Merituulivoiman kannattavuus Kokkolan seudun rannikolla

Tässä diplomityössä selvitetään teollisen mittakaavan merituulipuistojen taloudellisia ja osin myös teknisiä rakentamisedellytyksiä Kokkolan seudun rannikolla. Lisäksi työssä tarkastellaan erilaisten tukitoimien vaikutusta tuulivoiman kannattavuuteen sekä selvitetään lyhyesti merituulivoiman hallinnollisia ja oikeudellisia edellytyksiä. Esimerkkikohteina tarkastellaan viittä Kokkolan edustalle suunniteltua merituulipuistoa, joiden tehot ovat 20 – 100 MW ja yksikkökoot 1,8 – 5 MW. Tuulipuistojen tuuliolot on arvioitu läheisten mittauspisteiden tietojen perusteella ja niiden pohjalta on laskettu puistojen energiantuotto. Tuulivoimaloiden huipunkäyttöajoiksi on saatu noin 2400 – 2500 h/a. Puistojen investointikustannukset ovat noin 6 500 –10 200 mk/kW: itse turbiinin lisäksi suurimpia kustannuseriä ovat perustukset ja sähköverkkoliitäntä. Vuosittaisten käyttö- ja kunnossapitokustannusten suuruudeksi on arvioitu noin 3 % investointikustannuksista. Kannattavuustarkastelut on suoritettu 5 % laskentakorolla ja 25 vuoden pitoajalle. Tuotantokustannukset ovat ilman tukia noin 27 – 38 p/kWh. Kun sähkön hintana on 150 mk/MWh, ei taloudellista kannattavuutta voida saavuttaa edes nykyisin käytössä olevan investointi- ja tuotantotuen avulla. Tuulisähköstä saatava mahdollinen ”vihreän sähkön lisä” tai päästökaupan aloittaminen voisivat mahdollistaa tuulivoiman taloudellisen kannattavuuden myös silloin, kun sähkön hintataso on matala. Kannattavuutta voitaisiin parantaa myös tukijärjestelmällä, joka painottaa nykyistä enemmän tuotantoa.

Ruuvipurkaimen väsymistarkastelu

Ruuvipurkaimen väsymismitoituksen hankalin vaihe on oikeiden kuormien määrittäminen. Tässä työssä laskettiin ruuvipurkaimen väsymisikä kenttämittauksissa saatujen kuormien perusteella. Laskentaan käytettiin nimellisjännitysten menetelmää, Hot-Spot-menetelmää, murtumismekaniikkaa ja paikallisen venymän menetelmää. Purkaimen ruuviputken hitsit käsitellään koneviilaamalla. Kirjallisuudesta etsittiin koetuloksia koneviilatuille kappaleille ja niiden pohjalta laskettiin ehdotus suunnitteluväsymisrajaksi käytettäväksi koneviilatuille T-liitoksille ruuvipurkaimien suunnittelussa. Väsymisrajaksi saatiin 95MPa, kun huomioitiin koekappaleiden koko tilastollisin menetelmin.

Sellutehtaan varavoimajärjestelmän mitoitus ja teknistaloudellinen vertailu 400 ja 690 voltin jännitteillä

Tämän diplomityön tarkoitus on selvittää pienjakelujännitteen nostosta aiheutuvia vaikutuksia sellutehtaan varavoimaverkossa. Työn alussa esitellään varavoimaverkkoon kuuluvia osia, selvitetään erilaisten kuormien vaikutusta varavoimaverkon sähkön laatuun sekä kuormien jakoa varmennettuihin verkkoihin. Seuraavaksi suunnitellaan kaksi keskitettyä varavoimaverkkomallia eri pienjakelujännitteillä. Mallien nimellisjännitteet ovat 400 V ja 690 V. Varavoimaverkkomallien kuormat ja osastojen väliset etäisyydet on otettu valmiista sellutehtaista. Tässä diplomityössä painotutaan erityisesti varavoimaverkkomallien mitoitukseen ja jakelujännitteen nostosta aiheutuvien vaikutusten teknistaloudelliseen vertailuun. Vertailu tehdään keskijännitekojeiston ja varavoimakeskusten välisellä alueella, johon kuu-luvat jakelumuuntaja, varavoimakone, varavoimapääkeskus, kiskosillat, jakelukaapelit, kytkinvaroke- ja katkaisijalähdöt sekä mahdolliset välimuuntajat. Varavoimaverkkojen välisessä kustannusvertailussa käytetään nykyarvomenetelmää.

