Deployment and use of complex technical systems are common in society and in industry. Many of the complex technical systems have stringent requirements on safety, dependability and cost, which necessitate frequent updates and modification in response to new developments in technology and changing functional requirements. Hence, correct, role-adapted, situation-adapted, context-adapted and timely information and information support, is crucial to access, manage, maintain and improve the required services to be provided by these systems. Given the technological development and the changing business environment, system and support providers need to improve the design and provision of information support solutions. This can be facilitated by the utilisation of new and innovative Information & Communication Technology (ICT), manifested in emerging approaches such as eMaintenance. However, there is still a need of methodologies and tools that enable the development and provision of support information services by an integration of business and maintenance processes at both customers and providers to achieve novel business solutions such as Performance-Based Logistics (PBL) in the context described above.Hence, the purpose of this research is to describe how providers of support solutions can develop and provide effective information support solutions related to complex technical systems by enhanced utilisation of ICT. To fulfil this purpose, a single case study within military aviation was performed. Empirical data was collected through interviews, observations, archival records, workshops and action research. The analysis was based on existing, adapted and developed theories, model-based simulations and available international standards, considering an eMaintenance framework.The results of the research are: I) a definition of system-oriented, service-oriented, process-oriented and lifecycle oriented eMaintenance solutions; II) an identification of critical information and information support requirements of customers and providers while implementing e-maintenance; III) an identification of ICT-related methodologies and technologies suitable to fulfil the information support requirements of customers and providers; and IV) an approach for development and provision of ICT-based information support solutions that satisfy the requirements of customers and providers. Even though these results are achieved within the context of a modern military aircraft, the results throughout the research process indicate that they to a large extent are generic in nature and can be applicable to other complex technical systems within the process, power generation and transportation industries as well. / Spridningen och användningen av komplexa tekniska system är vanliga i samhället och inom industrin. Många av de komplexa tekniska systemen har stränga krav på säkerhet, tillförlitlighet och kostnader, vilket kräver frekventa uppdateringar och ändringar till följd av ny teknisk utveckling och förändrade funktionskrav. Därför är korrekt, kontextanpassad och aktuell information och informationsstöd avgörande för åtkomst, förvaltning, underhåll och förbättring av de kravställda tjänster som skall tillhandahållas av dessa system. Med tanke på den tekniska utvecklingen och föränderliga företagsklimat, behöver system- och supportleverantörer förbättra utformning och tillhandahållande av lösningar för informationssupport. Detta kan underlättas genom användning av ny och innovativ informations- och kommunikationsteknologi, (IKT) vilka visar sig i form av nya metoder såsom eMaintenance. Det finns dock fortfarande ett behov av metoder och verktyg för utveckling och tillhandahållande av informationssupport genom en integration av affärs- och underhållsprocesser hos både kunder och leverantörer, för att åstadkomma nya affärslösningar såsom Prestandabaserad Logistik (PBL) i de sammanhang som beskrivs ovan. Syftet med denna forskning är därför för att beskriva hur leverantörer av supportlösningar kan utveckla och erbjuda effektiv informationssupport som stöd kopplat till komplicerade tekniska system genom ökad användning av IKT. För att uppnå detta syfte, har en fallstudie inom militär luftfarten utförts. Empiriska data har samlats in genom intervjuer, observationer, arkivstudier, workshops och deltagande forskning. Analysen baseras på befintlig, anpassad och utvecklade teorier, modellbaserade simulering och tillgängliga internationella standarder, i beaktande av ett ramverk för eMaintenance. Resultaten av forskningen är: I) en definition av service-, process- och livscykelorientede eMaintenance lösningar, II) en identifiering av kunders och leverantörers kritiska krav på information och informationssupport III) en identifiering av IKT-relaterade metoder och teknologier lämpade att uppfylla kunder och leverantörers krav på informationssupport, IV) ett tillvägagångssätt för utveckling och tillhandahållande av IKT-baserade lösningar för informationssupport som uppfyller kraven från kunder och leverantörer. Även om dessa resultat erhållits inom kontexten för ett modernt militärflygplan, indikerar resultat erhållna i forskningsprocessen att de i stor utsträckning är allmänna till sin karaktär och kan vara tillämpliga på andra komplexa tekniska system inom processindustrin, elproduktion och transportindustri. / Godkänd; 2009; 20091102 (olov_c); DISPUTATION Ämnesområde: Drift och underhållsteknik/Operation and Maintenance Opponent: Professor Ajit Kumar Verma, International Institute of Information Technology Pune, Bombay, Indien Ordförande: Professor Uday Kumar, Luleå tekniska universitet Tid: Torsdag den 3 december 2009, kl 10.00 lats: F 1031, Luleå tekniska universitet

