Use of field measurements in fatigue analysis of forestry cranes

Tässä työssä on esitetty väsyttävän kuormituksen mittaamiseen ja mittausdatan jälkikäsittelyyn sekä väsymismitoitukseen liittyviä menetelmiä. Menetelmien sovelluskohteena oli metsäkoneen kuormain, joka on väsyttävästi kuormitettu hitsattu rakenne. Teoriaosassa on kuvattu väsymisilmiötä ja väsymismitoitusmenetelmiä sekä kuormitusten tunnistamiseen ja mittausten jälkikäsittelyyn liittyviä menetelmiä. Yleisimmin käytettyjen väsymismitoitusmenetelmien rinnalle on esitetty luotettavuuteen perustuvaa väsymismitoitusmenetelmää. Kuormainten suunnittelussa on keveys- j a kestoikävaatimusten takia erityisen suuri merkitys väsymisen huomioimisella. Rakenteille on ominaista tietyt toiminnan kannalta välttämättömät hitsatut yksityiskohdat, jotka usein määräävät koko rakenteen kestoiän. Koska nämä ongelmakohdat pystytään useimmiten tunnistamaan jo suunnitteluvaiheessa, voidaan yksityiskohtien muotoilulla usein parantaa huomattavasti koko rakenteen kestoikää. Näiden yksityiskohtien optimointi on osittain mahdollista toteuttaa ilman kuormituskertymätietoa, mutta useimmiten kuormitusten tunnistaminen on edellytys parhaan ratkaisun löytymiselle. Tällöin toistaiseksi paras keino todellisen väsyttävän kuormituksen tunnistamiseksi on pitkäaikaiset kenttämittaukset. Kenttämittauksilla selvitetään rakenteeseen kohdistuvat kuormitukset venymäliuskojen avulla. Kuormitusten tunnistamisella on erityisen suuri merkitys kun halutaan määrittää rakenteen kestoikä. Väsyminen ja väsyttävä kuormitus ovat kuitenkin tilastollisia muuttujia j a yksittäiselle rakenteelle ei ole mahdollista määrittää tarkkaa k estoikää. Tilastollisia menetelmiä käyttäen on kuitenkin mahdollista määrittää rakenteen vaurioitumisriski. Laskettaessa vaurioitumisriskiä suurelle määrälle yksittäisiä rakenteita voidaan muodostaa tarkkojakin ennusteita mahdollisten vaurioiden lukumäärästä. Tällöin kuormituskertymätiedosta voi olla tavanomaisen suunnittelun lisäksi laajempaa hyötyä esimerkiksi takuukäsittelyssä. Tässä työssä on sovellettu esitettyjä teorioita käytännössä metsäkoneen harvesterin puomiston väsymistarkasteluun. Kyseisen rakenteen kuormituksia mitattiin kahden viikon aikana yhteensä 35 tuntia, jonka perusteella laskettiin väsyttävän kuormituksen tilastollinen jakauma esimerkkitapaukselle. Mittauksen perusteella ei voitu tehdä kuitenkaan johtopäätöksiä tuotteen koko elinkaaren kuormituksista eikä muiden samanlaisten tuotteiden kuormituksista, koska mitattu otos oli suhteellisen lyhyt ja rajoittui vain yhteen käyttäjään ja muutamaan käyttökohteeseen. Menetelmien testaamiseksi kyseinen otos oli kuitenkin riittävä. Kuormituskertymätietoa käytettiin hyväksi myös laatumääritysten muodostamisessaesimerkkitapaukselle. Murtumismekaniikkaan perustuvalla menetelmällä arvioitiinharvesteripilarin valun mahdollisten valuvirheiden suurin sallittu koko. Luotettavuuteen pohjautuvan mitoitusmenettelyn tarve näyttää olevanlisääntymässä, joten pitkäaikaisten kenttämittausten tehokas hyödyntäminen tulee olemaan keskeinen osa väsymismitoitusta lähitulevaisuudessa. Menetelmiä olisi mahdollista tehostaa yhdistämällä kuormituskertymään erilaisia kuormitusten suhteen riippuvia tunnettuja suureita kuten käsiteltävän puun halkaisija. Todellisettuotekohtaiset tilastolliset jakaumat kuormituksista voitaisiin muodostaa mahdollisesti tehokkaammin, jos esimerkiksi kuormitusten riippuvuus metsätyypistä pystyttäisiin ensin määrittämään.

