Den här rapporten undersöker hur strömningsmotståndet och tätheten i en vridspjällsventil påverkas av form på spindel och spjäll. I rapporten undersök också storleken på det hydrodynamiska moment som fluiden utövar på ventilens spindel. Rapporten utgår från en referensventil som ingår i SOMAS (SOMAS Instrument AB) produktsortiment och är av typen MTV med dimensionen DN 150. Modifieringar görs på referensventilens spindel och spjäll. Som mått på strömningsmotstånd används ventilens egenkarakteristik och som mått på täthet används storleken på den elastiska deformationen på spindel och spjäll då ventilen är stängd. Kraven som ställs då spindel och spjäll modifieras är att spindeln ska vara delad, spindel och spjäll ska gå att montera in i referensventilens ventilhus och referensventilen skall vara tät då ett modifierat spjäll med delad spindel monterats in i referensventilen. För att skatta egenkarakteristik, hydrodynamiskt moment och täthet har CFD- och strukturmodeller byggts upp i COMSOL Multiphysics version 4.0a. Det har också gjorts en experimentell flödesanalys för att ta fram strömningsmotståndet på referensventilen. I examensarbetet har två modifierade spjäll med delad spindel tagits fram. De modifierade spjällen med delad spindel går att montera in i referensventilens ventilhus. CFD-analysen visar att det går att minska strömningsmotståndet i referensventilen då spjällen med delad spindel monteras in i ventilhuset. Analysen visar också att det hydrodynamiska momentet är lågt. Strukturanalysen visar att referensventilen är tät då de modifierade spjällen med delad spindel monteras in i ventilhuset. / This report investigates how design on disc and shaft affects the inherent flow characteristic and the shutoff rating on a butterfly valve. This report also investigates the size of the hydrodynamic torque acting on the shaft. Design modifications are made on a reference valve which is a butterfly valve of model MTV with dimension DN 150 and is a part of SOMAS (SOMAS Instrument AB) products. A measurement of shutoff rating is the size of the elastic deformation of the disc and the shaft. The demands of the design on disc and shaft are: the shaft will be a split type shaft, the disc and the shaft shall fit the valve body of the reference valve, the reference valve will have a shutoff rating that prevents leakage when the disc and the shaft are mounted in the body of the reference valve. To estimate the inherent flow characteristic, the hydrodynamic torque and the shutoff rating CFD-models and structural-models has been built in COMSOL Multiphysics version 4.0a. An experimental analysis has also been made to determine the inherent flow characteristic of the reference valve. This report presents two different discs with a split shaft that fits the body of the reference valve. When a newly designed disc and shaft are mounted in the body of the reference valve the CFD-analysis shows a greater inherent flow characteristic of the reference valve compared to the original design. The analysis shows that the hydrodynamic torque acting on the shaft is low. The structural analysis shows that the reference valve has a shutoff rating which prevents leakage when a newly designed disc and shaft are mounted in the body.