The increasing demand for transportation and sustainability makes railways attractive. The ongoing deregulation of state-owned railways means that many new organisations are entering the railway sector. Hence, reducing railway delays is increasingly important to many stakeholders, including passengers, freight customers, train operating companies, railway infrastructure managers and society in general. Therefore, the study of punctuality and its improvement is essential. The purpose of the research presented in this thesis is to explore and describe information and requirements related to railway punctuality in order to support systematic improvements. The focus is on delay causes related to infrastructure maintenance. To fulfil the stated purpose, punctuality requirements, availability concepts, failure and delay data, as well as maintenance decisions, have been studied via theoretical and empirical approaches. Data was collected through interviews, document studies, archival analysis, observations and experiments. It is found that punctuality requirements and performance are currently expressed in many, hardly commensurable, ways. Hence, it is difficult to compare punctuality data from different railways. This is further complicated by the fact that delay attribution is inconsistently performed. It is also found that there is a lack of data on train traffic and infrastructure, for example, causes of delays. Although the consistency regarding ranking of decision-making criteria is rather high, the consistency of maintenance decisions is rather low. In addition, there are many interacting causes affecting punctuality, including infrastructure, timetable, rolling stock, weather and personnel. It is also found that even though unpunctuality might be explained by unavailability of some parts of the railway system, the concept of availability is not well-established and agreed upon within the railway sector. Based on the research findings, it is proposed that punctuality should be treated as the extent to which an event takes place when agreed, for example, the agreement between a passenger and a train operating company concerning the arrival of a train at a certain time. A number of availability measures for railway are also proposed, partly based on analogies to the power industry. Furthermore, the developed and applied methodologies, based on vignettes and the Analytic Hierarchy Process (AHP), are proposed to support punctuality improvements. To summarise, based on the results of this research, it is possible to improve data collection and recording, select suitable indicators and increase the awareness of the grounds on which decisions are made, all of which contribute to improved punctuality. / Den ökande efterfrågan på transporter, helst med låg miljöbelastning, gör järnvägen till ett attraktivt alternativ. I den pågående omregleringen av statliga järnvägar gör många nya aktörer entré i branschen. Att minska järnvägsförseningarna blir allt viktigare för många intressenter, som passagerare, godskunder, tågoperatörer, infrastrukturförvaltare och samhället i stort. Därför är det mycket viktigt att studera de faktorer som påverkar punktligheten.Syftet med forskningen som presenteras i denna avhandling är att undersöka och beskriva information och krav relaterade till punktlighet, i syfte att stödja systematiskt förbättringsarbete. Fokus ligger på förseningsorsaker relaterade till infrastrukturunderhåll. För att uppfylla syftet har punktlighetskrav, tillgänglighetskoncept, data för fel och förseningar, liksom underhållsbeslut, studerats teoretiskt och empiriskt. Datainsamling har skett med intervjuer, dokumentstudier, arkivmaterial, observationer och experiment.I avhandlingen visas att punktlighetsprestation och -krav idag uttrycks på många, knappast jämförbara, sätt. Således är det svårt att jämföra punktlighetsdata, eftersom olika järnvägar presenterar punktlighet på skilda sätt. Detta försvåras dessutom av att förseningsrapporteringen utförs inkonsistent. Det visas också att det saknas data om tågtrafik och infrastruktur som skulle kunna underlätta för förbättringar, även beträffande förseningsorsaker. Även om konsistensen för rangordning av kriterierna för beslutsfattande är god, är konsistensen för underhållsbeslut ganska låg. Dessutom påverkar många interagerande faktorer punktligheten, till exempel infrastruktur, tidtabell, rullande materiel, väder och personal. Det visas också att trots att opunktlighet kan förklaras av otillgänglighet hos enheter i järnvägssystemet, så saknar järnvägssektorn ett allmänt accepterat tillgänglighetsbegrepp.Baserat på forskningsresultaten föreslås att punktlighet