New threats - old routines : bureaucratic adaptability in the security policy environment

Within the framework of state security policy, the focus of this dissertation are the relations between how new security threats are perceived and the policy planning and bureaucratic implementation that are designed to address them. In addition, this thesis explores and studies some of the inertias that might exist in the core of the state apparatus as it addresses new threats and how these could be better managed. The dissertation is built on five thematic and interrelated articles highlighting different aspects of when new significant national security threats are detected by different governments until the threats on the policy planning side translate into protective measures within the society. The timeline differs widely between different countries and some key aspects of this process are also studied. One focus concerns mechanisms for adaptability within the Intelligence Community, another on the policy planning process within the Cabinet Offices/National Security Councils and the third focus is on the planning process and how policy is implemented within the bureaucracy. The issue of policy transfer is also analysed, revealing that there is some imitation of innovation within governmental structures and policies, for example within the field of cyber defence. The main findings of the dissertation are that this context has built-in inertias and bureaucratic seams found in most government bureaucratic machineries. As much of the information and planning measures imply security classification of the transparency and internal debate on these issues, alternative assessments become limited. To remedy this situation, the thesis recommends ways to improve the decision-making system in order to streamline the processes involved in making these decisions. Another special focus of the thesis concerns the role of the public policy think tanks in the United States as an instrument of change in the country’s national security decision-making environment, which is viewed from the perspective as being a possible source of new ideas and innovation. The findings in this part are based on unique interviews data on how think tanks become successful and influence the policy debate in a country such as the United States. It appears clearly that in countries such as the United States think tanks smooth the decision making processes, and that this model with some adaptations also might be transferrable to other democratic countries.

Aurinkokeräimien käyttö turpeen kenttäkuivauksessa

Tämä tutkimus tehtiin osana Vapo Oy:n uuden turvetuotantotekniikan kehitystä. Kihniön Aitonevalle on rakennettu uuden turvetuotantotekniikan tutkimusalue, johon kuuluu muun muassa yksi lämmittämätön kuivatuskenttä sekä yksi aurinkolämmöllä lämmitetty kuivatuskenttä aurinkokeräimineen ja putkistoineen. Työn tavoitteena oli selvittää aurinkolämmöllä lämmitetyn kuivatuskentän tuotannon teho verrattuna lämmittämättömään kenttään. Toinen tavoite oli selvittää Aitonevan tutkimusalueella käytössä olevista aurinkokeräimistä turpeen kuivaustarkoitukseen parhaiten soveltuva keräin. Tuotantoa uudella menetelmällä tehtiin vuoden 2005 kesän ajan. Tuotantotehon ero pyrittiin selvittämään seuraamalla yksittäisten turvetuotantoerien eli satokiertojen kuivumista kosteusnäyttein ja toisaalta vertaamalla koko kesän aikana saatua tuotantoa. Aurinkokeräimien vertailu toteutettiin energiamäärä- ja hyötysuhdemittauksin. Lisäksi kuivatuskenttien lämpötiloja mitattiin kentässä tapahtuvan lämmönsiirron selvittämiseksi. Mittausten perusteella havaittiin, ettälämmitetyn ja lämmittämättömän kentän välillä on tutkimuksen aikaisella kenttärakenteella 6-8 % ero satokierron aikana haihdutetussa vesimäärässä. Tätä voidaanpitää odotuksia pienempänä. Kenttien lämpötilamittausten perusteella osoittautui, että kentän pintarakenne tulisi eristää maaperästä, koska kentän alle siirrettyä lämpöä siirtyy häviöinä kylmään pohjamaahan. Käytössä olleista aurinkokeräimistä parhaaksi osoittautui katettu kumimattokeräin niin hyötysuhteen kuin tehokkuudenkin puolesta. Työn aikana todettiin, että tutkimusta keräimien ja varsinkinkenttärakenteen suhteen tulee jatkaa tulevaisuudessa ennen aurinkokeräinkentän laajamittaisen käytön aloittamista.