IGBT:N KYLLÄSTYSVALVONTA

Tässä työssä on tutkittu IGBT-modulin kyllästysvalvontaa. Periaatteellisena erona yleisesti käytössä olevaan IGBT:n kyllästysvalvontamenetelmään on valvonnan perustuminen IGBT-modulin läpi kulkevaan virtaan, sen yli olevan jännitteen mittaamisen asemesta. IGBT-modulin läpi kulkeva virta aiheuttaa pienen jännitehäviön IGBT-modulin sisällä olevassa DC-miinuskiskossa. Jännitehäviön suuruus riippuu modulin läpi kulkevan virran suuruudesta. Jännitehäviö voidaan mitata kahden mittapisteen välisenä jännite-erona. Kun jännite-ero mittapisteiden välillä kasvaa tarpeeksi suureksi, IGBT:n voidaan olettaa olevan oikosulussa ja laukaisu voidaan suorittaa. Kyllästystilan havaitsemista kuitenkin vaikeuttaa se, että kyseisen DC-miinuskiskon läpi kulkee moottorivirta. Moottorivirran aiheuttamat jännite-erot on pystyttävä erottamaan luotettavasti oikosulkutilanteesta. Lisäksi komponentin ylikuormitettavuusvaatimukset lisäävät kytkennän toteuttamisen vaikeutta. Komponenttia voidaan hetkellisesti ylikuormittaa moninkertaisella nimellisvirralla eikä tämäkään tilanne saa johtaa laukaisuun.Kyllästysvalvonta toteutetaan taajuusmuuttajaan, joka on tunnetusti varsin häiriöinen ympäristö. DC-miinuskiskon mittapisteiden välissä on tämän johdosta havaittavissa virrasta riippuvan jännite-eron lisäksi erittäin voimakkaita kytkentäilmiöistä johtuvia häiriöitä. Myös muiden IGBT-modulien kytkentäilmiöistä johtuvat häiriöt kytkeytyvät kyllästysvalvontakytkentään ja vaikeuttavat osaltaan sen toteuttamista.

Sähkökäyttöisen konejärjestelmän vuorovaikutteinen simulointi

Työn tavoitteena oli toteuttaa simulointimalli, jolla pystytään tutkimaan kestomagnetoidun tahtikoneen aiheuttaman vääntömomenttivärähtelyn vaikutuksia sähkömoottoriin liitetyssä mekaniikassa. Tarkoitus oli lisäksi selvittää kuinka kyseinen simulointimalli voidaan toteuttaa nykyaikaisia simulointiohjelmia käyttäen. Saatujen simulointitulosten oikeellisuus varmistettiin tätä työtä varten rakennetulla verifiointilaitteistolla. Tutkittava rakenne koostui akselista, johon kiinnitettiin epäkeskotanko. Epäkeskotankoon kiinnitettiin massa, jonka sijaintia voitiin muunnella. Massan asemaa muuttamalla saatiin rakenteelle erilaisia ominaistaajuuksia. Epäkeskotanko mallinnettiin joustavana elementtimenetelmää apuna käyttäen. Mekaniikka mallinnettiin dynamiikan simulointiin tarkoitetussa ADAMS –ohjelmistossa, johon joustavana mallinnettu epäkeskotanko tuotiin ANSYS –elementtimenetelmäohjelmasta. Mekaniikan malli siirrettiin SIMULINK –ohjelmistoon, jossa mallinnettiin myös sähkökäyttö. SIMULINK –ohjelmassa mallinnettiin sähkökäyttö, joka kuvaa kestomagnetoitua tahtikonetta. Kestomagnetoidun tahtikoneen yhtälöt perustuvat lineaarisiin differentiaaliyhtälöihin, joihin hammasvääntömomentin vaikutus on lisätty häiriösignaalina. Sähkökäytön malli tuottaa vääntömomenttia, joka syötetään ADAMS –ohjelmistolla mallinnettuun mekaniikkaan. Mekaniikan mallista otetaan roottorin kulmakiihtyvyyden arvo takaisinkytkentänä sähkömoottorin malliin. Näin saadaan aikaiseksi yhdistetty simulointi, joka koostuu sähkötoimilaitekäytöstä ja mekaniikasta. Tulosten perusteella voidaan todeta, että sähkökäyttöjen ja mekaniikan yhdistetty simulointi on mahdollista toteuttaa valituilla menetelmillä. Simuloimalla saadut tulokset vastaavat hyvin mitattuja tuloksia.

Position sensorless electrically excited synchronous motor drive for industrial use based on direct flux linkage and torque control

Synchronous machines with an AC converter are used mainly in large drives, for example in ship propulsion drives as well as in rolling mill drives in steel industry. These motors are used because of their high efficiency, high overload capacity and good performance in the field weakening area. Present day drives for electrically excited synchronous motors are equipped with position sensors. Most drives for electrically excited synchronous motors will be equipped with position sensors also in future. This kind of drives with good dynamics are mainly used in metal industry. Drives without a position sensor can be used e.g. in ship propulsion and in large pump and blower drives. Nowadays, these drives are equipped with a position sensor, too. The tendency is to avoid a position sensor if possible, since a sensor reduces the reliability of the drive and increases costs (latter is not very significant for large drives). A new control technique for a synchronous motor drive is a combination of the Direct Flux Linkage Control (DFLC) based on a voltage model and a supervising method (e.g. current model). This combination is called Direct Torque Control method (DTC). In the case of the position sensorless drive, the DTC can be implemented by using other supervising methods that keep the stator flux linkage origin centered. In this thesis, a method for the observation of the drift of the real stator flux linkage in the DTC drive is introduced. It is also shown how this method can be used as a supervising method that keeps the stator flux linkage origin centered in the case of the DTC. In the position sensorless case, a synchronous motor can be started up with the DTC control, when a method for the determination of the initial rotor position presented in this thesis is used. The load characteristics of such a drive are not very good at low rotational speeds. Furthermore, continuous operation at a zero speed and at a low rotational speed is not possible, which is partly due to the problems related to the flux linkage estimate. For operation in a low speed area, a stator current control method based on the DFLC modulator (DMCQ is presented. With the DMCC, it is possible to start up and operate a synchronous motor at a zero speed and at low rotational speeds in general. The DMCC is necessary in situations where high torque (e.g. nominal torque) is required at the starting moment, or if the motor runs several seconds at a zero speed or at a low speed range (up to 2 Hz). The behaviour of the described methods is shown with test results. The test results are presented for the direct flux linkage and torque controlled test drive system with a 14.5 kVA, four pole salient pole synchronous motor with a damper winding and electric excitation. The static accuracy of the drive is verified by measuring the torque in a static load operation, and the dynamics of the drive is proven in load transient tests. The performance of the drive concept presented in this work is sufficient e.g. for ship propulsion and for large pump drives. Furthermore, the developed methods are almost independent of the machine parameters.

