Ultimate capacity of stainless steel rectangular hollow section X- joints at low temperatures

Growing demand for stainless steel construction materials has increased the popularity of substitutive materials for austenitic stainless steels. The lean duplex grades have taken their place in building of structures exposed to corrosive environments. Since the duplex grades are relatively new materials, the current codes and norms do not fully cover the newest duplex grades. The joints tested in this thesis were designed and studied according to Eurocode 3, even though all the materials are not yet accepted to the standards. The main objective in this thesis was to determine the differences of the used materials in behaviour under loading at low temperatures. Tests in which the deformation and strength properties of the joints were determined were done at the temperature of -46°C, which is the requirement of temperature for structures designed according to Norsok standards. Results show that replacing the austenitic grade with the lean duplex grade is acceptable.

Teräsrakenteiden ja putkiston suunnittelu sekä asennus vedenkäsittelylaitokseen

Tässä opinnäytetyössä oli tavoitteena teräsrakenteiden ja putkiston suunnittelu ja hankinta sekä niiden asennuksen valvonta Kemira Kemwater Service Oy:n ja Nordic Aluminiumin Oyj:n vedenkäsittelylaitokseen. Uusien teräsrakenteiden ja putkistojen suunnittelussa tuli hyödyntää olemassa olevia rakenteita, jos se oli mahdollista. Teräsrakenteisiin kuuluivat hoitotaso ja keräyssuppilo. Valmiin hoitotason päälle asennettiin suotopuristin, josta putoava kiintoaine ohjataan keräyssuppilon avulla ruuvikuljettimelle, joka siirtää kiintoaineen siirtolavoille. Hoitotasolta käytetään ja huolletaan suotopuristinta sekä putkistoa. Materiaaleina käytettiin Fe37B ja ruostumatonta terästä. Teräsrakenteiden HEB-palkit valittiin laskettujen taipumien perusteella. HEB-palkkien taipumien minimoimiseksi lisättiin vinotukija. Hoitotason suunnittelussa hyödynnettiin olemassa olevia HEB-palkkeja. Hoitotason elementteinä käytettiin teräksestä valmistettuja kuumasinkittyjä ritilöitä. Hoitotason kahteen jalkaan mallinnettiin säätövarat, jotta hoitotason toinen pää saadaan samaan korkoon kiinteästi olevaan päähän nähden. Jalkojen säätö toteutettiin kahdella M20 x 120- ruuvilla per jalka. Putkisto layout mallinnettiin PI-kaavion mukaiseksi ja siinä oli venttiilit mallinnettuna. Työpiirustuksien valmistuttua suoritettiin tarjouskyselyt urakoitsijoille. Teräsrakenteet ja putkiston asensivat kaksi eri urakoitsijaa. Asennusvalvoja oli paikalla lähes koko asennusajan vastaamassa työturvallisuudesta ja asennuksen sujuvuudesta. Urakoiden valmistuttua teräsrakenteille ja putkistolle suoritettiin luovutustarkastukset. Projekti pysyi aikataulussa ja kustannusarviossa suunnittelun sekä valvonnan osalta.

Tuotelaskennan kehittäminen metalliteollisuusyrityksessä.

Työssä esitetään laskentamalli tuotekohtaisten kustannusten laskemiseksi teräsrakentamisen tuotteita valmistavan ja markkinoivan divisioonan tarpeisiin. Mallissa kustannuksia lasketaan standardikustannuslaskennan ja lisäyslaskennan periaatteita hyödyntäen. Laskentamalli liittyy esimerkkiyrityksen tuote- ja asiakaskannattavuuden kehittämishankkeeseen. Mallissa tuotteille kohdistetaan materiaalin ja prosessoinnin kustannuksia sekä pääoman kustannuksia poistojen osalta. Tuotelaskennan mallin avulla lasketaan kustannuksia muutamille esimerkkituotteille. Tarkastelua ei kuitenkaan tehdä divisioonan erikoistuotteiden osalta. Saadut laskentatulokset noudattavat vallitsevia käsityksiä liiketoiminta-alueen tuotteiden kustannusrakenteesta. Samalla malli antaa kuitenkin tarkemman kuvan kustannusten todellisesta kohdistumisesta tuotteille. Kattavan laskenta-aineiston puuttuessa työn merkittävimpänä tuloksena voidaan kehittämishankkeen tässä vaiheessa pitää yhtenäisen laskentamallin saamista tukemaan tuotekustannusten laskemista koko divisioonan alueella. Malli ei kuitenkaan kuvaa kustannusten kohdistumista tuotteille parhaalla mahdollisella tavalla. Jatkokehityshankkeissa tulisikin pohtia kustannuskohdistimien ja työssä tuotteelle kohdistamatta jätettyjen kustannuserien käsittelyä sekä divisioonan vakiotuotteiden että erikoistuotteiden osalta.