definieras som i vilken utsträckning en händelse äger rum när det är överenskommet, till exempel överenskommelsen mellan en passagerare och en tågoperatör beträffande händelsen att ett tåg ankommer vid en viss tidpunkt. Ett antal tillgänglighetsmått för järnvägen föreslås också, delvis baserade på analogier med elkraftsindustrin. De arbetssätt som utvecklats och tillämpats, baserade på scenarier och AHP (Analytic Hierarchy Process), föreslås användas för att stödja punktlighetsförbättringar.Sammanfattningsvis, baserat på resultaten av denna forskning, är det möjligt att förbättra datainsamlingen och registreringen, välja lämpliga indikatorer och öka medvetenheten om använda beslutsgrunder, vilket bidrar till förbättrad punktlighet. / Godkänd; 2008; Bibliografisk uppgift: Förbättrad punktlighet : från data till beslut i järnvägsunderhåll; 20080314 (ysko)

This thesis deals with the application of percussive drill monitoring in the mining and underground construction industries. The technique has been used to provide information on different ground properties and conditions and for drill productivity evaluation. Five different test sites have been used: the OSCAR area in the Kiirunavaara magnetite mine in Kiruna, the Viscaria copper mine in Kiruna, the Zinkgruvan mine in south-central Sweden, the Glödberget tunneling site in Västerbotten county and the Hallandsåsen tunneling site in southern Sweden. A methodology has been suggested and tested for treatment of raw data in order to extract rock dependent parameter variations from variations generated by the drill system itself and other external influences. Prediction of rock hardness and fracturing can be done without initial calibration, providing a good foundation for interpretation by site personnel. The mining applications show that drill monitoring has a very high potential for ore boundary delineation and also for classification of existing rock types. In tunneling applications drill monitoring demonstrates a good capability of foreseeing rock conditions ahead of the tunnel face. Other benefits are the speed of the method, its practicality and the fact that it requires no additional equipment, time or access to the production front. The potential for detailed drill productivity evaluation by drill monitoring has been demonstrated. Detailed information of the time consumption for each activity in the drilling cycle can be presented as well as the distribution of the total production. With this information in hand an indication can be given as to how the overall drilling capacity can be increased. The impact on production of automation, new developments and organization can also be predicted with high accuracy. / Godkänd; 1997; 20061128 (haneit)

This licentiate thesis presents the results of a research project concerning railroad maintenance. After acquiring the state-of-the-art knowledge in relevant areas a prediction model for railroad track degradation has been developed. The model is named DeCoTrack (Degradation Cost Of Track). The research study has been performed in a close collaboration with track experts at Banverket. The model simulates changes in degradation rate of the track due to changes in traffic characteristics. The inputs include for example parameters such as axle load, annual tonnage, speed, the mix of vehicle types and vehicle maintenance conditions. Outputs from the model are both track life length and the estimated degradation cost. When developing the model, results from research studies reported mainly from Europe and North America were combined with classical mechanical engineering theories, and empirical data from the last 20 years of railway transports in Sweden. By establishing compatible interfaces between the different input sources, information became easy to adapt to the model which was gradually implemented into an easy-to-use software. The model DeCoTrack has been verified mainly based on an extensive literature survey trying to find other comparative models and to relate their output to that from DeCoTrack. Out of 900 abstracts, 40 research works were found of interest and studied in detail. They led to three existing models: TMPM/ITDM - Track Maintenance Planning Model / Integrated Track Degradation Model TRACS - Total Right of Way Analysis and Costing System The Damage Exponent Heavy Axle Load Analysis These models turned out to be more complex than DeCoTrack and therefore it is more difficult to implement and use these models in real situations. In addition these models are also mainly focused on the modelling of uniform freight traffic while DeCoTrack can model and describe the track degradation due to mixed traffic. A direct comparison of outputs from these models has been done on traffic data where quantitative data were available. The correlations between outputs from DeCoTrack and the above mentioned models were good. A search for more external research work on freight traffic leads undoubtedly to U.S. and the AAR/TTC test centre in Colorado. All of the three models above refer in some way to data from that centre. When it comes to high speed goods or passenger traffic and related maintenance issues, the major