Kaukojäähdytysverkon rakennevaihtoehdot

Kaukojäähdytyksellä tarkoitetaan keskitetysti tuotetun jäähdytysenergian jakamista kiinteistöihin jakeluverkossa kiertävän kylmän veden välityksellä, eli kaukojäähdytys on ulkoistettu jäähdytysratkaisu. Jäähdytysenergiaa tarvitaan työtehon, viihtyisyyden ja sisäilman laadun parantamiseksi, sekä joidenkin prosessien tarpeisiin. Siinä missä perinteinen kiinteistökohtainen jäähdytysjärjestelmä tuottaa jäähdytysenergian sähköllä, käytetään kaukojäähdytyksessä jäähdytysenergian tuottamiseen sellaisia resursseja, jotka muuten jäisivät käyttämättä. Tästä syystä kaukojäähdytys vähentää merkittävästi hiilidioksidipäästöjä, jonka lisäksi kaukojäähdytys vähentää kylmäkoneissa käytettävien kylmäaineiden aiheuttamia kasvihuonekaasupäästöjä. Kaukolämpöverkkoa muistuttavan kaukojäähdytysverkon rakentaminen vaatii suuria investointeja. Nykyisin jakeluverkon rakenteena käytetään 2Mpuk- rakennetta, jonka todettiin olevan teknistaloudellisesti soveltuvin vaihtoehto Helsingin Energian kaukojäähdytysverkkoon. Myös PE 100 putkia voitaisiin käyttää PN 16 paineluokassa alle DN 300 kokoluokkaa vastaavissa johdoissa, ja PN 10 paineluokassa alle DN 400 johdoissa. Kaukolämpöverkon paineluokan valinta vaikuttaa oleellisesti investointikustannuksiin PE- putkilla ja joillekin alueille kannattanee rakentaa alemman paineluokan omaava erillisverkko PE- putkista. Happidiffuusion kautta PE- putkista pääsee jonkin verran happea verkkoon, mutta määrät ovat melko pieniä, eikä muitakaan teknisiä esteitä hyvin korroosiota kestävien PE- putkien käytölle ole. 2Mpuk- rakenteelle suurimman riskin aiheuttaa elementtien liitoskohdista teräsputken pinnalle pääsevä ulkopuolinen vesi. Koska kaukojäähdytysjohdot ovat lisäksi yleensä ympäristöä kylmempiä, kondensoivat ne vettä pinnallensa kaukolämpöjohdoista poiketen. Ulkopuolisen veden aiheuttamaa riskiä voitaisiin pienentää eristämällä liitoskohdat sähkömuhveilla. Verkoston rakentamiskustannuksia ja liikenteelle aiheutuvia haittoja voidaan vähentää ojattomia rakentamismenetelmiä, kuten suuntaporausta käyttämällä.

Line filter optimization in elevator use

The purpose of this thesis was to create design a guideline for an LCL-filter. This thesis reviews briefly the relevant harmonics standards, old filter designs and problems faced with the previous filters. This thesis proposes a modified design method based on the “Liserre’s method” presented in the literature. This modified method will take into account network parameters better. As input parameters, the method uses the nominal power, allowed ripple current in converter and network side and desired resonant frequency of the filter. Essential component selection issues for LCL-filter, such as heating, voltage strength, current rating etc. are also discussed. Furthermore, a simulation model used to verify the operation of the designed filter in nominal power use and in transient situations is included in this thesis.

Utilization of a Time Domain Simulator in the Technical and Economic Analysis of a Wind Turbine Electric Drive Train