Kilpailija-analyysin kehittäminen Ruotsin teräsrakennemarkkinoista

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää sekä teoreettisen että empiirisen tarkastelun kautta kilpailun analysointia ja kilpailijatiedon merkitystä projektivientiyrityksessä. Tutkimuksessa pyrittiin analysoimaan, kuinka yrityksessä tunnistetaan kilpailijat ja minkä tyyppistä kilpailijatietoa organisaatiossa tarvitaan. Lisäksi pyrittiin haastatteluin selvittämään tärkeimmät käyttökohteet kilpailijatiedolle sekä lähinnä yrityksen sisäiset tietolähteet.Tutkimuksen teoreettisessa osassa pyrittiin antamaan lukijalle käsitteellistä perustaa yrityksen kilpailustrategian muotoutumiselle, kilpailijatiedon merkitykselle sekä hallinnalle informaatiojärjestelmää apuna käyttäen. Näitä tietoja hyödyntäen saatiin kehitettyä empiirisessä osuudessa tietojärjestelmän runko case-yritykseen. Tutkimus toteutettiin lähinnä Pohjoismaisilla teräsrakentamisen markkinoilla toimivaan projektivientiyritykseen. Organisaation kilpailijatiedon hyväksikäytön kriittiseksi tekijäksi osoittautui tiedon tarpeen ja kysynnän määrittely sekä sen vertaaminen nykyisiin jo organisaatiossa oleviin tietoihin. Toisaalta tietoja oli suhteellisen paljon olemassa, mutta se oli aika pienen joukon käytössä. Yrityksessä ei ollut aiemmin tutkittu kilpailijatiedon käyttöä, joten tiedon tarvetta laajemmin ei oltu aiemmin tiedostettu. Koko ajan tulee kuitenkin muistaa, että aikaa kannattaa uhrata vain sellaiseen toimintaan, mikä edistää yrityksen liiketoimintaa. Tältä pohjalta halutaankin ottaa käyttöön paikasta ja ajasta riippumaton informaatiojärjestelmä.Tietojärjestelmästä haluttiin yksinkertainen, jotta sen käyttö ei olisi kellekään kynnyskysymys hyödyllisen tiedon käyttöön. Järjestelmällä halutaan turvata kilpailijatiedon tehokas välittyminen oikeille käyttäjille oikeaan aikaan. Toisaalta järjestelmältä halutaan tutkimuspohjaa esimerkiksi hävittyjen kauppojen analyyseihin, ja näin voidaankin sanoa, että järjestelmä oppii ja opettaa käyttäjiensä välityksellä.

Electromagnetic Design of a Solid Steel Rotor Motor for Demanding Operation Environments