The Role of an Enterprise Portal in Knowledge Management Strategy, Case: Private Equity Investor

Työ tutkii yritysportaalin roolia organisaation tietojohtamisessa. Tutkimusongelman ratkaisemiseksi luodaan viitekehys, jossa yritysportaalin ja tietojohtamisen teoriat linkittyvät. Työn empiirisessä osassa viitekehys on pohjana case-yritykselle rakennettavalle yritysportaalille. Laadullinen tutkimus käsittää teoriaosuuden sekä osallistuvaan case-tutkimukseen perustuvan empiriaosuuden. Työn runko muodostuu kahden vastakkaisen tietojohtamisajattelun vuoropuhelusta, jotka ovat informaatioteknologiaan- ja strategiseen johtamiseen perustuvat näkökulmat. Toimivan tietojohtamismallin täytyy sisältää molemmat aspektit. Jokainen organisaatio tarvitsee informaation hallintaan liittyviä toiminnallisuuksia ja täten eksplisiittisen tiedon hallinta tietojärjestelmien avulla on onnistuneen tietojohtamisen kulmakiviä. Tätä perusinfrastruktuuria on mahdollista laajentaa hiljaisen tiedon hallintaan perustuvilla tietojohtamismenetelmillä. Työn ratkaisu näiden kahden näkemyksen, 'kovan' informaatioteknogiaan painottuvan sekä 'pehmeän' ihmisnäkökulman integrointiin, on yritysportaali. Työssä käytettävä yritysportaalin viitekehys rakentuu kolmeen päätoiminnallisuuteen; sisällönhallintaan, yhteistyöominaisuuksiin ja liiketoimintatiedon hallintaan. Työ todistaa yhteyden viitekehyksen sekä tietojohtamisen perusmallien, kuten tietojohtamisen prosessimallin sekä tietoympäristöjen välillä. Yritysportaali voi täten toimia, ei ainoastaan yksittäisten tietojohtamistyökalujen implementoinnissa, vaan tietojohtamisstrategian luomisen apuna tarjoten alustan tai 'katalyytin' kokonaisvaltaiselle tietojohtamiselle.

Branding and Marketing Communications of Lifestyle Prescription Drugs in a Strict Legislative Environment

This thesis discusses the different possibilities to brand and promote a patented prescription lifestyle drug through different marketing communications practices. This thesis aims in explaining how branding procedures can be built in circumstances, where the legislative environment is strickt and furthermore, the environment consists of both B-to-B and B-to-C market characteristics simultaneously.

The oxygenation in biological wastewater treatment of pulp and paper industry

The UPM-Kymmene Oyj Pietarsaari pulp and paper Mill biological wastewater treatment plant was built in the 1980's and the plant has been in use ever since. During the past years there have been problems with deviations. The wastewater treatment plant needs update, especially the aeration basin, where the old surface aerators cannot produce enough mixing and indroduce oxygen enough to the wastewater. In this thesis how extra aeration with oxygen affects the wastewater treatment plant effluent was studied. In the literature part the main focus is in aeration devices, which can be used in biological wastewater treatment. The target is to compare different kind of aerators, which are suitable for pulp and paper wastewater treatment. Studies show, that EDI-aerators are commonly used and also most suitable. In the experimental part, the focus is on the Pietarsaari Mills wastewater treatment plant and oxygen aeration during autumn 2008. This thesis presents the results of the trial run. Studies show, that extra oxygen devices can produce lot a of mixing and the oxygenation capacity was more than what the micro-organisms needed. The effect on sludge quality could not been seen during the trial runs.