The amount of installed wind power has been growing exponentially during the past ten years. As wind turbines have become a significant source of electrical energy, the interactions between the turbines and the electric power network need to be studied more thoroughly than before. Especially, the behavior of the turbines in fault situations is of prime importance; simply disconnecting all wind turbines from the network during a voltage drop is no longer acceptable, since this would contribute to a total network collapse. These requirements have been a contributor to the increased role of simulations in the study and design of the electric drive train of a wind turbine. When planning a wind power investment, the selection of the site and the turbine are crucial for the economic feasibility of the installation. Economic feasibility, on the other hand, is the factor that determines whether or not investment in wind power will continue, contributing to green electricity production and reduction of emissions. In the selection of the installation site and the turbine (siting and site matching), the properties of the electric drive train of the planned turbine have so far been generally not been taken into account. Additionally, although the loss minimization of some of the individual components of the drive train has been studied, the drive train as a whole has received less attention. Furthermore, as a wind turbine will typically operate at a power level lower than the nominal most of the time, efficiency analysis in the nominal operating point is not sufficient. This doctoral dissertation attempts to combine the two aforementioned areas of interest by studying the applicability of time domain simulations in the analysis of the economicfeasibility of a wind turbine. The utilization of a general-purpose time domain simulator, otherwise applied to the study of network interactions and control systems, in the economic analysis of the wind energy conversion system is studied. The main benefits of the simulation-based method over traditional methods based on analytic calculation of losses include the ability to reuse and recombine existing models, the ability to analyze interactions between the components and subsystems in the electric drive train (something which is impossible when considering different subsystems as independent blocks, as is commonly done in theanalytical calculation of efficiencies), the ability to analyze in a rather straightforward manner the effect of selections other than physical components, for example control algorithms, and the ability to verify assumptions of the effects of a particular design change on the efficiency of the whole system. Based on the work, it can be concluded that differences between two configurations can be seen in the economic performance with only minor modifications to the simulation models used in the network interaction and control method study. This eliminates the need ofdeveloping analytic expressions for losses and enables the study of the system as a whole instead of modeling it as series connection of independent blocks with no lossinterdependencies. Three example cases (site matching, component selection, control principle selection) are provided to illustrate the usage of the approach and analyze its performance.

Yritysverojärjestelmän hyvyys, merkitys ja verosuunnittelun painopistealueet yrittäjien sekä asiantuntijoiden näkökulmista

Tämän tutkielman tavoitteena on kuvata hyvän verojärjestelmän ominaisuuksien toteutumista nykyisessä pienten osakeyhtiöiden yritysverojärjestelmässä. Lisäksi tavoitteena on selvittää yritysverotuksen painoarvo yritystoimintaa säätelevässä lainsäädännössä sekä yritysverotuksen keskeiset teemat asiantuntijakirjoitusten perusteella. Verosuunnittelun ja verotuksen merkitystä yrityskentässä selvitetään myös yrittäjien näkökulmasta ja verrataan asiantuntijakirjoituksiin. Tutkimuksen teoriassa käydään läpi hyvän verojärjestelmän periaatteet sekä pienen osakeyhtiön verosuunnittelukeinot. Empiirisessä osassa tutkimuksen kyselyaineistoa käsiteltiin varianssianalyysilla (ANOVA) sekä asiantuntija-artikkelit jaettiin suhteellisiin pää- ja alaryhmiin. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että nykyinen yritysverojärjestelmä ei ole tarpeeksi yksinkertainen ja se luo epätasa-arvoa verovelvollisten joukossa. Muuten oikeudenmukaisuus toteutuu melko hyvin nykyisessä yritysverojärjestelmässä. Veroilla halutaan myös jonkin verran ohjata verovelvollisen käyttäytymistä ja näin ollen täysin neutraaliinkaan verojärjestelmään ei päästä. Kansainvälisen kilpailukyvyn näkökulmasta Suomen nimellinen verotus on EU-maiden keskiarvoa hieman korkeampi, mutta verotuksella ei karkoteta tuotannontekijöitä. Oikeusvarmuus ja ennakoitavuus toteutuvat hyvin. Yritysverotus on ollut esillä alan lehdissä runsaasti ja erityisesti kansainvälinen yritysverotus on saanut painoarvoa. Asiantuntijat näkevät verosuunnittelun monimuotoisempana kuin yrittäjät, jotka pitävät suunnittelua lähinnä palkan ja osingon edullisuuden vertailuna.

Aurinkopaneeleihin liitettävien vaihtosuuntaajien testaussuunnitelman laadinta ja toteutus

Aurinkoenergia on yksi monista uusiutuvan energian muodoista, joiden suosio on viimeisten vuosien aikana kasvanut fossiilisten polttoaineiden kallistumisen sekä ilmaston lämpenemisen vuoksi. Auringon säteilyn energiaa voidaan muuttaa sähköenergiaksi mm. aurinkopaneeleiden avulla. Aurinkopaneeleihin liitetään usein vaihtosuuntaaja, jolla tuotettu teho voidaan muokata sähköverkkoon tai kotitalouden sähköjärjestelmään sopivaksi. Tässä työssä on esitelty aurinkopaneelilla tuotettavan sähköenergian perusperiaatteet sekä tehoa tuottavan järjestelmän reunaehdot. Tutkimuksessa on perehdytty keskeisiin, aurinkopaneeleihin liitettäville vaihtosuuntaajille laadittuihin standardeihin, hyötysuhteen mittaamisen sekä sähkön laadun näkökulmista. Selvityksen avulla järjestelmän hyötysuhteen sekä lähtötehon laadun määrittämiseksi voidaan laatia standardien mukainen mittaussuunnitelma vaihtosuuntaajan nimellistehosta riippumatta. Standardien avulla on laadittu mittaussuunnitelma Global Inversonne, 100 kW - verkkovaihtosuuntaajayksikölle. Suunnitelman mukaisissa mittauksissa on tutkittu yksikön muunnoshyötysuhdetta sekä lähtöjännitteen- ja virran laatua. Lisäksi työssä on analysoitu mittaustulosten mittausepävarmuuksia ja niitä aiheuttavia tekijöitä.

