<p>Rapporten avhandlar ett ämne inom maskinteknik, ett konstruktionsuppdrag från Saab Microwave Systems. Projektet går ut på att göra en viktoptimering av ett apparatskåp som sitter monterad i artillerilokaliseringsradarn ARTHUR.</p><p>Projektets syfte är att uppnå en viktoptimering på 20-30%, dels genom andra material, som kolfiber och magnesium, men också genom annan design och utformning på detaljerna i skåpet.</p><p>Hänsyn måste dock beaktas till kravspecifikationen som huvudsakliga beställaren fastställt, då främst att skåpet utgör ett EMI-skydd.</p><p>Vi har tagit fram förslag på fackverksliknande förstärkningsribbor på</p><p>de olika frästa detaljerna istället för de vertikala och horisontella ribborna. Detta tillsammans med en minskning av plåttjocklek har resulterat i lägre vikt. Om materialet också byts ut mot till exempel magnesiumlegeringen ZK60A som har sträckgräns och brottgräns motsvarande den redan använda aluminiumlegeringen så blir viktbesparingen ännu större på grund av magnesiums lägre densitet.</p><p>Vi har dessutom tagit fram ett förslag på en ram i aluminiumprofiler som sedan kläs med aluminiumplåtar. Denna lösning resulterar inte i någon större viktminskning, men besparingen i tillverkningskostnad bör bli stor.</p>

Rapporten avhandlar ett ämne inom maskinteknik, ett konstruktionsuppdrag från Saab Microwave Systems. Projektet går ut på att göra en viktoptimering av ett apparatskåp som sitter monterad i artillerilokaliseringsradarn ARTHUR. Projektets syfte är att uppnå en viktoptimering på 20-30%, dels genom andra material, som kolfiber och magnesium, men också genom annan design och utformning på detaljerna i skåpet. Hänsyn måste dock beaktas till kravspecifikationen som huvudsakliga beställaren fastställt, då främst att skåpet utgör ett EMI-skydd. Vi har tagit fram förslag på fackverksliknande förstärkningsribbor på de olika frästa detaljerna istället för de vertikala och horisontella ribborna. Detta tillsammans med en minskning av plåttjocklek har resulterat i lägre vikt. Om materialet också byts ut mot till exempel magnesiumlegeringen ZK60A som har sträckgräns och brottgräns motsvarande den redan använda aluminiumlegeringen så blir viktbesparingen ännu större på grund av magnesiums lägre densitet. Vi har dessutom tagit fram ett förslag på en ram i aluminiumprofiler som sedan kläs med aluminiumplåtar. Denna lösning resulterar inte i någon större viktminskning, men besparingen i tillverkningskostnad bör bli stor.

HiGtech är en projektgrupp på Högskolan i Gävle vilka konstruerar och bygger energisnåla tävlingsfordon. Ett av fordonen tävlar i Shell Eco Marathons prototypklass för bensindrivna förbränningsmotorer och drivs av en på högskolan konstruerad motor. Motorns effekt överförs till en kedjetransmission via en inköpt och modifierad centrifugalkoppling. Den nuvarande centrifugalkopplingen väger cirka 1,5 kg. Då en stor faktor för tävlingsresultatet är fordonets rullmotstånd, vilken beror av fordonets vikt, har målet med detta arbete varit att konstruera en specialanpassad centrifugalkoppling, vars vikt endast är hälften så stor som motorns nuvarande koppling. Experiment på motorn, en undersökning av befintliga centrifugalkopplingar samt en litteraturstudie har utförts vilket gav indata för konstruktionsarbetet. Centrifugalkopplingens diameter har optimerats med avseende på låg vikt, där massan av kopplingens nav, trumma och backar tagits fram och jämförts för olika diametrar. Backarnas massa har beräknats med en framtagen beräkningsmodell och navets samt trummans massor har tagits fram genom 3D-modellkoncept. Vidare har en centrifugalkoppling konstruerats av stål, anpassad för tävlingsfordonets motor med individuell justering av ingreppsvarvtalet för dess backar. Centrifugalkopplingens optimala diameter beräknades till 110 millimeter, vilket har resulterat i en totalvikt på den utvecklade kopplingen på cirka 730 g. En specifikationslista har tagits fram på lämpligt friktionsmaterial, dock krävs vidare tester för att säkerställa att önskad funktion uppnås på grund av vibrationer som kan uppstå, något som avgränsats bort i detta arbete. / HiGtech is a project group at the University of Gävle, in which students design and build energy efficient vehicles to compete with around the world. One of the vehicles is competing in the Shell Eco Marathon prototype class for gasoline-powered internal combustion engines and is driven by an on campus designed engine. The engine's power is transmitted to a chain transmission via a purchased and modified centrifugal clutch. The current centrifugal clutch weighs about 1.5 kg. An important factor for the outcome in the competition is the rolling resistance of the vehicle, which depends on its weight, the aim of this work has been to design a customized centrifugal clutch, whose weight is only half as large as the engine’s current clutch. Experiments on the engine, a survey of centrifugal clutches and a literature study has been performed which gave input for the design work. The diameter of the centrifugal clutch has been optimized for low weight, where the mass of the clutch hub, drum and shoes has been compared for the different diameters. The shoe mass has been calculated using a developed model and the hub and drum masses have been developed through a 3D model concept. Furthermore, a centrifugal clutch out of steel, adapted for the engine of the competing vehicle, has been developed, with individual adjustments of the engagement speed of its shoes. The optimal diameter of the centrifugal clutch was calculated to 110 millimeters, resulting in a total weight of the developed clutch of about 730 g. A list of specification has been developed for an appropriate choice of friction material, however, further testing is required to ensure that the desired functionality is achieved due to vibrations that may occur, this was however demarcated in this work.