Modelling of calciner in post-combustion carbon capture process

Climate change has given an impetus to research and developed new technologies to reduce significantly carbon dioxide emissions in energy production in the developed countries. The major pollution source, fossil fuels, will be used as an energy source for many decades, which provides the demand for carbon capture and storage technologies. Over recent years many new technologies has been developed and one of the most promising is calcium-looping in post-combustion carbon capture process, which use carbonation-calcination cycle to capture carbon dioxide from the flue gas of a combustion process. First pilot plant for calcium-looping process has been built in Oviedo, Spain. In this study, a three-dimensional model has been created for the calciner, which is one of the two fluidized bed reactors needed for the process. The calciner is a regenerator where the captured carbon dioxide is removed from the calcium material and then collected after the reactor. Thesis concentrates in creating the calciner 3D-model frame with CFB3D-program and testing the model with two different example cases. Used input parameters and calciner geometry are Oviedo pilot plant design parameters. The calculation results give information about the process and show that pilot plant calciner should perform as planned. This Master’s Thesis is done in participation to EU FP7 project CaOling.

Servo drive in hoist application

The objective of this master thesis is to test according to hoisting requirements, a servo drive system and compare its performance with the performance of a drive equipped with a vector controlled frequency converter. Both systems utilize closed-loop vector control based on PCL program control. In order to compare the results of tests both systems were connected to the same motor driving a variable speed electrical chain hoist. Tests were based on requirements to both systems. As requirements of tests zero speed operation, operation in field weakening, positioning accuracy and smoothness of motion are taken into consideration. Both systems demonstrate quite similar performance and meet the requirements. Servo drive system demonstrates a high positioning accuracy and dynamic performance. Frequency converter is not able to provide the same positioning accuracy and dynamic performance as servo drive.

From genes to communities : stress tolerance in eelgrass (Zostera marina)

Shallow coastal areas are dynamic habitats that are affected by a variety of abiotic and biotic factors. In addition to the natural environmental stress, estuarine and coastal seagrass ecosystems are exposed to effects of climate change and other anthropogenic impacts. In this thesis the effect of different abiotic (shading stress, salinity and temperature) and biotic stressors (presence of co-occurring species) and different levels and combinations of stressors on the performance and survival of eelgrass (Zostera marina) was assessed. To investigate the importance of scale for stress responses, varying levels of biological organization (genotype, life stage, population and plant community) were studied in field and aquarium experiments. Light limitation, decreased salinity and increased temperature affected eelgrass performance negatively in papers I, II and III, respectively. While co-occurring plant species had no notable effect on eelgrass in paper IV, the presence of eelgrass increased the biomass of Potamogeton perfoliatus. The findings in papers II and III confirmed that more extreme levels of salinity and temperature had stronger impacts on plant performance compared to intermediate levels, but intermediate levels also had more severe effects on plants when they were exposed to several stressors, as illustrated in paper II. Thus, multiple stressors had negative synergetic effects. The results in papers I, II and III indicate that future changes in light climate, salinity and temperature can have serious impacts on eelgrass performance and survival. Stress responses were found to vary among genotypes, life stages and populations in papers I, II and III, respectively, emphasizing the importance of study scale. The results demonstrate that while stress in general affects seagrass productivity negatively, the severity of effects can vary substantially depending on the studied scale or level of biological organization. Eelgrass genotypes can differ in their stress and recovery processes, as observed in paper I. In paper II, eelgrass seedlings were less prone to abiotic stress compared to adult plants, but stress also decreased their survival considerably. This indicates that recruitment and re-colonization through seeds might be threatened in the future. Variation among population responses observed in paper III indicates that long-term local adaptation under differing selection pressures has caused divergence in salinity tolerance between Baltic eelgrass populations. This variability in stress tolerance observed in papers I and III suggests that some eelgrass genotypes and populations have a better capacity to adapt to changes and survive in a changing environment. Multiple stressors and biological level-specific responses demonstrate the uncertainty in predicting eelgrass responses in a changing environment. As eelgrass populations may differ in their stress tolerance both within and across regions, conservation strategies at both local and regional scales are urgently needed in order to ensure the survival of these important ecosystems.

