Sammanfattning Att testa sina prototyper är en viktig del av all produktutveckling. På Roxtec i Karlskrona sker kontinuerlig vidareutveckling av företagets produkter. För att kontrollera nya idéer tillverkas prototyper vilka testas i tryckkärl byggda för ändamålet. Personalen anser att kärlen inte uppfyller deras önskemål på en bra testutrustning.  Genom intervjuer med berörda sammanställs de behov som finns kring tryckkärlet. Den största bristen är ställtiderna mellan varje test, i övrigt uppfyller kärlet de behov som finns.  Testerna sker genom att en platta med den produkt som skall testas monteras med flera skruvar på ett tryckkärl. Kärlet fylls med vatten och trycksätts till önskat tryck. Den största andelen av tiden går åt till montering och demontering av testplattan och att fylla och tömma kärlet på vatten.    Det befintliga kärlet vidareutvecklas för att minska tiden mellan varje test. En simulerad modell av kärlet visar de bultar som fäster test plåten inte kan minska i antal men de behöver inte förspännas med samma kraft som i dagsläget. Vidare visas hur ställtiderna kan minskas genom att kärlet tippas för att inte  vattnet skall behöva tömmas vid varje nytt test.  Dagens tryckkärl uppfyller större delen av personalens behov. För att minska ställtiderna bör trycksättningsvätskan återanvändas efter varje test och inspänningsanordningen förenklas. Att minska antalet skruvar är inte lämpligt med dagens konstruktion. Monteringen förenklas något genom att verktyg inte behöver användas vid monteringen.

Målet med detta examensarbete var att utforma ett koncept för friktionsmätning i trycksatt ångmiljö mellan materialparen trä/metall och metall/metall. Krav på konstruktionen var att hastigheten skulle kunna regleras mellan 0-100 meter per sekund under sex bars övertryck i 100 % luftfuktighet vid temperatur upptill 180 grader Celsius till uppdragsgivaren Mittuniversitetet i Sundsvall. Arbetets utförande redovisas i denna rapport, målet är att utforma ett koncept, utforma en 3D modell av konceptet, utföra hållfasthetsberäkning som stöder att konceptet kan utstå specificerad belastning och undersöka om formförändringar av trycksatts anordning har en inverkan på de spänningar som uppstår. För att uppnå målet att utforma ett koncept användes en designprocess innehållande funktionsanalys, idégenerering enligt brainstorming och konceptutvärdering med beslutsmatris som resulterade i ett koncept för friktionsmätning där vissa komponenter definierades med krav och dimensionering av drivlina utfördes med programmet Gates Design flex Pro. Som metod för att konstruera en 3D-modell användes programmet Solidworks, för att undersöka konceptets hållfasthet utfördes dimensionering till en början med beräkningsprogrammet Matlab där materialet EN 1.4571 användes, därefter utfördes simuleringar med Solidworks för att undersöka egenfrekvenser hos utvalda komponenter av konstruktionen och hållfasthetsberäkningar. Hållfasthetsberäkningarna och undersökning av inverkan av formförändringar av inre hörn utfördes i Solidworks där tryck och temperatur tillsattes på tryckkärlets insida. Resultatet var att konceptet inte riskerar att hamna i egenfrekvens, konceptet kan i teorin producera hastigheten 101,64 meter per sekund. Maximal spänning enligt beräkningar i Matlab var 40,02 MPa, motsvarande värde vid simulering i Solidworks var 38,16 MPa. Vid undersökning av formförändring av inre hörn hos trycksatt anordning blev resultatet att en radie på 25 millimeter vid de inre hörnen hos tryckkärl gav en spänningsreducering på 29,5% och en minskning av utböjning med 12.5%. Projektet har lyckats med att uppfylla sina mål och kan i teorin producera den hastighet som efterfrågades, utstå de förhållanden som efterfrågas och utföra friktionstest med både materialen metall och trä.