The solid-rotor induction motor provides a mechanically and thermally reliable solution for demanding environments where other rotor solutions are prohibited or questionable. Solid rotors, which are manufactured of single pieces of ferromagnetic material, are commonly used in motors in which the rotationspeeds exceed substantially the conventional speeds of laminated rotors with squirrel-cage. During the operation of a solid-rotor electrical machine, the rotor core forms a conductor for both the magnetic flux and the electrical current. This causes an increase in the rotor resistance and rotor leakage inductance, which essentially decreases the power factor and the efficiency of the machine. The electromagnetic problems related to the solid-rotor induction motor are mostly associated with the low performance of the rotor. Therefore, the main emphasis in this thesis is put on the solid steel rotor designs. The rotor designs studied in thisthesis are based on the fact that the rotor construction should be extremely robust and reliable to withstand the high mechanical stresses caused by the rotational velocity of the rotor. In addition, the demanding operation environment sets requirements for the applied materials because of the high temperatures and oxidizing acids, which may be present in the cooling fluid. Therefore, the solid rotors analyzed in this thesis are made of a single piece of ferromagnetic material without any additional parts, such as copper end-rings or a squirrel-cage. A pure solid rotor construction is rigid and able to keep its balance over a large speed range. It also may tolerate other environmental stresses such as corroding substances or abrasive particles. In this thesis, the main target is to improve the performance of an induction motor equipped with a solid steel rotor by traditional methods: by axial slitting of the rotor, by selecting a proper rotor core material and by coating the rotor with a high-resistive stainless ferromagnetic material. In the solid steel rotor calculation, the rotor end-effects have a significant effect on the rotor characteristics. Thus, the emphasis is also put on the comparison of different rotor endfactors. In addition, a corrective slip-dependent end-factor is proposed. The rotor designs covered in this thesis are the smooth solid rotor, the axially slitted solid rotor and the slitted rotor having a uniform ferromagnetic coating cylinder. The thesis aims at design rules for multi-megawatt machines. Typically, mega-watt-size solidrotor machines find their applications mainly in the field of electric-motor-gas-compression systems, in steam-turbine applications, and in various types of largepower pump applications, where high operational speeds are required. In this thesis, a 120 kW, 10 000 rpm solid-rotor induction motor is usedas a small-scale model for such megawatt-range solid-rotor machines. The performance of the 120 kW solid-rotor induction motors is determined by experimental measurements and finite element calculations.

Automated formulation of optimisation models for steel beam structures

Over 70% of the total costs of an end product are consequences of decisions that are made during the design process. A search for optimal cross-sections will often have only a marginal effect on the amount of material used if the geometry of a structure is fixed and if the cross-sectional characteristics of its elements are property designed by conventional methods. In recent years, optimalgeometry has become a central area of research in the automated design of structures. It is generally accepted that no single optimisation algorithm is suitable for all engineering design problems. An appropriate algorithm, therefore, mustbe selected individually for each optimisation situation. Modelling is the mosttime consuming phase in the optimisation of steel and metal structures. In thisresearch, the goal was to develop a method and computer program, which reduces the modelling and optimisation time for structural design. The program needed anoptimisation algorithm that is suitable for various engineering design problems. Because Finite Element modelling is commonly used in the design of steel and metal structures, the interaction between a finite element tool and optimisation tool needed a practical solution. The developed method and computer programs were tested with standard optimisation tests and practical design optimisation cases. Three generations of computer programs are developed. The programs combine anoptimisation problem modelling tool and FE-modelling program using three alternate methdos. The modelling and optimisation was demonstrated in the design of a new boom construction and steel structures of flat and ridge roofs. This thesis demonstrates that the most time consuming modelling time is significantly reduced. Modelling errors are reduced and the results are more reliable. A new selection rule for the evolution algorithm, which eliminates the need for constraint weight factors is tested with optimisation cases of the steel structures that include hundreds of constraints. It is seen that the tested algorithm can be used nearly as a black box without parameter settings and penalty factors of the constraints.

Modal testing and numerical modeling of the dynamic properties of layered sheet-steel structure

Recently, due to the increasing total construction and transportation cost and difficulties associated with handling massive structural components or assemblies, there has been increasing financial pressure to reduce structural weight. Furthermore, advances in material technology coupled with continuing advances in design tools and techniques have encouraged engineers to vary and combine materials, offering new opportunities to reduce the weight of mechanical structures. These new lower mass systems, however, are more susceptible to inherent imbalances, a weakness that can result in higher shock and harmonic resonances which leads to poor structural dynamic performances. The objective of this thesis is the modeling of layered sheet steel elements, to accurately predict dynamic performance. During the development of the layered sheet steel model, the numerical modeling approach, the Finite Element Analysis and the Experimental Modal Analysis are applied in building a modal model of the layered sheet steel elements. Furthermore, in view of getting a better understanding of the dynamic behavior of layered sheet steel, several binding methods have been studied to understand and demonstrate how a binding method affects the dynamic behavior of layered sheet steel elements when compared to single homogeneous steel plate. Based on the developed layered sheet steel model, the dynamic behavior of a lightweight wheel structure to be used as the structure for the stator of an outer rotor Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Generator designed for high-power wind turbines is studied.