sources of knowledge can be found in Germany, France and Japan. Future research is suggested to concentrate on vehicle classification. The domestic situation in Sweden with deregulation in traffic and mixed traffic on same routes highly prioritise such a decision. From an international perspective, that effort might bring a useful complement to the other models. They are focused on uniform freight traffic. / Denna licentiatavhandling presenterar resultaten av ett forskningsprojekt om järnvägs-underhåll. Sedan aktuella kunskaper om relevanta områden inhämtats, har en modell för att förutsäga slitage av järnvägsspår utvecklats. Modellen benämns DeCoTrack (Degradation Cost Of Track). Forskningen har utförts i nära samarbete med spår-tekniska experter vid Banverket. Modellen simulerar hur spårets nedbrytning förändras med förändringar i tågtrafiken. Indata innefattar t ex parametrar såsom axellast, årligt tonnage, hastighet, blandning av fordonstyper och fordonens underhållskondition. Utdata från modellen är både spår-livslängd och den beräknade nedbrytningskostnaden. När modellen utvecklades, kombinerades resultat av studier i huvudsak utförda i Europa och Nordamerika med klassiska maskintekniska teorier och empiriska data från de senaste 20 årens järnvägs-trafik i Sverige. Genom att utforma kompatibla gränssnitt mellan de olika indata-källorna gjordes informationen lätt att anpassa till modellen, som gradvis implemente-rades i en lättanvänd programvara. Modellen DeCoTrack har främst verifierats genom en omfattande litteraturundersök-ning i syfte att hitta andra jämförbara modeller och att relatera deras utdata till DeCo-Tracks. Av 900 abstracts, befanns 40 arbeten vara av intresse och studerades ingående. De resulterade i tre befintliga modeller: • TMPM/ITDM - Track Maintenance Planning Model / Integrated Track Degradation Model • TRACS - Total Right of Way Analysis and Costing System • The Damage Exponent Heavy Axle Load Analysis Dessa modeller visade sig vara mera komplexa än DeCoTrack och det är därför svårare att implementera och använda dem i verkliga situationer. Dessutom är dessa modeller i huvudsak fokuserade på modellering av enhetlig godstrafik, medan DeCo-Track kan modellera och beskriva spårnedbrytning orsakat av blandad trafik. En direkt jämförelse av utdata från dessa modeller har utförts på trafikdata där kvantitativa data fanns tillgängliga. Korrelationerna mellan utdata från DeCoTrack och ovannämnda modeller var god. Sökande efter fler externa studier av godstrafik leder utan tvekan till USA och the AAR/TTC testcentrum i Colorado. Alla de tre ovannämnda modellerna refererar på ett eller annat sätt till data från detta centrum. När det gäller underhållsfrågor relaterade till snabbtåg och höghastighetståg så återfinns de främsta kunskapskällorna i Tyskland, Frankrike och Japan. Framtida forskning föreslås bli koncentrerad på fordonsklassificering. Den inhemska situationen i Sverige med avreglering av trafiken och blandad trafik på samma linjer ger hög prioritet ät ett sådant beslut. I ett internationellt perspektiv kan denna insats bli till ett användbart komplement till de andra modellerna. De är fokuserade på enhetlig godstrafik. / <p>Godkänd; 2004; 20070131 (ysko)</p>

Parker i det urbana landskapet är platser som är stora tillgångar för staden. Tillgänglighet till parker i staden resulterar i en rad olika fördelaktiga effekter som exempelvis förbättrad fysisk hälsa och minskade stressnivåer. I Sverige utnyttjas parker i högre grad under sommarhalvåret eftersom det svenska klimatet är kallt under andra perioder av året. Denna studie tar därför reda på hur människor ska kunna öka deras användning av parker under längre perioder av året. Studiens inriktning är en utvärdering över hur aktiviteter som utförs i parker kan förlängas under våren. Detta gjordes genom att ta reda på hur användare som utförde olika aktiviteter uppfattade olika väderförhållanden. Studien tar även reda på hur olika attribut i parken kan påverka parkens aktiviteter. En jämförelse gjordes även mellan de aktiviteter som var bundna till en plats och de aktiviteter som inte var bundna till en plats. Målet var att hitta en utformning som skulle passa för respektive aktivitet under månaderna mars, april och maj. En enkätundersökning utfördes med hänsyn till användarnas åsikter om deras nuvarande användning, påverkan av väderförhållanden och önskade förändringar. Observationer har genomförts över människornas aktiviteter och på vilken plats i parken användarna utför dem. Metoderna resulterade i en åtskillnad i uppfattning av väderförhållanden mellan de olika aktiviteterna. Studien fastställer att under månaderna mars, april och maj påverkas aktiviteterna olika av väderförhållanden i parken. Användarna önskar olika attribut i parken för att kunna utföra aktiviteten i högre grad under denna tid på året. Aktiviteter som är platsbundna visade sig högre skillnad mellan de olika åsikterna än de aktiviteter som inte var platsbundna. Framtida planering bör innefatta attribut vid platsbundna aktiviteter vilka möter användarens behov. / In the urban landscape, parks are places with beneficial assets for the city. When people have access to parks