Detta mastersarbete görs i samband med projekteringen av utbyggnaden av tunnelbanan mellan Akalla och Barkarby i Stockholm tillsammans med Tyréns AB. Utbyggnaden innefattar två nya stationer; Barkarby station och Barkarbystaden och däremellan ca 1500 m tunnel i berg. I projekteringen ingår geologiska och bergmekaniska undersökningar i området som ger underlag för modelleringar och beräkningar på tunnlarnas stabilitet. Det finns idag många olika metoder för att uppskatta parametrar som beskriver bergmassans mekaniska egenskaper. Bergmassans deformationsmodul och sprickors skjuvhållfasthet är viktiga parametrar som ingår i dagens modelleringsprogram för struktur och spänningsanalyser. Denna studie syftar till att jämföra olika empiriska och analytiska metoder för att uppskatta deformationsmodulen och skjuvhållfastheten för sprickor i den bergmassa som omger Barkarby station. Resultaten från de olika metoderna används som ingångsdata för struktur och spänningsanalyser. Deformationsmodulen för Barkarby station uppskattades utifrån utvalda indirekta och direkta metoder. Den indirekta metoden utgår ifrån empiriskt utvecklade ekvationer med variabler som baseras på resultat från karaktärisering av den aktuella bergmassan. Den direkta metoden utgår istället ifrån teoretiska beräkningar som baseras på resultat från enaxiella kompressionstester på bergprover som representerar det intakta berget och sprickorna i bergmassan. Vid beräkning av deformationsmodulen med de indirekta metoderna erhölls konstanta värden på deformationsmodulen. Vid beräkning av deformationsmodulen med den direkta metoden erhölls istället ett olinjärt samband mellan deformationsmodulen och spänningen. Resultaten från de indirekta och direkta metoderna användes sedan som ingångsdata för spänningsanalyser av Barkarby station. Spänningsanalysen påvisade märkbara skillnader mellan de olika modellerna. Enligt de linjärelastiska modellerna skapades dragspänningar av betydande storlek och utbredning i berget närmast tunnelväggarna. Avlastningen av berget här resulterar i en ökad risk för blockutfall. Enligt spänningsanalysen som är baserad på den bilinjärelastiska modellen skapas i jämförelse med den linjärelastiska modellen, lägre dragspänningar över ett betydligt mindre påverkat område vilket medför till en minskad risk för blockutfall. Vid uppskattning av sprickors skjuvhållfasthet användes olika metoder för bestämning av parametrarna: friktionsvinkeln som ingår i Mohr Coulombs brottkriterium, JRC, JCS och residualfriktionsvinkeln som ingår i Barton Bandis brottkriterium. Enligt strukturanalysen var skillnaderna mellan Mohr Coulombs och Barton Bandis modell obetydliga vid modelleringen utan primärspänningar. Skillnaderna mellan modellerna ökade vid modellering med primärspänningar. Detta kan förklaras med att den definierade brottlinjen för de två olika modellerna skiljer sig åt. Enligt Mohr Coulombs kriterium är brottlinjen linjär medan den enligt Barton Bandis kriterium är krökt. / This master thesis is written in connection with the planning of the extension of the subway between Akalla and Barkarby in Stockholm together with Tyréns AB. The extension includes two new stations; Barkarby Station and Barkarbystaden and in between about 1500 m tunnel in rock. The planning of the subway includes geological and rock engineering studies in the area that provide a basis for modeling and calculations on the tunnel stability. Today there are many different methods to estimate the parameters describing the mechanical properties of the rock mass. The deformation modulus of the rock mass and the shear strength of the fractures are important parameters that have to be defined in modeling programs for structural and stress analysis. This study aims to compare different empirical and analytical methods for estimating the deformation modulus and the shear strength of the fractures in the rock mass surrounding the Barkarby station. The results of the different methods are used as input data for structural and stress analysis. The deformation modulus was estimated from selected indirect and direct methods. The indirect method is based on empirical developed equations with variables that are based on results from the characterization of the rock mass. The direct method however is based on theoretical equations based on the results from uniaxial compression tests on rock samples representing the intact rock and the fractures of the rock mass. When calculating the deformation modulus with indirect methods constant values are obtained. When calculating the deformation modulus with the direct method a nonlinear relationship between the deformation modulus and the stress is obtained. The obtained results from the indirect and direct methods were used as input data in stress analysis on the Barkarby station excavation. The output from the stress analysis showed notable differences between the models. According to the linear elastic models tensile stresses of considerable size and distribution were created in the rock that lies closest to the tunnel walls. The unloading of the rock here results in an increased risk of wedge failure. According to the stress analysis for the bilinearelastic model lower tensile stresses distributed over a much smaller area were created which in comparison with the linear elastic models will reduce the risk of wedge failure. For the estimation of the shear strength of the fractures various methods were used for determining the parameters: the friction angle that is included in the Mohr Coulombs failure criterion and JRC, JCS and residualfriction angle which are included in the Barton Bandis failure criterion. According to the structural analysis the differences between the Mohr Coulomb and Barton Bandis model were insignificant when modeling without primary stresses.