Productivity development at construction branch after the last recession

EPC 2006 kansainvälinen tuottavuuskonfrenssi

Constant and variable amplitude fatigue strength of high strength steel welds treated with ultrasonic impact treatment

Hitsattujen rakenteiden väsymiskestävyyttä pystytään parantamaan jälkikäsittelymenetelmillä, joistayksi, ultraäänikäsittely muokkaa hitsin geometriaa ja aiheuttaa puristusjäännösjännitystilan. Tässä tutkimuksessa verrataan kokeellisesti kuormaa kantamattoman hitsatun ja ui -käsitellyn rivan väsymislujuutta toisiinsa. Tutkimusohjelmaan kuuluu kahta teräslajia ja sekä vakio - että vaihtuva - amplitudista kuormitusta. Ultraäänikäsittelyllä saavutetaan väsymiskestoiän parantuminen vakio - ja vaihtuva - amplitudisella kuormituksella. Perusaineen lujuudella ei ole merkittää vaikutusta väsymislujuuteen kun liitos on hitsatussa tilassa. Tällöin väsymiskestävyyden määrää hitsin rajaviivan jännityskeskittymä. Ultraäänikäsitellyn hitsatunliitoksen väsymiskestävyys on suurempi korkeamman lujuuden omaavilla teräksillä. Tästä syystä korkealujuuksisten terästen käyttö ultraäänikäsiteltynä väsyttävästi kuormitetuissa kevytrakenteissa on perusteltua.

Lämmöntalteenotto kosteasta poistoilmasta prosessiteollisuudessa

Tämän diplomityön päämääränä on tehdä prosessiteollisuuden tarpeisiin Excel-taulukkolaskentaohjelmassa toimiva putkilämmönsiirtimen mitoitusohjelma. Prosessiteollisuudessa lämmönvaihtimien toimintaympäristöt ja olosuhteet vaihtelevat merkittävästi ja niinpä jokaisen vaihtimen suunnittelu ja mitoitus on toteutettava tapauskohtaisesti. Työssä käsitellään rekuperatiivisen ristivirtaputkilämmönvaihtimen yleinen lämpötekninen mitoitus sisältäen putken sisäpinnalle tapahtuvan mahdollisen lauhtumisen. Mitoitettava vaihdinkoostuu pystysuorista putkista, joissa lämmin ja kostea ilma virtaa putkien sisäpuolella ja kylmä kuiva ilma vaippapuolella vaakasuoraan. Vaihdinmateriaalina käytetään ruostumatonta AISI 304 -tai haponkestävää AISI 316 terästä. Kuuman ilman tila vaihtelee tarkasteltavan kohteen mukaan. Paperiteollisuuden kuivausyksiköiltä poistuva ilma on usein lämmintä ja kosteaa, ja infrakuivaimilta poistuva ilma on kuumaa. Mitoitettavalle lämmönvaihtimelle tulevan kuuman ilman lämpötila tapauksesta riippuen voi vaihdella 30°C, maksimissaan +300°C:een saakka, vesisisällön ollessa välillä 0,010...0,200 kg/kg ki tai jopa tämän ylikin. Vaihtimen mitoitus perustuu energiataseyhtälöiden käyttöön. Laskennassa määritetään vaihtimen pintalämpötila sekä mahdollinen kostean ilman lauhtuminen putken sisäpinnalle. Lisäksi teoria käsittää molempien virtausten tilanmuutosten laskennan. Työssä on esitetty esimerkkilaskelma, jossa on laskettu ilma- kostea ilma lämmönsiirrinkonstruktio. Esimerkissä on tarkasteltu vaihtimen hyötysuhdetta, virtausten lämpö- ja kosteuskäyttäytymistä ulkoilman lämpötilan funktiona. Ohjelmasta saadaan tulostettua mitoitettavanvaihtimen dimensiot; putkien lukumäärät syvyys- ja pituussuunnassa sekä kokonaisputkilukumäärä, putkien väliset etäisyydet toisiinsa nähden sekä syvyys, että pituussuunnassa, putkipituus ja putken sisä- ja ulkohalkaisijat. Nämä tiedot suunnittelija itse syöttää ohjelmalle alkuarvoina. Laskettuna tietona ohjelma antaa molempien virtausten poistolämpötilat, kuuman ilman poistuvan absoluuttisen kosteuden, kondenssivesimäärän, vaihtimen tehon ja painehäviöt vaippa- ja putkipuolelle. Lisäksi ohjelma laskee kuuman ilman ominaisentalpiat vaihtimen sisään- ja ulostulossa. Tämä mahdollistaa ilman tilapisteiden piirtämisen Mollier-piirrokseen.