Potential and Challenges of Analog Reconfigurable Computation in Modern and Future CMOS

In this work, the feasibility of the floating-gate technology in analog computing platforms in a scaled down general-purpose CMOS technology is considered. When the technology is scaled down the performance of analog circuits tends to get worse because the process parameters are optimized for digital transistors and the scaling involves the reduction of supply voltages. Generally, the challenge in analog circuit design is that all salient design metrics such as power, area, bandwidth and accuracy are interrelated. Furthermore, poor flexibility, i.e. lack of reconfigurability, the reuse of IP etc., can be considered the most severe weakness of analog hardware. On this account, digital calibration schemes are often required for improved performance or yield enhancement, whereas high flexibility/reconfigurability can not be easily achieved. Here, it is discussed whether it is possible to work around these obstacles by using floating-gate transistors (FGTs), and analyze problems associated with the practical implementation. FGT technology is attractive because it is electrically programmable and also features a charge-based built-in non-volatile memory. Apart from being ideal for canceling the circuit non-idealities due to process variations, the FGTs can also be used as computational or adaptive elements in analog circuits. The nominal gate oxide thickness in the deep sub-micron (DSM) processes is too thin to support robust charge retention and consequently the FGT becomes leaky. In principle, non-leaky FGTs can be implemented in a scaled down process without any special masks by using “double”-oxide transistors intended for providing devices that operate with higher supply voltages than general purpose devices. However, in practice the technology scaling poses several challenges which are addressed in this thesis. To provide a sufficiently wide-ranging survey, six prototype chips with varying complexity were implemented in four different DSM process nodes and investigated from this perspective. The focus is on non-leaky FGTs, but the presented autozeroing floating-gate amplifier (AFGA) demonstrates that leaky FGTs may also find a use. The simplest test structures contain only a few transistors, whereas the most complex experimental chip is an implementation of a spiking neural network (SNN) which comprises thousands of active and passive devices. More precisely, it is a fully connected (256 FGT synapses) two-layer spiking neural network (SNN), where the adaptive properties of FGT are taken advantage of. A compact realization of Spike Timing Dependent Plasticity (STDP) within the SNN is one of the key contributions of this thesis. Finally, the considerations in this thesis extend beyond CMOS to emerging nanodevices. To this end, one promising emerging nanoscale circuit element - memristor - is reviewed and its applicability for analog processing is considered. Furthermore, it is discussed how the FGT technology can be used to prototype computation paradigms compatible with these emerging two-terminal nanoscale devices in a mature and widely available CMOS technology.

Flow in porous media of oil-water systems

Fluid flow behaviour in porous media is a conundrum. Therefore, this research is focused on filtration-volumetric characterisation of fractured-carbonate sediments, coupled with their proper simulation. For this reason, at laboratory rock properties such as pore volume, permeability and porosity are measured, later phase permeabilities and oil recovery in function of flow rate are assessed. Furthermore, the rheological properties of three oils are measured and analysed. Finally based on rock and fluid properties, a model using COMSOL Multiphysics is built in order to compare the experimental and simulated results. The rock analyses show linear relation between flow rate and differential pressure, from which phase permeabilities and pressure gradient are determined, eventually the oil recovery under low and high flow rate is established. In addition, the oils reveal thixotropic properties as well as non-Newtonian behaviour described by Bingham model, consequently Carreau viscosity model for the used oil is given. Given these points, the model for oil and water is built in COMSOL Multiphysics, whereupon successfully the reciprocity between experimental and simulated results is analysed and compared. Finally, a two-phase displacement model is elaborated.