No description available.

No description available.

Syfte: Syftet med arbetet är att förbättra dimensioneringsprocessen för knutpunkter i stålstrukturer. Förslag har getts på en förbättrad dimensionsprocess baserad på de BIMrelaterade datorprogrammen SBI Steel Connections och FEM-design. Syftet har brutits ner till följande frågeställningar:  Hur går konsultföretag till väga idag för att beräkna knutpunkter vid stålkonstruktioner?  Hur kan den vanligaste dimensioneringsprocessen för knutpunkter förbättras?  Vilka fördelar blir det vid en sammankoppling av de BIM-relaterade datorprogrammen SBI Steel Connections och FEM-design? Metod: Arbetet grundar sig i en fallstudie och ett flertal metoder användes för att samla in data. Dessa är semistrukturerade intervjuer, litteratursökning, dokumentanalys och beräkningar. Resultat: Genom arbetet framgår det hur dimensioneringsprocessen ser ut för knutpunkter i stål. Resultatet är att processen varierar beroende på företag. Vissa delar i processen kan utföras på olika sätt men grundprincipen är densamma för de flesta företagen som har intervjuats. Vid dimensionering av knutpunkter som kan ske både för hand och med hjälp av ett datorprogram kan det uppstå felslag vid inmatning eller felskrivningar. Denna del av processen kan förbättras med hjälp av en ökad användning av egengjorda mallar. Det sker ett utvecklingsarbete under våren 2015 där målet är att skapa en sammankoppling mellan SBI Steel Connections och FEM-design. Genom denna sammankoppling reduceras några av de fel som anses tillhöra den mänskliga faktorn. Konsekvenser: Undersökningen har medfört en förståelse med både fördelar och nackdelar för olika sätt att dimensionera knutpunkter i stål. En del företag stävar efter en större utveckling, medan andra anser sig jobba bäst på det sätt som de alltid har gjort. Det framgår att den mänskliga faktorn är något som påverkar dimensioneringsprocessen märkbart och dessa fel behöver reduceras. De rekommendationer som framgår i arbetet är att företag ska se över processen och de förnyelsemöjligheter som finns i branschen. Det rekommenderas även en större användning av de datorprogram som används vid dimensioneringsprocessen. Begränsningar: Avgränsningar gjordes utifrån de kunskaper som erhållits i utbildningen för att studien inte skulle bli alltför omfattande. Däremot har ny kunskap bidragit till ett större ämnesdjup som utbildningen inte berört. Studien orienterades kring knutpunkter av stål och en av de vanligaste knutpunkterna studerades. Stålkvalitet och dimensioner på pelare och balk valdes utifrån knutpunktsexemplet i SBI:s handbok publikation 186 (PT3). Rapporten behandlar enbart beräkningsprogrammen SBI Steel Connections och FEM-Design. Detta medförde endast avgränsningar på material, val av knutpunkt, pelar- och balkprofiler samt laster.