Methods and Models for Accelerating Dynamic Simulation of Fluid Power Circuits

The objective of this dissertation is to improve the dynamic simulation of fluid power circuits. A fluid power circuit is a typical way to implement power transmission in mobile working machines, e.g. cranes, excavators etc. Dynamic simulation is an essential tool in developing controllability and energy-efficient solutions for mobile machines. Efficient dynamic simulation is the basic requirement for the real-time simulation. In the real-time simulation of fluid power circuits there exist numerical problems due to the software and methods used for modelling and integration. A simulation model of a fluid power circuit is typically created using differential and algebraic equations. Efficient numerical methods are required since differential equations must be solved in real time. Unfortunately, simulation software packages offer only a limited selection of numerical solvers. Numerical problems cause noise to the results, which in many cases leads the simulation run to fail. Mathematically the fluid power circuit models are stiff systems of ordinary differential equations. Numerical solution of the stiff systems can be improved by two alternative approaches. The first is to develop numerical solvers suitable for solving stiff systems. The second is to decrease the model stiffness itself by introducing models and algorithms that either decrease the highest eigenvalues or neglect them by introducing steady-state solutions of the stiff parts of the models. The thesis proposes novel methods using the latter approach. The study aims to develop practical methods usable in dynamic simulation of fluid power circuits using explicit fixed-step integration algorithms. In this thesis, twomechanisms whichmake the systemstiff are studied. These are the pressure drop approaching zero in the turbulent orifice model and the volume approaching zero in the equation of pressure build-up. These are the critical areas to which alternative methods for modelling and numerical simulation are proposed. Generally, in hydraulic power transmission systems the orifice flow is clearly in the turbulent area. The flow becomes laminar as the pressure drop over the orifice approaches zero only in rare situations. These are e.g. when a valve is closed, or an actuator is driven against an end stopper, or external force makes actuator to switch its direction during operation. This means that in terms of accuracy, the description of laminar flow is not necessary. But, unfortunately, when a purely turbulent description of the orifice is used, numerical problems occur when the pressure drop comes close to zero since the first derivative of flow with respect to the pressure drop approaches infinity when the pressure drop approaches zero. Furthermore, the second derivative becomes discontinuous, which causes numerical noise and an infinitely small integration step when a variable step integrator is used. A numerically efficient model for the orifice flow is proposed using a cubic spline function to describe the flow in the laminar and transition areas. Parameters for the cubic spline function are selected such that its first derivative is equal to the first derivative of the pure turbulent orifice flow model in the boundary condition. In the dynamic simulation of fluid power circuits, a tradeoff exists between accuracy and calculation speed. This investigation is made for the two-regime flow orifice model. Especially inside of many types of valves, as well as between them, there exist very small volumes. The integration of pressures in small fluid volumes causes numerical problems in fluid power circuit simulation. Particularly in realtime simulation, these numerical problems are a great weakness. The system stiffness approaches infinity as the fluid volume approaches zero. If fixed step explicit algorithms for solving ordinary differential equations (ODE) are used, the system stability would easily be lost when integrating pressures in small volumes. To solve the problem caused by small fluid volumes, a pseudo-dynamic solver is proposed. Instead of integration of the pressure in a small volume, the pressure is solved as a steady-state pressure created in a separate cascade loop by numerical integration. The hydraulic capacitance V/Be of the parts of the circuit whose pressures are solved by the pseudo-dynamic method should be orders of magnitude smaller than that of those partswhose pressures are integrated. The key advantage of this novel method is that the numerical problems caused by the small volumes are completely avoided. Also, the method is freely applicable regardless of the integration routine applied. The superiority of both above-mentioned methods is that they are suited for use together with the semi-empirical modelling method which necessarily does not require any geometrical data of the valves and actuators to be modelled. In this modelling method, most of the needed component information can be taken from the manufacturer’s nominal graphs. This thesis introduces the methods and shows several numerical examples to demonstrate how the proposed methods improve the dynamic simulation of various hydraulic circuits.

Spectroscopic monitoring during laser welding of aluminium alloy

The mechanical properties of aluminium alloys are strongly influenced by the alloying elements and their concentration. In the case of aluminium alloy EN AW-6060 the main alloying elements are magnesium and silicon. The first goal of this thesis was to determine stability, repeatability and sensitivity as figures of merit of the in-situ melt identification technique. In this study the emissions from the laser welding process were monitored with a spectrometer. With the information produced by the spectrometer, quantitative analysis was conducted to determine the figures of merit. The quantitative analysis concentrated on magnesium and aluminium emissions and their relation. The results showed that the stability of absolute intensities was low, but the normalized magnesium emissions were quite stable. The repeatability of monitoring magnesium emissions was high (about 90 %). Sensitivity of the in-situ melt identification technique was also high. As small as 0.5 % change in magnesium content was detected by the spectrometer. The second goal of this study was to determine the loss of mass during deep penetration laser welding. The amount of magnesium in the material was measured before and after laser welding to determine the loss of magnesium. This study was conducted for aluminium alloy with nominal magnesium content of 0-10 % and for standard material EN AW-6060 that was welded with filler wire AlMg5. It was found that while the magnesium concentration in the material changed, the loss of magnesium remained fairly even. Also by feeding filler wire, the behaviour was similar. Thirdly, the reason why silicon had not been detected in the emission spectrum needed to be explained. Literature research showed that the amount of energy required for silicon to excite is considerably higher compared to magnesium. The energy input in the used welding process is insufficient to excite the silicon atoms.

