, of the forming tools is of great interest. The investigations of wire drawing dies focus on coating adhesion/cohesion, surface characteristics and material transfer onto the coated steel both in laboratory scale as well as in the wire drawing process. Results show that it in wire drawing is possible to enhance the tribological performance of drawing dies by using a lubricant together with a steel substrate coated by a polished, dual-layer coating containing both hard and friction-lowering layers. The investigations of hot rolling work rolls focus on microstructure and hardness as well as cracking- and surface characteristics in both laboratory scale and in the hot strip mill. Results show that an ideal hot work roll material should be made up of a matrix with high hardness and a large amount of complex, hard carbides evenly distributed in the microstructure. The surface failure mechanisms of work rolls are very complex involving plastic deformation, abrasive wear, adhesive wear, mechanical and thermal induced cracking, material transfer and oxidation. This knowledge may be used to develop new tools with higher wear resistance giving better performance, lower costs and lower environmental impact.

This work describes the design of a dedicated three-rolls hydraulic bending for Hardox 500 without the possibility of bending sheet metal for the manufacture of pipes. The work will analyze the problem of proposed three-rolls bending, bending technology and creating of the pre-bending, the design of the adjusting hydraulic servo-cylinder, planetary gearboxes with hydraulic motors to drive the bottom rollers, a partial draft of the hydraulic circuit and the complete frame structure of bending machine with its covers.

Under två terminer har vi medverkat i en forskningscirkel på en grundskola som behandlat historieundervisning i en mångkulturell miljö. Forskningscirkeln startades i samband med att den aktuella skolan fick ett stort tillskott av elever med invandrarbakgrund. Det ena syftet med detta examensarbete är att synliggöra lärarnas syn på rollfördelningen inom den aktuella forskningscirkeln. Den rollfördelning vi syftar på är framförallt den mellan forskarna och lärarna, inte lärarna emellan. Det andra syftet är att se hur lärarna upplever att de påverkats av att medverka i forskningscirkeln, och då med fokus på historieundervisning i en mångkulturell miljö. Forskningscirklar inom skolans värld är ett ganska nytt fenomen. I forskningscirkeln möts teoretiker och praktiker kring ett gemensamt problem, utformat av praktikerna. Om forskningscirkeln i skolan ska kunna bli ett möte på lika villkor bör forskarna håller en medvetet låg profil. Risken finns annars att traditionella mönster upprepas; forskarna agerar ledare och lärarna blir de passiva deltagarna som utför uppgifter de tilldelats. Även om forskarnas låga profil kan innebära att arbetsprocessen i cirkeln tar längre tid så uppnås troligtvis resultat som är mer relevanta både för forskare och för lärare. Lärarna i den aktuella forskningscirkeln upplever att forskarna i cirkeln har hållit en låg profil. Deras uppfattning är att alla deltagit på lika villkor, oavsett yrke och tidigare erfarenheter. Dagens forskning inom det historiedidaktiska området fokuserar framförallt på hur man i skolan kan förändra sin historieundervisning utifrån de elever läraren har framför sig, och vems historia det egentligen är som ska förmedlas. Undersökningen visar att lärarna anser att på grund av sin medverkan i forskningscirkeln har det vuxit fram idéer och tankar kring hur de ska kunna förändra sin undervisning. Även om det inte är helt oproblematiskt, så försöker lärarna att hitta nya vägar, så att historieundervisningen ska angå alla i klassrummet. Centrala begrepp för forskningscirkeln och för detta examensarbete har varit, identitet, historiemedvetenhet, kultur och kulturarv. Begreppen har diskuterats utifrån ett didaktiskt perspektiv. / During these two last terms we took part in a research group on history teaching in a multi-cultural environment at a compulsory school. The research group started when the school in question had recently taken on a large number of pupils of a foreign background. This thesis has two purposes, the first of which is to show the teachers’ view on the division of rolls within the aforementioned research group. The division referred to is principally that between the researchers and the teachers, not that between the teachers. The other purpose is to see how the teachers perceived the influence of participating in the research group, the focus being on history teaching in a multi-cultural environment. Research groups in the school world are quite new phenomena. In the research group theoreticians and practitioners meet about a mutual problem, defined by the practitioners. In order for the research group to meet on an equal footing, the researchers have to maintain a consciously low profile. Otherwise they run the risk of repeating a worn pattern where the researchers act as leaders and the teachers become the participants performing their allocated tasks. Even though the researchers’ low profile may mean the work process taking a longer time, chances are that results more relevant to the teachers and researchers are achieved. The teachers in this particular research group feel the researchers in the group did keep a low profile. Their impression is that everyone who participated took part on equal conditions, regardless of their profession and earlier experiences. Research today within the area of history didactics mainly focuses on how schools might change their history teaching based on the pupils sitting in front of the teacher, and on whose history one is actually trying to convey. This research shows that the teachers feel their participation in the research group did provoke ideas and thoughts on how to change the lessons. While it is not completely unproblematic, the teachers are trying to find new ways of making the history lessons relate to everyone in the classroom. Central conceptions for the research group and for this thesis have been identity, history awareness, culture and culture heritance. These conceptions have been discussed from a didactic perspective.