When developing drivetrain cooling modules for commercial vehicles, the top priority is the strength of the products. The reason lays within the structural change that companies are undergoing where the warehouses are minimized and the companies are relying on the transportation of commercial vehicles. If a drivetrain cooling module would fail to maintain a targeted temperature range of the drivetrain, there is not long until the vehicle is forced to a stop. At worst, the downtime of commercial vehicles can cause companies to come to a halt as well. Therefore, developing verified FE simulation methods together with strength verification tests, are some of the core activities to ensure the strength of the cooling modules before implementation in vehicles. One of the methods that have not been sufficiently verified regards how to perform structural FEA on a crimp joint with a gasket. A crimp joint is established through a hemming process, where the aluminium header tabs are crimped over the polyamide tank, creating a watertight seal together with a gasket. The objective of this master’s thesis is to verify the existing simulation methods of the crimp joint and determine the margin of error with respect to strains. The objective of this thesis is also to develop a verified FE simulation method with a lower margin of error compared to the existing methods. The verification of the methods has been conducted through a comparison between numerical results and an experimental stress analysis, where the strain located on the header is measured with strain gauges in a pressure pulsation rig. The average margin of error found on the three existing methods of simulating the crimp joint was 39,7%, 13,4%, and 11,5% located on the outer bottom dimensioning radius of the crimp joint at a pressure of 100 kPa. However, the method used to determine the margin of error was found to be invalid, but the margin of error is only slightly affected by the verification method where the existing methods still are insufficiently representing the crimp joint. The method of determining the margin of error was then corrected for the development of the new method to represent the crimp joint in the FE model. The developed method in this thesis has an average margin of error of 6,9% at 100, 160, 220, and 260 kPa. / Vid utveckling av kylarmoduler för drivlinor som appliceras i kommersiella fordon, är högsta prioritet att säkerhetsställa hållfastheten hos produkterna. Anledningen ligger kring den strukturomvandling som företag genomgår där storleken på lagerlokaler minskar och företagen väljer att förlita sig på transporterna som utförs av kommersiella fordon istället. Ifall en kylarmodul inte skulle klara av att bibehålla ett bestämt temperaturintervall hos drivlinan så dröjer det inte länge förens fordonet tvingas att stanna. I värsta fall kan fordonets stillestånd påverka ett företag att tvingas stanna i väntan. Därför är utveckling av FE simuleringsmetoder tillsammans med utmattningstest, några av de kärnaktiviteter som utförs för att säkerhetsställa hållfastheten av kylarmodulerna innan de implementeras i fordon. En av de metoder som ännu inte blivit tillräckligt verifierat gäller hur man utför FEA på ett falsförband med packning. Falsförbandet skapas genom en falsningsprocess där ändplåten av aluminium falsas över polyamidtanken, vilket skapar ett vattentätt förband med hjälp av packningen. Omfattningen av detta examensarbete gäller att verifiera de existerande simuleringsmetoderna av falsförbandet och bestämma felmarginalen med avseende på töjningar. Omfattningen av examensarbetet innefattar även ett utvecklingsarbete av en ny FE simuleringsmetod med en lägre felmarginal jämfört med de existerande metoderna. Verifieringen av metoderna sker genom en jämförelse mellan de numeriska resultaten och en experimentell spänningsanalys där töjningen på ändplåten är uppmätt med hjälp av trådtöjningsgivare i en tryckpulsationsrigg. Den genomsnittliga felmarginalen av de tre existerande metoderna för att simulera falsförbandet var 37,9%, 13,4%, och 11,5% vid den nedre dimensionerande yttre radien på falsförbandet vid ett tryck på 100 kPa. Den använda metoden för att bestämma felmarginalen upptäcktes senare vara felaktig, men det resulterar endast i små förändringar av den bestämda felmarginalen, de existerande simuleringsmetoderna är fortfarande sedda som otillräckliga. Metoden för att bestämma felmarginalen korrigerades sedan inför utvecklandet av den nya FE simuleringsmetoden av falsförbandet. Den utvecklade metoden i detta examensarbete har en genomsnittlig felmarginal på 6,9% vid 100, 160, 220 och 260 kPa.