Sammanfattning Denna rapport utgör resultatet av ett examensarbete på avancerad nivå inom produkt och processutveckling, som utförts åt Scania CV AB. Projektets syfte är undersöka och jämföra ett höghållfast stål med ett mjukt stål, samt undersöka lämplig tillverkningsmetod ur ett kost- och viktperspektiv på ett styrkolonnfäste. För att kunna besvara och uppfylla syftet har ett antal frågeställningar formulerats. Vilka faktorer bör ligga till grund för en viktoptimerad konstruktion?   Hur mycket kan framtaget koncept påverka artikelkostnaden och därmed även påverka den totala investeringskostnaden, räknat över 3 år?   En litteraturstudie genomfördes för att samla in relevant data när det gäller främst material, tillverkning, kostnad, slöseri och sammanfogning. Insamlandet av data fortskred även parallellt med utförandet av fallstudien. Projektet resulterar i ett framtaget koncept som medför ungefär 50 procent viktminskning jämfört med den referens som används. Detta genom att tillämpa framtagna faktorer för en viktoptimerad konstruktion. Artikelkostnaden minskas med ungefär en faktor tre. När det gäller investeringskostnaden bedöms den som stor, däremot medför det till en lönsamhet redan första året. Det är viktigt att analysera möjligheterna när det gäller materialvalsbyte jämfört med ökad eller minskad materialtjocklek för ett visst material.  I fallstudien visade det sig lönsamt att byta material snarare än att öka på tjockleken, det resulterade i att vikten optimerades samtidigt som konceptet klarade av framtagna krav. Projektets bedöms som uppfyllt på grund av att samtliga frågeställningar har besvarats samt att framtagen kravspecifikation har uppfyllts. Det framtagna underlaget anses vara en god grund för vidare utveckling. För vidare utveckling rekommenderas ytterligare beräkningar och tester, exempelvis skakprov, för att verifiera framtaget koncept. Det bedöms även som ett stort värde att göra pressnings simuleringar för att möjliggöra ytterligare verifieringar när det gäller en konstruktions pressbarhet.

<p>Highland Group AB was helping a customer of theirs to create an All-Terrain Vehicle (ATV), a project Highland has never been involved with before. For the wishbone arms of the wheel suspension, traditional manufacturing methods and tubes with cylindrical or square shaped cross section was preferred. We performed a simulation where the ATV was driving on a bumpy road too see the forces involved. With the results we proceeded to calculate the strength of the concepts to find out which is best suited for the tough environment in which the ATV is used. The concept that turned out to be the best was a wishbone made of circular cross section, which had good structural strength and did fulfill the demands that we required for the construction. The company where interested in the project and could see themselves proceeding with the work in the future. We helped the company to find interest for computer aided simulation in collaboration with structural strength analysis, which they would like to engage in. The project has given us a larger knowledge in the choices of construction and structural strength analysis as well as experience working with computer aided construction tools.</p>

Highland Group AB was helping a customer of theirs to create an All-Terrain Vehicle (ATV), a project Highland has never been involved with before. For the wishbone arms of the wheel suspension, traditional manufacturing methods and tubes with cylindrical or square shaped cross section was preferred. We performed a simulation where the ATV was driving on a bumpy road too see the forces involved. With the results we proceeded to calculate the strength of the concepts to find out which is best suited for the tough environment in which the ATV is used. The concept that turned out to be the best was a wishbone made of circular cross section, which had good structural strength and did fulfill the demands that we required for the construction. The company where interested in the project and could see themselves proceeding with the work in the future. We helped the company to find interest for computer aided simulation in collaboration with structural strength analysis, which they would like to engage in. The project has given us a larger knowledge in the choices of construction and structural strength analysis as well as experience working with computer aided construction tools.