in the city several effects get an impact on them, such as improved physical health and reduced stress levels. In Sweden, parks have the largest use during the summer months because of the cold climate during the other periods of the year. This study provides information on how people can increase their use of parks for a longer period of the year. The focus of the study is to evaluate how activities carried out in parks can extend in the spring. The object was to find out how users who performed different activities perceived different weather conditions. The study also finds out how different attributes in the park would make it better for the activities. To divide the activities a comparison between the activities that were tied to a site and the activities that were not tied to a place was made. The goal was to find a design that would suit the respective activity during the months of March, April and May. A survey taking into account user opinions regarding their current use, weather conditions and desired changes for the park was included. Another method was observations over people’s activities and at what location in the park users perform them. The methods resulted in a distinction in terms of weather conditions between the different activities. The study states that during the months of March, April and May, activities are affected by weather conditions in the park. Users want different attributes in the park to be able to perform the activity more this time of year. Activities that are tied to a place showed a greater difference between the different views than those that were not tied. Future planning should include attributes of site-based activities that meet user needs.

A transition piece has responsibility to transmit forces from one member to another member. But when doing it, the transition piece must be stiff enough. Studying what parameter of the transition piece is contributing to the stiffness the most, will give economic advantages. Studies on the stiffness when introducing a transition piece on a hybrid tower will be carried out with an analytical procedure through Finite element method, with the software Abaqus. A linear perturbation, with a frequency step where extraction of the eigenfrequency value will be obtained. The value will reflect the stiffness of the structure, because it has a linear relation between each other. Higher eigenfrequency means higher stiffness and vice versa. The first model (Case A) is model of a fixed tubular tower. The frequency of case A is desired because it’s stiff at the bottom. Therefore a comparison has been made when introducing the transition piece.The eigenfrequency of the tubular tower (Case A) is 0,36765 Hz. And The eigenfrequency of the structure (Case D) is 0,21964 Hz, which make a stiffness reduction of 40,3 % when introducing the transition piece. 60,6 % of the total reduction is due to the bridging ring. The most efficient change on the bridging ring that will obtain a higher stiffness on the entire structure is to increase mid-plates layers.

Byggbranschens utveckling är i ständig rörelse framåt tack vare att BIM går i spetsen. I teorin anses många av lösningarna som medföljer implementering av BIM vara enkla att förstå och arbeta med, men i praktiken ligger dock de tekniska lösningarna en bra bit från full implementering i branschen. I arbetet med mängdning inom ett byggprojekt har utvecklingen med BIM stått still länge och idag tar majoriteten fram mängder manuellt. En tidskrävande metod som med fördel ersätts med en teknisk lösning inkluderad i exempelvis en Revitmiljö.   Rapporten ämnar till att rekommendera en metod för att hantera mängdning på ett enklare sätt. Genom utförande av två i begynnelsen tekniska mängdningsmetoder på ett referensobjekt har tillvägagångssätt analyserats i form av möjligheter och problematik. Med hänsyn till process och information diskuteras bland annat Revits långa förlopp, tilläggets invecklade inställningar, givande data och användnings-områden. Till sist dras en slutsats om att tilläggets fördelar väger tyngre och därmed är MWF värd en rekommendation. / The development of the construction industry is in constant motion forward thanks to BIM. In theory, it seems like many of the solutions that come with the implementation of BIM are simple to understand and work with, but in practice, the technical solutions are far from being completely implemented in the industry. In the work with quantifying within a project the development has become stagnant and the majority compile quantities manually.  This is a time-consuming method that is advantageously replaced with a technical solution from for example a Revit-environment.   This report aims to recommend a method for managing quantifying in an easier way. By performing two technical methods of quantifying on a reference object, the approaches have been analyzed in terms of possibilities and problems. The long process of Revit is discussed and compared with the complicated settings of the application MWF. In summary, MWF is recommended because of the overall documents with rewarding data and drawings. The suggested usage for the data strengthens the conclusion.