De automatiserade produktionslinjerna på Cepheid kallas Robal. Robal arbetar dygnet runt för attproducera så många patroner som möjligt. Produktionslinjen består av en grupp av stationer somtillsammans producerar patroner.Detta examensarbete är baserat på Pre-lid fyllningsstation på Robal som har syfte a dispensera enhögviskös vätska bestående av PEG, (poly etylenglykol) i patronerna. Mängden vätska somdispenseras är olika och kan skilja mellan 0.5 och 4 gram beroende på vilket recept på patron somanvänds. Receptet för CTNG patronen är fokus i detta arbete, CTNG är patronen vars har denlängsta cykeltiden, detta på grund av den kräver den största mängden vätska att dispenseras.Det praktiska arbetet för detta examensarbete var uppdelat i olika delar. Första uppgiften var attanalysera olika tryck och deras respektive dispenseringstid. Analysen utfördes genom att testaolika intervall av tryck på en dispenseringsstation placerad i labbet på Cepheid.Dispenseringsstation liknar Pre-lid stationen på Robal. Tryck mellan 40 och 400 Kpa analyseradesmed steg på 10 Kpa.Nästa uppgift var att validera om tryckkärlet som används i nuläget för att hitta det maximalatillåtna trycket som tryckkärlet får utsättas för. Uppgiften börjades med att samla ritningar påtryckkärlet för att ta fram korrekta mått som behövs i dem kommande beräkningarna.Med svenska standarden för tryckkärl [7] utfördes beräkningar på tryckkärlet. Eftersom locket äroerhört överdimensionerat så försummades locket i dessa beräkningar.När de teoretiska beräkningarna var slutförda modellerades tryckkärlet upp efter ritningar iSolidworks 2020. Med en komplett Cad-modell kunde en FEM-analys i samma mjukvara utföraspå tryckkärlet. På FEM-analysen analyserades hela tryckkärlet, inklusive locket.Tryckanalysen indikerar att dispenseringstiden drastiskt minskar med bara små ökande trycksteg.Resultat från valideringsberäkningarna visar att det trycksatta kärlet är dimensionerat enligtstandarder [7] för att hantera ett tryck högre än det inställda måltrycket.

Detta examensarbete har utförts i samarbete med Fagerström Industrikonsult AB i Helsingborg. Fagerström Industrikonsult AB är ett ingenjörsföretag som har specialiserat sig på mekaniska och mekatroniska produkter inom flera branchområden. Ett av företagets tidigare projekt, som bland annat bygger på tryckbärande kärl och som kommer återanvändas för ett nytt projekt, är i behov av en uppdaterad analys mot utmattningsbrott.För att en tryckbärande utrustning skall kunna säljas och användas inom Europa, måste tillverkarna följa det Europeiska direktivet 97/23/EG, även kallat PED-direktiv. Detta direktiv sätter regler för konstruktion, tillverkning, märkning och kontroll. I Sverige finns denna beskrivning i Arbetsmiljöverkets författnings-samling (AFS 1999:4 2011). För att uppfylla alla de konstruktionsmässiga och tillverkningsmässiga krav på tryckkärlet som ställs i PED direktivet, så måste harmoniserade standarder användas. I detta arbete används tryckkärlsstandarden (SS-EN 13445-3: 2014) som sätter regler för design och verifiering av tryckbärande anordningar.Ett av projekten som finansierats av den Europeiska kommissionen, visade att 25% av alla tryckbärande anordningars haverier beror på utmattning. Tryckkärl är den typ av tryckbärande anordning, som är mest utsatt för skador orsakade av utmattning. Utmattningsbrott har varit känt sedan början på 1800-talet och man har länge studerat detta fenomen. Man har efter lång tids arbete hittat metodik för att ta fram analytiska modeller och prediktionstekniker samt säkra och noggranna livslängdsberäkningar för stålkonstruktioner. Fagerström Industrikonsult AB söker idag en metod för att utföra utmattningsanalys på tryckkärl i enlighet med tryckkärlsstandarden där linjärstatisk analys utförs med finita elementmetoden. Företaget eftersträvar också mer kunskap inom ämnet för att ge konstruktörerna bättre kännedom om utmattningsproblematiken samt ge möjlighet att redan i konstruktionsstadiet kunna sätta rimliga krav på tillverkning ur mekaniskt utmattningsperspektiv. / This master thesis has been carried out in collaboration with Fagerström Industrikonsult AB in Helsingborg. Fagerström Industrikonsult AB is an engineering company, specialized in mechanical and mechatronic products across a wide range of industry segments. One of the company's previous project, which is among other sub-products based on pressurized vessels, and that will be reused for a new project, needs an updated analysis against fatigue failure.In order to sell or use a pressurized equipment in Europe, the manufacturers must comply with the European Directive 97/23/EC, also called PED-directive. This directive sets the rules for design, production, marking and inspections. In Sweden, this directive is described in “Arbetsmiljöverkets Författningssamling” (AFS 1999:4 2011). In order to meet all the design and manufacturing requirements for pressure vessels that are required by the PED Directive, it is required to use harmonized standards. In this thesis, pressure vessel standard (SS-EN 13445-3: 2014) is used, which sets the rules for design and verification of pressure vessel.One of the projects funded by the European Commission, showed that 25 % of all pressure equipment failure are caused by fatigue. Pressure vessel is one type of these pressure equipment, which is most vulnerable to damage caused by fatigue. Fatigue failure has been known since the beginning of 19th century and this phenomenon has been studied for a long time. Under this extensive period of time, methods have been succefully developed for analytical models and prediction techniques as well as safe and accurate life calculations for steel structures. Fagerström Industrikonsult AB is today seeking a method to perform fatigue analysis of pressure vessels in accordance with European pressure vessel standard, where the linear static analysis is performed using the finite element method. The company is also pursuing more knowledge of the subject so its designers have more understanding of fatigue phenomena in order to be able to set reasonable requirements during design stage for production and in order to prevent this phenomena.