Structural Optimization techniques are widely used in product development process in ‘modern industry’ to generate optimal designs with only sufficient material to serve the purpose of the component. In conventional design problems, the design process usually generates overdesigned components with excess material and weight. This will in turn increase the life time cost of machines, both in terms material wastage and expense of usage. The thesis “Design of a weight optimized casted ADI component using topology and shape optimization” deals with redesigning a component from a welded steel plate structure into a castable design for reduced manufacturing cost and weight reduction. The component “Drill Steel Support” mounted in front of the drilling boom of a Face Drilling Machine is redesigned during this work. The main objective of the thesis is to provide an alternative design with lower weight that can be mounted on the existing machine layout without any changes in the mounting interfaces. This thesis report covers in detail procedure followed for attaining the weight reduction of the “Drill Steel Support” and presents the results and methodology which is based on both topology and shape optimization. / Strukturoptimering används ofta i produktutvecklingsprocessen i modern industri för att ta fram optimala konstruktioner med minsta möjliga materialåtgång för komponenten. Konventionella konstruktionsmetoder genererar vanligtvis överdimensionerade komponenter med överflödigt material och vikt. Detta ökar i sin tur livstidskostnaderna för maskiner både i termer av materialavfall och användning. Avhandlingen "Konstruktion av viktoptimerad gjuten ADI-komponent" behandlar omkonstruktionen av en komponent från en svetsad stålplåtstruktur till en gjutbar konstruktion med minskad tillverkningskostnad och vikt. Komponenten “Borrstöd” monterad i framkant av bommen på en ortdrivningsmaskin är omkonstruerad under detta arbete. Huvudsyftet med avhandlingen är ta fram en alternativ konstruktion med lägre vikt och som kan monteras på befintlig maskinlayout utan någon ändring i monteringsgränssnittet. Denna avhandling innehåller en detaljerad beskrivning av förfarandet för att uppnå viktminskningen av "borrstödet" och presenterar resultaten samt metodiken som baseras på både topologi- och parameter- optimering.

I och med en ökande konkurrens och tekniska framsteg har flygbranschen tvingats ta till nya metoder för att utveckla komponenter. I flygbranschen är viktoptimering en viktig faktor och på senare tid har man sett stora möjligheter med att genomföra detta med hjälp av topologioptimering och additiv tillverkning. På Saab finns det ett intresse av att undersöka hur topologioptimering kan användas för att om möjligt förenkla och förbättra den utvecklingsprocess man har i dag och göra de produkterna man tillverkar ännu bättre. Speciellt vill man titta på hur topologioptimeringsmodulen i det befintliga CAD systemet Siemens NX fungerar för att se hur konstruktörer skulle kunna använda sig av verktyget för att minska vikten på komponenterna. Syftet med denna studie är att undersöka hur topologioptimering kan genomföras i Siemens NX för att se hur det kan användas i utvecklingsarbetet på Saab samt för att se vilka möjligheter/utmaningar verktyget för med sig. Arbetet är baserat på en litteraturstudie, en intervjustudie, en workshop och undersökningar av Siemens NX topologioptimeringsmodul. Resultatet från intervjuerna visade att man på Saab ser en vinst i att använda sig av topologioptimering på flera ställen i utvecklingsprocessen. Undersökningen av Siemens topologioptimeringsmodul visar att verktyget kan användas, framförallt under en av de tidpunkterna i processen som föreslagits under intervjuerna, för att ta fram en kvalificerad första gissning på en konstruktion. Vinsten med att använda topologioptimering har visat sig vara att antalet iterationer mellan konstruktör och strukturanalytiker kan minska, vilket kan leda till en tidseffektiviserad utvecklingsprocess. Det har framkommit under intervju med en strukturanalytiker att färdiga komponenter, där topologioptimering använts, tenderar att vara bättre uppbyggda och ha lättare att klara av de ställda kraven. Arbetet har också visat att det finns utmaningar med att använda Siemens topologioptimeringsmodul på Saab. Ett av de stora problemen som framkommit under arbetet är att det är svårt att ta fram exakta lastfall på Saabs komponenter vilket krävs för att topologioptimera i Siemens NX. Ytterligare en försvårande faktor är att Saabs produkter i många fall har en låst förformskonstruktion med förutbestämda designparametrar, som dimensioner och funktioner. Detta medför att det i vissa fall varit svårt att få fram relevanta resultat. Resultaten från undersökning av Siemens topologioptimering har visat sig ge bäst resultat då den förformskonstruktion som optimeras har en stor designfrihet. / As a consequence of great technical progress in today's society and the increasing competition industries in between, the aviation industry has been forced to implement new methods in their product development to stay competitive. Topology optimization together with additive manufacturing is one of them and is used to optimize the weight of a component. Optimization in weight is a crucial factor in the aviation industry and topology optimization is recently shown to be a useful method. At Saab there is an interest in evaluating topology optimization and its capability to both improve and simplify today's development process to make even better products in the end. In particular, they want to look at how the topology optimization module in the existing CAD system Siemens NX works to explore the opportunities for the designersto reduce the weights of the components. This study aims to examine the use of topology optimization in Siemens NX to explore if it is a useful method to implement in the development process at Saab. The purpose is also to see what advantages and what challenges it brings. The work is based on a literature review, an interview study, a workshop and an investigation of the topology optimization module in Siemens NX.  Results from the interviews showed that Saab can benefit from the usage of topology optimization in several parts of the development process. Siemens NX topology optimization module, specifically, was found to fit in one of the suggested places, where it can be used to create a first qualified iteration. One of the advantages topology optimization can bring is fewer design iterations between designers and analysts which can help reduce the development time and improve the process. Furthermore one of the interviewed structural analysts claims that parts, where topology optimization tools has been used, has been found to be better constructed and has easier to pass through the validation process. The study has also revealed some difficulties with the usage of Siemens NX topology optimization module at Saab where the biggest question is whether relevant load cases exists or not. Topology optimization in Siemens NX requires definitive load cases which has been hard or even impossible to find in many of Saab´s products. Another difficulty with the usage of Siemens Topology optimization on Saab´s product is the limited freedom in the design space. The respondents mean that most of the constructed parts has a lot of predetermined parameters and in the topology optimization module this fact has sometimes made it difficult to produce relevant results.