The industrial robot is a flexible and cheap standard component that can becombined with a milling head to complete low accuracy milling tasks. Thefuture goal for researchers and industry is to increase the milling accuracy, suchthat it can be introduced to more high value added operations.The serial build up of an industrial robot bring non-linear compliance andchallenges in vibration mitigation due to the member and reducer design. WithAdditive Manufacturing (AM), the traditional cast aluminum structure couldbe revised and, therefore, milling accuracy gain could be made possible due tostructural changes.This thesis proposes the structural changes that would improve the millingaccuracy for a specific trajectory. To quantify the improvement, first the robothad to be reverse engineered and a kinematic simulation model be built. Nextthe kinematic simulation process was automated such that multiple input parameterscould be varied and a screening conducted that proposed the mostprofitable change.It was found that a mass decrease in any member did not affect the millingaccuracy and a stiffness increase in the member of the second axis would increasethe milling accuracy the most, without changing the design concept. To changethe reducer in axis 1 would reduce the mean position error by 7.5 % and themean rotation error by 4.5 % approximately, but also reduces the maximumspeed of the robot. The best structural change would be to introduce twosupport bearings for axis two and three, which decreased the mean positioningerror and rotation error by approximately 8 % and 13 % respectively. / En industrirobot är en anpassningsbar och relativt billig standardkomponent.Den kan utrustas med ett fräshuvud för att genomföra fräsoperationer med låg noggrannhet. Det framtida målet för forskare och industri är att öka noggrannheten vid fräsning så att dess användningsområde kan utökas till ändamål som kräver högre precision.Den seriella uppbyggnaden av en industrirobot medför icke-linjär styvhet och därmed utmaningar vid vibrationsdämpning. Detta på grund av den strukturella uppbyggnaden då en industrirobot kan förenklat sägas vara uppbyggd av balkelement som i ledpunkterna kopplas samman av växellådor. Med friformsframställning kan en mer komplex struktur erhållas jämfört med traditionellt gjuten aluminiumkonstruktion därmed skulle en ökad noggrannhet vid fräsning kunna uppnås.Det här examensarbetet föreslår strukturella ändringar som skulle kunna öka noggrannheten vid fräsning för en specifik fräsbana. För att kvantifiera förbättringen, var det först nödvändigt att utgående från tillgänglig data konstruktion en specific robot samt att bygga en kinematisk modell. Därefter automatiserades beräkningsflödet så att ett flertal indata kunde varieras. Detta resulterande i en kombinationsstudie som visade den mest gynsamma strukturella förändringen.Det visade sig att en minskning av balkelementens massa inte påverkade nogrannheten. Att öka styvheten i balkelementet från den andra axeln skulle d¨aremot öka nogrannheten mest utan att behöva ändra robotens uppbyggnad.Att byta växellåda i första axeln kan öka positionsnogrannheten med nära 7.5 % och rotationsnoggrannheten med cirka 4.5 % men ändringen sänker samtidigt den maximala hastigheten. Den bästa strukturella förändringen vore att introducera ett stödlager vid axel två respektive tre, vilket skulle förbättra positionsnogrannheten med cirka 8 % och rotationsnogrannheten med nära 13 %.

It is an established fact that segregation during casting affects the physical properties of carbon-based ferro alloys; this motivates the study of the segregation behaviour of carbon and carbide-forming solute elements. In this context, this thesis investigates two different situations: the effects of cooling rate and turbulence on the precipitation behaviour of the graphite nodules in nodular cast iron; the nature of carbide precipitation in a bearing steel grade and the effects of subsequent soaking on these carbides. The structures of boiling water reactor inserts cast by the uphill and downhill casting of nodular cast iron were examined. The samples were taken from representative locations in the top, middle and bottom cross sections of the castings. It was observed that in uphill-cast inserts the nodules were larger but fewer in number the bottom section, whereas in downhill-cast inserts the nodules in the bottom section were smaller, but greater in number. Variation in volume fraction of the graphite nodules across the inserts was also observed. The probable cause of this variation was the difference in cooling rate in different