Hydrauliska högtryckskopplingar av typen FEM ½” studeras med avsikten att fastställa en effektiv beräkningsmetodik som kan användas till att prediktera kopplingarnas hållfasthet. Metodiken utgörs av finita element analyser (FEA), och valideras av experimentella trycktester utförda på kopplingstypen FEM ½”. Genom FEA kan kopplingarnas hållfasthetsbeteende och maximala belastningskapacitet studeras virtuellt, vilket minskar behovet av experimentella tester och medför potential för optimering av produkterna. Arbetet utförs på Parker Hannifin AB i Skövde. Experimentella tester utförs på 20 stycken kopplingspar av typen FEM ½” för att utöka förståelsen av kopplingarnas beteende under brottsförloppet och för att prediktera trycket som medför haveri. Testernas genomförande och struktur baseras på metodiken Design of Experiments (DOE). Kritiska komponenter identifieras utifrån experimentets resultat, vilka sedan studeras närmare via FEA. Analyserna valideras utifrån standarder som kopplingarna ska efterfölja, och mätdata insamlad under de experimentella testerna. Från de experimentella testerna är det komponenterna: kulhållaren, styrningen och nippelhuset som upptar belastning i störst utsträckning. Vid haveri framgår två brottmoder som vanliga, att kulhållaren slits isär samt att styrningen brister, båda fallen uppkommer vid approximativt samma tryck. FE-analyserna för styrningen och kulhållaren visar god överensstämmelse med experimentella resultat. Deformationerna skiljer sig dock mellan analyserna och de experimentella testerna, var nippelhusets analyser uppvisar störst avvikelser. FE-modellerna uppvisar god potential för att prediktera samt utvärdera kopplingarnas mekaniska beteende under tryckbelastning. Analyserna är dock helt beroende av ingående data, var saknaden av en verklig materialmodell medför avvikelser från experimentella resultat. Förhållandet framgår tydligt av nippelhuset, vars relaterade härdningsegenskaper saknas. / Hydraulic FEM ½" high pressure couplings are studied with the purpose of establishing an effective methodology that can be used to predict the strength of the couplings. The methodology consists of finite element analyzes (FEA) and is validated by experimental pressure tests, performed on the FEM ½” couplings pairs.  Using FEA, the couplings solid mechanical behavior and maximum load ability can be viewed virtual, reducing the need for experimental tests and gives the potential for optimized products. The work is performed at Parker Hannifin AB in Skovde. Experimental tests are performed on 20 FEM ½” couplings pairs, to understand the solid mechanical behavior of the couplings until failure occurs, and to predict the maximum pressure that can be applied. The experimental structure and performance is based on the method Design of Experiments (DOE). Critical components are identified based on the results from the experimental tests, which are then studied more closely through FEA. The analysis are validated based on the applied material model, and data collected during the experimental tests. From the experimental tests it is shown that the components: ball cage, guide and plug housing are the components in which failure occur. In case of failure, two failure modes appear as common, that the ball cage is worn apart and that the guide burst, both types of failure modes occur at a similar pressure. The analysis for the guide and ball cage corresponds with the experimental outcomes. Differences occurs however when looked at the deformations, in which the plug housing shows the largest deviation when compared to the experimental results. The usage of FE-models appears to be appropriate for predicting and evaluating the mechanical strengths of the couplings during pressure loads. The analysis are however entirely dependent on the input data, where an incorrect material model generates incorrect results. The relationship is shown for the plug housing, which lack the mechanical properties related to curing processes.