Wind turbines have been utilized for centuries to harness energy from the wind. Commercial wind turbine blades are typically made from composite materials, which are difficult to recycle, leading to blades ending up in landfills at the end of their lifecycle. Additionally, these materials contribute to microplastic pollution. In response to growing environmental concerns, there has been an increased focus on addressing such issues. The Swedish company SeaTwirl AB develops offshore vertical-axis wind turbines (VAWT), and this study focuses on optimizing the weight of a blade from a new 10-15 MW VAWT concept using steel as the material. Steel has long been recyclable, making it an interesting material for wind turbine blades. The specific steel used in this study is the ultra-high-strength steel "Strenx 1300" from SSAB, which is not only extremely durable but is also expected to be fossil-free by 2026, by implementation of the manufacturing technology HYBRIT. The study found that a single blade made from Strenx 1300, when designed and optimized for 35 years of operational use, would weigh approximately 193.4 tonnes and would require 6016.8 meters of welds with a fatigue class of FAT 125. A rough estimation of the weight of a fiberglass VAWT of the same size resulted in approximately 300 tonnes. Therefore, this study concludes that it may be feasible to construct a commercially competitive VAWT blade using environmentally friendly, fossil-free steel. This approach would make wind energy a more sustainable energy source without the problems of recyclability and microplastic pollution. / Vindkraftverk har använts i århundraden för att utvinna energi från vinden. Kommersiella vindkraftverksblad tillverkas vanligtvis av kompositmaterial, vilket är svårt att återvinna och leder till att bladen hamnar på soptippar vid slutet av deras livscykel. Dessutom bidrar dessa material till mikroplastföroreningar. Som svar påväxande miljöproblem har det därför blivit ett ökat fokus på denna typ av frågor. Det svenska företaget SeaTwirl AB utvecklar vertikalaxliga vindkraftverk (VAWT) för offshore-användning, och denna studie fokuserar på att optimera vikten av ett blad från ett nytt 10-15 MW VAWT-koncept med stål som material. Stål har länge varit återvinningsbart, vilket gör det till ett intressant material för vindkraftverksblad. Det specifika stål som används i denna studie är det höghållfasta stålet "Strenx1300" från SSAB, som inte bara är extremt hållbart, men också förväntas bli fossilfritttill 2026, tack vare implementeringen av tillverkningsteknologin HYBRIT. Studien visade att ett enskilt blad tillverkat av Strenx 1300, när det är utformat och optimerat för 35 års driftstid, skulle väga cirka 193,4 ton och kräva 6016,8 meter svets med en utmattningsklass FAT 125. En grov uppskattning av vikten av en VAWT av samma storlek i glasfiber resulterade i cirka 300 ton. Därför drar denna studie slutsatsen att det kan vara möjligt att konstruera ett kommersiellt konkurrenskraftigt VAWT-blad med miljövänligt, fossilfritt stål. Detta tillvägagångssätt skulle göra vindenergi till en mer hållbar energikälla utan problemen associerade med återvinning och mikroplaster.