WiseRoot-prosessilla hitsatun päittäisliitoksen väsymislujuus

Työssä tutkittiin Kempin WiseRoot-prosessilla hitsattujen päittäisliitosten väsymiskestävyyttä laboratoriokokein ja väsymiskestävyyden mitoitusmenetelmillä. WiseRoot-hitsausprosessi on räätälöity lyhytkaariprosessi juuripalkojen hitsaukseen yhdeltä puolelta. Väsytyskoekappaleissa käytettiin eri lujuusluokan rakenneteräksiä sekä materiaalipaksuuksia. Mantsinen Group Ltd Oy hitsasi lisäksi yhdeltä ja kahdelta puolelta hitsattuja vertailukappaleita normaalilla MAG-hitsausprosessilla. Väsymismitoitus tehdään yleisesti perustuen väsymisluokkiin, joten väsytyskokeilla ja mitoitusmenetelmillä saatuja tuloksia tarkasteltiin näiden luokitusten avulla. Tuloksia vertailtiin sekä keskenään että standardeista löytyviin väsymisluokkasuosituksiin. Väsymiskestävyyden mitoitusmenetelmistä työssä käytettiin nimelliseen jännitykseen, teholliseen lovijännitykseen ja paikalliseen venymään perustuvaa menetelmää sekä murtumismekaniikkaa. Laboratoriokokeiden perusteella voidaan todeta, että WiseRoot-hitsausprosessilla on mahdollista tuottaa yhdeltä puolelta päittäisliitos, jonka väsymiskestävyys on verrattavissa kahdelta puolelta hitsattuun päittäisliitokseen. Mitoitusmenetelmillä saadut tulokset olivat pääsääntöisesti konservatiivisia verrattuna koetuloksiin. Ainoastaan paikalliseen venymään perustuvalla menetelmällä saadut väsymisluokat olivat suurempia kuin väsytyskoetulosten perusteella lasketut väsymisluokat.

Partisaanisodasta alueelliseen puolustusjärjestelmään : jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittyminen toisen maailmansodan jälkeen