Direct numerical simulations of the receptivity and instability of boundary layers on flat and curved surfaces are herein reported. Various flow models are considered with the aim to capture aspects of flows over straight and swept wings such as wall curvature, pressure variations, leading-edge effects, streamline curvature and crossflow. The first model problem presented, the flow over a swept flat plate, features a crossflow inside the boundary layer. The layer is unstable to steady and traveling crossflow vortices which are nearly aligned with the free stream. Wall roughness and free-stream vortical modes efficiently excite these crossflow modes, and the associated receptivity mechanisms are linear in an environment of low-amplitude perturbations. Receptivity coefficients for roughness elements with various length scales and for free-stream vortical modes with different wavenumbers and frequencies are reported. Key to the receptivity to free-stream vorticity is the upstream excitation of streamwise streaks evolving into crossflow modes. This mechanism is also active in the presence of free-stream turbulence. The second flow model is that of a Görtler boundary layer. This flow type forms on surfaces with concave curvature, e.g. the lower side of a turbine blade. The dominant instability, driven by a vertically varying centrifugal force, appears as pairs of steady, streamwise counter-rotating vortical rolls and streamwise streaks. The Görtler boundary layer is in particular receptive to free-stream vortical modes with zero and low frequencies. The associated mechanism builds on the excitation of upstream disturbance streaks from which the Görtler modes emerge, similar to the mechanism in swept-plate flows. The receptivity to free-stream vorticity can both be linear and nonlinear. In the presence of free-stream turbulence, nonlinear receptivity is more likely to trigger steady Görtler vortices than linear receptivity unless the frequencies of the free-stream fluctuations are very low. The third set of simulations considers the boundary layer on a flat plate with an elliptic leading edge. This study aims to identify the effect of the leading edge on the boundary-layer receptivity to impinging free-stream vortical modes. Three types of modes with streamwise, vertical and spanwise vorticity are considered. The two former types trigger streamwise disturbance streaks while the latter type excites Tollmien-Schlichting wave packets in the shear layer. Simulations with two leading edges of different bluntness demonstrate that the leading-edge shape hardly influences the receptivity to streamwise vortices, whereas it significantly enhances the receptivity to vertical and spanwise vortices. It is shown that the receptivity mechanism to vertical free-stream vorticity involves vortex stretching and tilting - physical processes which are clearly enhanced by blunt leading edges. The last flow configuration studied models an infinite wing at 45 degrees sweep. This model is the least idealized with respect to applications in aerospace engineering. The set-up mimics the wind-tunnel experiments carried out by Saric and coworkers at the Arizona State University in the 1990s. The numerical method is verified by simulating the excitation of steady crossflow vortices through micron-sized roughness as realized in the experiments. Moreover, the receptivity to free-stream vortical disturbances is investigated and it is shown that the boundary layer is most receptive, if the free-stream modes are closely aligned with the most unstable crossflow mode / QC 20101025

MRO-industrin är en kritisk del för underhåll inom flygindustrin och arbetsprocesserna ser olika ut från företag till företag. För att kunna utföra ett så säkert och kvalitetsmässigt arbete som möjligt så är det viktigt att riskbedöma samt minimera existerande risker i operationen för att säkerställa kvalitet till kund samt säkerhet för arbetare. Uppdragsgivaren ST Engineering Aerospace Solutions (STEAS) är det ledande företaget i Sverige när det gäller MRO arbete och med den ständiga utvecklingen av utrustning upptäcks det allt fler risker som kräver analyser och minimering. Forskning har tidigare gjorts på hur fixtur design kan förbättras ergonomiskt m h a virtuell miljöteknik. Detta för att kunna minimera design och tillverkningskostnader med hänsyn till itereringsprocessen. Detta i kombination med studier gjorda på muskuloskeletala skador med kopplingar till MRO-industrin belyser behovet av riskanalys i MRO industrin. Arbetet hos STEAS går ut på att utföra riskanalyser ur ett tekniskt, ergonomiskt och ekonomiskt perspektiv på deras rörliga fixturer samt kemiska processer som behandlar diverse komponenter av motornacellet. Detta för att STEAS sedan ska kunna kolla på eventuella kostnader och implementera de rekommenderade åtgärderna. Analysmetoderna som används är en PHL (Preliminary Hazard List), FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) och en ACHB analys (Accidental Cost &amp; Hypothetical Benefit) / The MRO industry is a critical part of maintenance in the aviation industry where the work processes differ from company to company. In order to be able to perform as safe and high-quality work as possible, it is important to assess risks and minimize existing risks in the operation to ensure quality for customers and safety for workers. The client ST Engineering Aerospace Solutions (STEAS) is the leading company in Sweden interms of MRO work and with the constant development of equipment, more and more risks are discovered that require analysis and minimization. Research has previously been done on how fixture design can be improved ergonomically using virtual environment technology. This is to be able to minimize design and manufacturing costs with regard to the iteration process. This in combination with studies done on musculoskeletal injuries with connections to the MRO industry highlights the need for risk analysis in the MRO industry. The work at STEAS consists of performing risk analysis from a technical, ergonomic and financial perspective on their moving fixtures and chemical processes so that STEAS can then check for possible costs and implement the recommended measures. The analysis methods used are a PHL (Preliminary Hazard List), FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) and an ACHB analysis (Accidental Cost &amp; Hypothetical Benefit)