sections of the insert. Between the steel tubes located at the central part of the casting, the fraction of graphite was lower, which could be the result of carburization of the steel tubes. To study the effects of melt stirring during the solidification of nodular cast iron, several experiments were conducted at variable cooling rates and for different stirring times. Examination of the microstructure was conducted using Light Optical Microscope (LOM) and Scanning Electron Microscope (SEM). It was observed that during stirring the melt oxidized and oxide nuclei were formed. The number of nucleation sites for the precipitation of graphite nodules increased, which raised the nodule count and the fraction of the graphite precipitated. The matrix transformed from pearlite to ferrite, which could be due to the fact that more carbon had diffused out of the matrix. The segregation behaviour in hypereutectoid bearing steel produced by ingot casting was also studied. The effects of soaking on micro and macro segregation was investigated in samples taken from as cast and soaked ingots; emphasis was laid on the bulk matrix and A-segregation channels. Samples were also taken from ingots which were soaked and then hot worked. The micro and macro examination of the microstructure was conducted using LOM and SEM. Quantitative and qualitative composition analysis was performed using Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and an electron micro probe analyzer (EMPA). It was observed that M3C, M2C and M6C had precipitated. The carbide morphology in the bulk matrix was different to that in the A-segregation channels. All the primary carbides in the bulk matrix were found to have dissolved after 4 hours of soaking at 1200oC. / Det är ett faktum att segringar som uppstår under gjutning påverkar materialegenskaperna hos kolbaserade järnlegeringar; detta utgör motivationen till studien av segringsuppträdandet hos kol och karbidbildande ämnen. Denna avhandling behandlar två olika aspekter inom ramen för detta ämne: påverkan av kylningshastighet och turbulens på kärnbildningen av grafitnoduler i nodulärt gjutjärn samt karbidbildning i kullagerstål och dess påverkan på den efterföljande värmebehandlingen av dessa karbider. Strukturen hos rör till vattenkokare som tillverkats av nodulärt gjutjärn som gjutits med fyllning från botten eller från toppen undersöktes. Prover togs från representativa tvärsnittspositioner från toppen, mitten och botten av de gjutna ämnena. Resultaten visade att användandet av bottenfyllda kokiller gav upphov till större men färre karbider i nedre delen av ämnet, medans användandet av toppfyllda kokiller gav upphov till mindre men fler karbider i nedre delen av ämnet. Variationer av volymfraktionen av grafitnoduler längs tvärsnitten observerades också. Den mest sannolika orsaken till denna variation var skillnaden i kylhastighet i de olika områdena av tvärsnitten. Hos rör tillverkade av det centrala delen av ämnet så var fraktionen grafit lägre, vilket kan bero på en uppkolning av rören. Ett flertal experiment utfördes med varierande kylningshastigheter och olika omrörningstider för att studera inverkan av omrörning av smältan på stelningen av nodulärt gjutjärn. Studier av mikrostrukturen genomfördes med ljusoptisk mikroskopi och svepelektronmikroskopi. Resultaten visade att smältan oxiderades under omrörningen, vilket resulterade i bildandet av oxider. Detta ledde till en ökning av kärnbildningsområden för grafitnoduler, vilket ledde till en ökning av antalet noduler samt fraktionen av grafit som fälldes ut. Strukturen omvandlades från perlit till ferrit, vilket troligen orsakades av att kol hade diffunderat ut från strukturen. Segringsbeteendet hos hypereutektoida kullagerstål tillverkade genom götgjutning undersöktes också. Effekten av värmebehandling på mikro- och makrosegringar undersöktes i prover tagna från gjutna och värmebehandlade ämnen. Fokus var på att studera strukturen i ämnena samt A-segringar. Dessutom togs prover från ämnen som först värmebehandlats och därefter varmbearbetats. Både mikro- och makroundersökningar av mikrostrukturen utfördes med ljusoptisk mikroskopi och svepelektronmikroskopi. Dessutom så genomfördes kvantitativa sammansättningsbestämningar med energidispersiv röntgenspektroskopi och elektronmikroprobsanalys. Resultaten visade att M3C, M2C och M6C karbider hade fällts ut. Karbidmorfologin i huvuddelen av strukturen skiljde sig från den som återfanns i A-segringar. Samtliga primära karbider i huvuddelen av strukturen hade lösts upp efter 4 timmars värmebehandling vid 1200oC. / <p>QC 20180523</p>