Syftet med denna avhandling är att optimera fragmenteringen i Bolidens Minerals dagbrott Aitikgruvan. Sprängning är en av huvudprocesserna i gruvbrytning och dess resultat har stor inverkan på gruvans totala ekonomi. Resultatet av fragmenteringen påverkar inte bara gruvans produktivitet och enhetskostnader utan även de efterföljande processerna krossning och malning i anrikningsverket. Optimeringar av delar i ett system leder ofta till en suboptimering av hela systemet. Traditionellt har gruvan och anrikningsverket varit uppdelade i separata resultatenheter med följd att gruvan suboptimerad sprängningen mot gruvans kostnader, utan hänsyn till resultatet längre fram i produktionskedjan. I det här arbetet inriktas designen av sprängningen mot de optimering av hela processen gruva och anrikning, d.v.s. maximera genomsättningen. Primärkvarnarna i anrikningsverket har identifierats som flakhals i produktionssystemet, gruva/anrikningsverk, varför sprängoptimering inriktas mot att maximera genomsättningen i dessa. Aitikgruvan är utrustad med teknik som möjliggör spårning av malmen från position i gruvan genom anrikningsverk, vilket medför att även resultat i anrikningsverk, t.ex. genomsättning i primärkvarnarna, kan återkopplas till dess ursprungliga position i gruvan. Utifrån kvarnarnas beteende, fyllnadsgrad, effekt och ingående styckefall, under produktion, kan en optimal förändring i styckefall bestämmas. Med utgångspunkt från att malmen har lika fragmenteringsegenskaper i dess stupningsriktning kan antagandet göras att malmen i underliggande pall har liknande mekaniska egenskaper som den aktuella salvan/området, vilket antas ge lika resultat vid samma sprängdesign. Det optimala styckefallet återkopplas till gruvan och en sprängdomänsindelning och sprängdesign för dessa domäner kan göras för nästkommande brytningsnivå. Med utgångspunkt från det optimala styckefallet för primärkvarnarna för de olika områdena i gruvan, bestäms sprängdesignen för underliggande pall med hjälp av en sprängmodell och en krossmodell. För att modellera krossningen och sprängningen görs inga laboratorietest eller fältarbeten, utan de ingående parametrarna fås ur den styckefallsfördelning, både före och efter kross, som uppnås i de olika sprängdomänerna. För att undersöka om finare styckefall ger ökad genomsättning i primärkvarnarna har fem testsalvor skjutits och utvärderats. Salvorna har jämförts mot de salvor som låg rakt ovan i föregående pall. Testsalvorna fick 35% högre specifik laddning än vad som vanligtvis används. Salvornas position i gruvan var inte valda utifrån sprängdomänsindelningen, utan tagna när tillfälle gavs. Genomsättningsökningen för de fem testsalvorna blev i medel åtta procent. För de två testsalvorna som låg i sprängdomänen som har den högsta förväntade genomsättningsökningen blev genomsättningen 14 respektive 22 procent högre. Den samlade kunskapen om styckefallets inverkan på genomsättningen i primärkvarnarna pekar mot att finare styckefall i regel ger högre genomsättning. Innan metodiken med att bestämma det optimala styckefallet kan användas fullt ut, måste fler undersökningar göras för att fastställa sambanden, framförallt behövs fler testsalvor. För utveckling av kross- och sprängmodellerna måste styckefallsmätningen bli mer tillförlitlig. / Godkänd; 2005; 20061213 (haneit)

No description available.