Maintenance and construction outsourcing in a public-owned electricity network company

Euroopan sähkösektori on ollut viimeisen vuosikymmenen suurten mullistusten kourissa. Sähkömarkkinoiden avautumisen jälkeen monopoliliiketoimintaa harjoittavien sähköyhtiöiden on ollut pakko parantaa tuottavuuttaan. Ratkaisuksi tähän on etsitty apua huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamisella. Ulkoistaminen on kuitenkin uusi menetelmä tällä sektorilla. Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää syyt, jotka tanskalaisella sähköverkkoyhtiöllä oli huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamiseen, sekä löytää siitä saatavat hyödyt ja siihen sisältyvät riskit. Tutkimus suoritetaan käyttäen apuna kirjallisuutta, saatavilla olevia due diligence-, sekä muita raportteja ja analyysejä, sekä tapausta koskettavien tahojen haastatteluja.Lisäksi sähköverkkoalan asiantuntijoiden kanssa käytyjä konsultointia käytetäänselvitykseen. Tutkimus osoittaa, että perimmäiset ajurit huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamiseen tulivat lainmuutosten ja vapautuneiden sähkömarkkinoiden asettamista paineista. Kunnallisessa organisaatiossa parantaa tehokkuutta ulkoistamalla jotain toimintoja yksityisomisteiselle palvelun tuottajalle. Muut ulkoistamisesta odotetut hyödyt olivat alentuneet kustannukset, virtaviivaisempi organisaation ja sähköverkkoyhtiön tehottomista osista eroon pääseminen ennen sen myymistä.

Laser Cutting of Austenitic Stainless Steel with a High Quality Laser Beam

The thin disk and fiber lasers are new solid-state laser technologies that offer a combinationof high beam quality and a wavelength that is easily absorbed by metal surfacesand are expected to challenge the CO2 and Nd:YAG lasers in cutting of metals ofthick sections (thickness greater than 2mm). This thesis studied the potential of the disk and fiber lasers for cutting applications and the benefits of their better beam quality. The literature review covered the principles of the disk laser, high power fiber laser, CO2 laser and Nd:YAG laser as well as the principle of laser cutting. The cutting experiments were made with thedisk, fiber and CO2 lasers using nitrogen as an assist gas. The test material was austenitic stainless steel of sheet thickness 1.3mm, 2.3mm, 4.3mm and 6.2mm for the disk and fiber laser cutting experiments and sheet thickness of 1.3mm, 1.85mm, 4.4mm and 6.4mm for the CO2 laser cutting experiments. The experiments focused on the maximum cutting speeds with appropriate cut quality. Kerf width, cutedge perpendicularity and surface roughness were the cut characteristics used to analyze the cut quality. Attempts were made to draw conclusions on the influence of high beam quality on the cutting speed and cut quality. The cutting speeds were enormous for the disk and fiber laser cutting experiments with the 1.3mm and 2.3mm sheet thickness and the cut quality was good. The disk and fiber laser cutting speeds were lower at 4.3mm and 6.2mm sheet thickness but there was still a considerable percentage increase in cutting speeds compared to the CO2 laser cutting speeds at similar sheet thickness. However, the cut quality for 6.2mm thickness was not very good for the disk and fiber laser cutting experiments but could probably be improved by proper selection of cutting parameters.