Väitöskirjan tavoitteena on ollut rakentaa kokonaiskuva aiheesta Jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittyminen toisen maailmansodan jälkeen. Tutkimuksessa ei ole rajoituttu ainoastaan kuvailemaan sotataidollisen ajattelun kehittyminen, vaan on pyritty selvittämään kehittymiseen vaikuttaneet tekijät ja vastaamaan kysymykseen, miksi näin on tapahtunut? Aiemmat länsimaiset tutkimukset ovat tarkastelleet jugoslavialaista sotataitoa tai maanpuolustusta vain jostain tietystä rajallisesta näkökulmasta, kuten esimerkiksi Jugoslavian kansanarmeijaa, asevoimien vaikutusta maan poliittiseen elämään tai sotilaallista doktriinia koskien. Sotataidon kehittymiseen vaikuttavat tekijät huomioivaa kokonaisesitystä ole tehty. Myös jugoslavialainen sotataidollinen ajattelu on jäänyt pääosin pimentoon. Jugoslavialainen maan sotataitoon kohdistunut tutkimus on ollut laajaa ja monipuolista, mutta sen käytettävyyteen osittain vaikuttaa marxilais-leniniläinen materialistis-dialektinen, historialliseen materialismiin perustuva tutkimusmenetelmä. Väitöskirjan päätutkimusaineiston ovat muodostaneet alkuperäislähteet, ensisijaisesti jugoslavialaiset ohjesäännöt, käsikirjat, oppaat ja oppikirjat. Muu lähteistö on koostunut lähinnä arkistoasiakirjoista ja muusta kirjallisuudesta. Tutkimusmenetelmä on ollut historiatieteellinen käsittäen muun muassa ulkoisen ja sisäisen lähdekritiikin harjoittamisen, tietojen varmistamisen mahdollisimman useasta toisistaan riippumattomasta lähteestä sekä pyrkimyksen rekonstruoida ristiriidaton kokonaiskuva tutkimuskohteesta. Eri lähteistä ja lähderyhmistä saatuja tietoja on vertailtu, analysoitu sekä yhdistetty kriittisesti. Lähteiden käytettävyyden, lähdearvon ja luotettavuuden arviointi ovat olleet merkittävässä roolissa, näistä kaikista tärkeimpänä luotettavuuden arviointi. Sisäisen ja ulkoisen lähdekritiikin keinoin on pyritty luomaan oma ristiriidaton tulkinta kokonaisuudesta, jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittymisestä toisen maailmansodan jälkeen. Tutkimuksessa on pitäydytty niin pitkälle kuin mahdollista jugoslavialaisen sotataidon alkuperäisessä terminologiassa. Jugoslavialaisia termejä ei ole muokattu vastaamaan paremmin esimerkiksi tällä hetkellä länsimaisessa sotataidossa käytettyjä käsitteitä. Väitöskirjan rakenne on temaattinen. Läpi koko tutkittavan ajanjakson jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittymisessä on tunnistettavissa samat määräävät tekijät: historialliset taustatekijät, sotilaallinen uhka, sotilaallinen doktriini, lakiperusteet, kommunistiliiton ohjaus ja asevoimien sekä yhteiskunnan valmiuden kehittyminen. Jugoslaviassa puhuttiin aseelliseen kamppailuun vaikuttavista sodankäynnin faktoreista, joita olivat yhteiskunnalliset tekijät, materiaalis-tekniset tekijät ja sotilaalliset tekijät. Kaikista tärkeimpänä tekijänä pidettiin kuitenkin ihmistä itseään, vaikka ihmisen merkitys välillä tuntuikin hukkuvan ”moraalis-poliittiset tekijät”-sanahirviön alle. Tutkimuskysymyksiin on vastattu sotataitoon vaikuttaneiden edellä mainittujen tekijöiden kautta. Kuhunkin muutostekijään liittyvä kehitys on kuvattu kronologisena esityksenä. Kansan vapautussodassa vuosina 1941–1945 perustettujen partisaaniyksiköiden muodostamisessa sekä niiden toimintamenetelmissä on havaittavissa runsaasti yhtymäkohtia 1700- ja 1800-luvun hajdukkijoukkojen sekä 1800-luvun lopun ja 1900-luvun alun četnikkijoukkojen vastaaviin periaatteisiin. Samankaltaisuuksia ilmenee 1950-luvulta alkaen alueellisen puolustuksen joukkojen ja partisaaniyksiköiden toimintamenetelmien yhteydessä väliaikaisesti menetetyllä alueella toimittaessa. Kansan tukeen, karismaattisiin johtajiin ja yllätyselementtiin perustuva sissitoiminta on perinteistä eteläslaavilaista sotataitoa. Sodanjälkeinen jugoslavialainen sotataito oli jatkumoa eteläslaavien vuosisatoja vanhalle sotataidolliselle perinteelle, vaikka sitä ei julkisesti Jugoslaviassa muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta myönnettykään. Jugoslavian sotilaallinen doktriini oli luotu kaikista suunnista kohdistuvia hyökkäyksiä vastaan, mutta sotilaallisen uhkan painotukset vaihtelivat usein, jopa vain muutaman vuoden välein. Tämä ei johtunut päättämättömyydestä eikä pelkästään koetun uhkan suunnan vaihtumisesta. Painottamalla sisäisen ja ulkoisen uhkan jatkuvuutta sekä uhkan suunnan vaihtelua pyrittiin pitämään maanpuolustuspiirit valppaina ja kansalaiset aktiivisina. Tällä tavalla myös perusteltiin maanpuolustuksen korkeita kustannuksia ja ennen kaikkea pyrittiin lisäämään maan sisäistä veljeyttä ja yhtenäisyyttä. On ilmeistä, että sekä lännestä että idästä kohdistui Jugoslavian suuntaan suurta poliittista ja sotilaallista intressiä kylmän sodan vuosina 1945–1990, mutta suoran sotilaallisen uhkan aukoton todistaminen olisi kuitenkin hankalaa. Oleellista onkin jugoslavialaisten oma käsitys maataan vastaan kohdistuneesta sotilaallisesta uhkasta. Sisäisen uhkan vaikutus alkoi kasvaa 1970-luvun alkupuolelta lähtien ja se johti lopulta 1980-luvulla alueellisen puolustuksen joukkojen esikuntien lakkauttamiseen ja taisteluvälineiden hajavarastointijärjestelmän purkamiseen. Yhteiskunnallisista tekijöistä merkittävimpinä sotataitoon ja sotataidolliseen ajatteluun vaikuttaneina osina olivat lait ja Jugoslavian kommunistiliitto. Perustuslakiin ja lakiin kansallisesta puolustuksesta sekä kommunistiliiton päätöslauselmiin sisällytetyt vaatimukset sotataidon kehittymiselle kuitenkin vain toistivat sotilaallisessa doktriinissa määritettyjä suuntaviivoja sekä määräyksiä. Maanpuolustukseen