The fracture of rock has been the subject of the extensive research in the mechanical fragmentation. With the rapid development of computing power, interactive computer graphics and topological data structure, numerical tool has become a good tool to gain some insights into the problem of rock fracture. However, most of the commercial programs are not so robust that they can model the fracture progressive process with rock fabric characteristics (heterogeneity) considered. Based on this background, a novel numerical code, rock and tool interaction code (R-T2D) has been developed to understand the fracture progressive process of heterogeneous rock. The research, development (R & D) and calibration of R-T2D code (Paper A and B) mainly consists of (1) characterization of rock heterogeneity, (2) mesoscopic constitutive law, nonlinear behaviour and associated seismicity, (3) Mohr-coulomb and double elliptic strength criterion, and (4) calibration of R-T2D code by simulating basic rock mechanics experiments. In the second part of the thesis (Paper C and D), preliminary industrial applications of R-T2D code in mechanical fragmentation are conducted. In rock cutting, the peculiarities in cutting heterogeneous brittle materials are investigated. Besides, the fracture processes induced by cutters with different back rake angles are examined and compared with each other. In indentation, indentation-induced fractures are researched by R-T2D code. The influences of confining pressure on the formation of side cracks are discussed. In the simultaneous loading by multiple indenters, the propagation, interaction and coalescence of side cracks induced by neighbour indenters are simulated to check how the side cracks propagate, interact and coalesce to form large rock chips. At last, the indexing-effect in the simultaneous loading is discussed. The major results for the two parts can be summarized as the following: On the basis of Weibull distribution, a heterogeneous material model is proposed to characterize the heterogeneity in rock, where rock is specified by a few characteristic parameters: the homogeneous index and the elemental seed parameters. Corresponding to the specific rock, the homogeneous index can be determined based on the defects distribution of microstructure and the elemental parameters can be gotten from the laboratory tests. Rock heterogeneity has an important influence on the crack initiation location and subsequent propagation path. Compared with the traditional Mohr-coulomb and Hoek-Brown strength criterion, the double elliptic strength criterion is more useful to model the fracture in mechanical fragmentation, which can represent the transition from brittle failure to ductile cataclastic failure with increasing confining pressure. A series of numerical experiments including both the intact rock and the notched rock are conducted by R-T2D code to obtain the physical-mechanical properties and fracture toughness, and to simulate the crack initiation, propagation and the whole fracture progressive process. The developed R-T2D code seems to have built a bridge between the physical-mechanical parameters and fracture toughness. The detailed visually shown stress distribution and redistribution; crack nucleation, initiation, stable and unstable propagation, interaction and coalescence; and corresponding load-displacement curves can be proposed as benchmarks for numerical programs for crack propagation. In mechanical fragmentation, a crushed zone is always available near the tool. The crushed zone has an important influence on the chipping process and energy utilization. The crushed zone is in fact the zone with a high density of microcracks and some of the rocks in this zone behave in a ductile manner with stress satisfying the ductile failure surface of the double elliptic strength criterion. A simple description and qualitative model of the rock fragmentation process induced by truncated indenters are summarized as follows: Little damage to the rock was observed at the linear elastic deformation stage. Then conical Hertzian cracks were initiated adjacent to both corners of the truncated indenter and propagated in the well-known conical Hertzian manner. As the loading displacement increased, some of the elements in the high confining pressure zone immediately under the indenter failed in the ductile cataclastic mode with the stress satisfying the ductile failure surface of the double elliptic strength criterion. With the cataclastic failures and tensile conical cracks releasing the confining pressure, the elements in the confining pressure zone were compressed into failure and the crushed zone came into being. In the crushed zone, microcracking was pervasive. The intensity of the microcracking within the zone increased and a re-compaction behaviour occurred with increasing loading displacement. Associated with this microcracked region there was a volumetric expansion and a tensile stress field, which drove side cracks to propagate in a curvilinear path. It is thought that the curvilinear path was caused by the heterogeneity of the rock. With an increased loading displacement, the side cracks rapidly propagated and intersected with the free rock surface to form rock chips. The confining pressure has an important influence on the failure mode in indentation test. As the confining pressure increases, a small but noticeable increase in the indentation strength was measured. With decreasing confining pressure, of particular interest is a change in the rock failure mode when the confining stress is reduced below a critical value. Instead of the usual formation of rock chips adjacent to the punch, vertical cracks are propagated beneath the punch, causing the specimen to be split in half when the confining pressure on the sample is less than a critical value. This result is of practical interest. In boring hard rock at low confining stresses, the creation of such tensile fractures beneath an indenter may serve to fragment the rock sufficiently to facilitate its removal. The simultaneous loading of the rock surface by multiple indenters seems to provide a possibility of forming larger rock chips, controlling the direction of subsurface cracks and consuming a minimum total specific energy. The simulated results by R-T2D code reproduce the progressive process of rock fragmentation under mechanical loading: the build-up of the stress field, the formation of the crushed zone, surface chipping, and the formation of the crater and subsurface cracks. Therefore, R-T2D code is indeed a valuable numerical tool to research rock fracture, which can be utilized to improve our understanding of rock-tool interaction and the rock failure mechanisms under the action of mechanical tools, which, in turn, will be useful in assisting the design of fragmentation equipment and fragmentation operations. Based on the above researches, a number of interesting problems are discussed and the future studies are suggested in the last part of the thesis. / Godkänd; 2003; 20070218 (ysko)