Aktiivisten magneettilaakereiden ohjauslaitteiston vaatimusmäärittely ja toteutus

Aktiivinen magneettilaakeri on järjestelmä joka mahdollistaa pyörivän kappaleen, esimerkiksi sähkökoneen roottorin, leijuttamisen magneettikentässä ilman fyysistä kontaktia vastakappaleiden välillä. Tekniikalla on joitain merkittäviä etuja muihin laakerointijärjestelmiin verrattuna erityisesti suurnopeuksisissa tai puhdastiloissa käytettävissä sähkökäytöissä. Magneettilaakereiden yleistymistä nopeuttaisi ja niiden hintaa laskisi mikäli laakereiden säätöön ja tehonsyöttöön voitaisiin käyttää standardeja teollisuusautomaatiolaitteita erityisesti tätä käyttötarkoitusta varten kehitettyjen laitteiden sijaan. Tässä työssä luodaan menetelmä määrittää vähimmäisvaatimukset aktiivisen magneettilaakerin säätöalgoritmien suorittamiseen käytetylle säätöjärjestelmälle ja anturoinnille sekä laakerin toimintaan tarvittavalle tehoelektroniikalle. Näiden vaatimusten perusteella luodaan katsaus soveltuviin laitteisiin ja kootaan esimerkkikokoonpanot kahdelle erilaiselle magneettilaakeroitavalle kohteelle. Lisäksi työssä esitellään LUT:ssa vuosina 2014-2015 kehitetty magneettilaakerin teholähdeprototyyppi ja selvitetään edellytykset käyttää laitetta laakerijärjestelmän osana.

Tietokantaratkaisuehdotus pientasajännitesähköverkoston mittausdatavarastoksi

Lappeenrannan teknillinen yliopisto tutkii pientasajännitesähkön käyttöä. Yliopisto on rakennuttanut Järvi-Suomen Energia Oy:n ja Suur-Savon Sähkö Oy:n kanssa yhteistyössä kokeellisen pientasajännitesähköverkon, jolla pystytään tarjoamaan kenttäolosuhteet pienjännitetutkimukselle todellisilla asiakkailla ja todentaa LVDC-teknologiaa ja muita älykkään sähköverkon toimintoja kenttäolosuhteissa. Verkon tasajänniteyhteys on rakennettu 20 kV sähkönjakeluverkon ja neljän kuluttajan välille. 20 kV keskijännite suunnataan tasamuuntamolla ±750 V pientasajännitteeksi ja uudestaan 400/230 V vaihtojännitteeksi kuluttajien läheisyydessä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on luoda yliopistolle tietokanta pientasajännitesähköverkosta kertyvälle tiedolle ja mittaustuloksille. Tietokanta nähtiin tarpeelliseksi luoda, jotta pienjänniteverkon mittaustuloksia pystytään myöhemmin tarkastelemaan yhdessä ja yhtenäisessä muodossa. Yhdeksi tutkimuskysymykseksi muodostui, kuinka järjestää ja visualisoida kaikki verkosta palvelimille kertyvä mittausdata. Työssä on huomioitu myös kolme tietokantaa mahdollisesti hyödyntävää käyttäjäryhmää: kotitalousasiakkaat, sähköverkkoyhtiöt ja tutkimuslaboratorio, sekä pohdittu tietokannan hyötyä ja merkitystä näille käyttäjille. Toiseksi tutkimuskysymykseksi muodostuikin, mikä kaikesta tietokantaan talletetusta datasta olisi oleellisen tärkeää ottaa talteen näiden asiakkaiden kannalta, ja kuinka nämä voisivat hakea tietoa tietokannasta. Työn tutkimusmenetelmät perustuvat jo valmiiksi olemassa olevaan mittausdataan. Työtä varten on käytetty sekä painettua että sähköisessä muodossa olevaa kirjallisuutta. Työn tuloksena on saatu luotua tietokanta MySQL Workbench -ohjelmistolla, sekä mittausdatan keräys- ja käsittelyohjelmat Python-ohjelmointikielellä. Lisäksi on luotu erillinen MATLAB-rajapinta tiedon visualisoimista varten, jolla havainnollistetaan kolmen asiakasryhmän mittausdataa. Tietokanta ja sen tiedon visualisointi antavat kuluttajalle mahdollisuuden ymmärtää paremmin omaa sähkönkäyttöään, sekä sähköverkkoyhtiöille ja tutkimuslaboratorioille muun muassa tietoa sähkön laadusta ja verkon kuormituksesta.