liittyneiden määräysten ja ohjeiden hyväksymiselle laillisen järjestyksen mukaisesti annettiin kuitenkin erittäin suuri arvo. Niiden toimeenpanon leviäminen maanlaajuisesti varmistettiin puolueen päätöksillä velvoittamalla muun muassa kommunistiliiton paikallisorganisaatiot, puoluesolut asevoimien sisällä sekä kaikki liittovaltion hallintotasot tekemään kaikkensa yleisen kansanpuolustuksen ja sitä ilmentävän sotataidon toteutumisen eteen. Materiaalis-teknisen tekijän kokonaisuus sisälsi aseet ja varusteet sekä niihin liittyviä muita seikkoja, kuten yhteiskunnan teollisuuden kehittymisen asteen sekä kyvyn suojautua vihollisen taisteluvälineitä vastaan ja luoda vihollisen aseita vastaan tehokkaampi vasta-ase. Siihen luettiin myös yksilöiden, taktisten ja yhdistettyjen taktisten yksiköiden sekä koko kansan koulutus aseiden ja varusteiden tarkoituksenmukaiseen käyttöön. Vaikka jugoslavialainen aseteollisuus kehittyi tutkimusperiodin aikana voimakkaasti, joutui maa taloudellisten resurssiensa rajallisuuden ja mahdollisen vihollishyökkäyksen ylivoimaisuuden havaittuaan toteamaan, että maanpuolustuksen ongelmia ei voida ratkaista materiaalin ja tekniikan määrällä tai laadulla. Ratkaisun oli löydyttävä sotilaallisista tekijöistä ja varsinkin sotataidosta. Sotilaalliset tekijät ja prosessit olivat jugoslavialaisen sotataidon ja sotataidollisen ajattelun kehittymisen kannalta tärkein muutostekijä. Sotilaallisten tekijöiden ytimen muodosti sotataito, joka Jugoslaviassa koostui teoriasta ja käytännöstä. Tämä jako koski sotataidon kolmea tasoa: strategiaa, operatiikkaa ja taktiikkaa. Sotataitoon kuuluvina osina pidettiin muun muassa taisteluvalmiutta, liikekannallepanovalmiutta, yhteiskunnallis-poliittisten yhteisöjen aseetonta vastarintaa, aseellisen kamppailun operatiivista ja taktista tasoa, materiaalista ja teknistä varustamista, sotatalouden valmistelujen organisointia sekä yhteiskunnallisia palveluja poikkeusoloissa. Osa näistä kuului edellä mainittuihin yhteiskunnallisiin tai materiaalis-teknisiin tekijöihin. Jugoslavialainen sotataito onkin nähtävä matriisinomaisena kokonaisuutena, jossa sotataidon kolmeen toiminnalliseen tasoon, strategiaan, operatiikkaan ja taktiikkaan vaikuttivat historialliset taustatekijät, sotilaallinen uhka, yhteiskunnalliset tekijät ja materiaalis-tekniset tekijät. Jugoslavialaisen sotataidon kokonaisuuteen kuului myös se, että mainitut muutostekijät vaikuttivat vielä toisiinsa. Lopputuloksena näin kokonaisvaltaisesta näkemyksestä sotataitoon ja sotataidolliseen ajatteluun Jugoslavia kykeni luomaan poikkeuksellisen tehokkaana pidetyn puolustusratkaisun, jossa koko yhteiskunnan kaikki resurssit pystyttiin suuntaamaan hyökkäyksen torjumiseen ja maahan tunkeutuneiden pois ajamiseen. Aiempi tutkimus on nähnyt jugoslavialaisen sotataidon kehittymisen keskeisimpänä vaikuttimena ja murroskohtana Varsovan liiton joukkojen toimeenpaneman Tšekkoslovakian miehityksen ja siitä seuranneen koetun uhkan merkittävän voimistumisen. Yleisen kansanpuolustuksen doktriiniin liittyvä taustatutkimus, teorianmuodostus ja doktriinin käyttöönotto tapahtuivat kuitenkin jo 1950-luvulla. Tšekkoslovakian miehitys toimi vain muutoksen toimeenpanoa vauhdittavana tekijänä. Jugoslavialaiset korostivat, että jugoslavialaisessa yhteiskunnassa keskeisessä asemassa ollut yhteisjohtoisuuden periaate ulottui myös maanpuolustukseen ja sotataitoon. Tutkimusaineistoon perehtyminen kuitenkin osoitti, että yleisen kansanpuolustuksen kokonaisuutta kuvaavat oppikirjat, laeissa asetetut määräykset ja Jugoslavian kommunistiliiton julkaisemat vaatimukset eivät olleet jalkautuneet sotataidon teoriaan tai käytäntöön operatiivisella tai taktisella tasolla. Strategisella tasolla yhteisjohtoisuus esiintyi näkyvämmin vain sotilaallisen konseptin ja strategian yhteydessä. Sotilaallisen doktriinin osalta yhteisjohtoisuus ilmeni lähinnä kahdessa asiassa. Alueellisen puolustuksen yksiköiden varustamisvelvoite oli asetettu siviilihallinnon eri tasojen vastuulle. Alueellisen puolustuksen esikunnat ja komentajat olivat vastuussa yleisen kansanpuolustuksen ja yhteiskunnallisen itsesuojelun komiteoille. Siviilihallinnon organisaatioiden kyky varustaa alueellisen puolustuksen yksiköt osoittautui kuitenkin heikoksi. Alueellisen puolustuksen esikunnatkin toimivat upseereiden johtamina sotilaallisina johtoportaina, ja yleisen kansanpuolustuksen ja yhteiskunnallisen itsesuojelun komiteoiden toiminta komentajien ja esikuntien suuntaan rajoittui vain nimelliseen ohjaukseen. Yhteisjohtoisuus osoittautuikin tutkimuksen kuluessa piirteeksi, joka julkisesta retoriikasta huolimatta ei toteutunut jugoslavialaisessa sotataidon praktiikassa. Jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittymisen kaari käynnistyi partisaanisodasta ja päätyi alueelliseen puolustusjärjestelmään. Kansakunta ja sen useat eri kansallisuudet onnistuivat luomaan tieteelliseen ja tutkittuun tietoon perustuvan välineen, sotataidon teorian ja käytännön, joka suojeli maata yli puolen vuosisadan ajan. Yleinen kansanpuolustus sekä jugoslavialainen sotataito ovat toisiensa synonyymejä, seurauksia ja synnyttäjiä. Puolustusratkaisu lähti omista kansallisista lähtökohdista, siihen sulautettiin valikoiden ja jalostettuna hyviksi sekä menestyksekkäiksi koettuja ulkomaisia elementtejä sekä vaikutteita. Sitä perusteltiin monipuolisilla poliittisilla, ideologisilla, teoreettisilla, historiallisilla sekä nykyaikaisilla sotataidollisilla argumenteilla, mutta kaikesta tästä huolimatta sen ydin oli omintakeinen jugoslavialainen sotataidollinen ajattelu.