Development of beam and plate finite elements based on the absolute nodal coordinate formulation

The focus of this dissertation is to develop finite elements based on the absolute nodal coordinate formulation. The absolute nodal coordinate formulation is a nonlinear finite element formulation, which is introduced for special requirements in the field of flexible multibody dynamics. In this formulation, a special definition for the rotation of elements is employed to ensure the formulation will not suffer from singularities due to large rotations. The absolute nodal coordinate formulation can be used for analyzing the dynamics of beam, plate and shell type structures. The improvements of the formulation are mainly concentrated towards the description of transverse shear deformation. Additionally, the formulation is verified by using conventional iso-parametric solid finite element and geometrically exact beam theory. Previous claims about especially high eigenfrequencies are studied by introducing beam elements based on the absolute nodal coordinate formulation in the framework of the large rotation vector approach. Additionally, the same high eigenfrequency problem is studied by using constraints for transverse deformation. It was determined that the improvements for shear deformation in the transverse direction lead to clear improvements in computational efficiency. This was especially true when comparative stress must be defined, for example when using elasto-plastic material. Furthermore, the developed plate element can be used to avoid certain numerical problems, such as shear and curvature lockings. In addition, it was shown that when compared to conventional solid elements, or elements based on nonlinear beam theory, elements based on the absolute nodal coordinate formulation do not lead to an especially stiff system for the equations of motion.

Measuring Brand Equity and Analyzing Its Relationship with Key Marketing Mix Elements

The aim of this paper is to analyze the effect of price and advertising on brand equity. The dimensionality of brand equity is thoroughly examined, and the effect price, price deals, perceived advertising spending and advertising appeal have on the dimensions of brand equity are analyzed using multiple regression analysis as well as other supporting analyses. Price and advertising are found to be of great importance to brand equity. Arguably the most influential finding is the strong positive effect low prices – an integral brand element – have on the case company brand equity, even though a negative effect was hypothesized based on prior research. The results also support separating advertising appeal from perceived advertising spending, as well as linking service quality as part of the overall perceived quality in the context of service-intensive firms.

Surface chemistry of fibres and vessel elements in chemical and recycled pulps

Den viktigaste råvaran i papperstillverkning är pappersmassa. Massan innehåller (ved)fibrer men också finmaterial och andra typers (ved)celler, så som kärlceller. Hur dessa komponenter beter sig under arkformationen i pappersmaskinen eller hur de bidrar till egenskaperna hos det färdiga pappret avgörs till stor del av massakomponenternas ytkemiska sammansättning, fysiska struktur och mängden joniserbara grupper på ytan. I denna avhandling studerades ytegenskaperna hos fraktionerade kemiska massor och returfibermassor med avancerade analystekniker. Rester av avfärgningskemikalier identifierades på både returfibrer och på kärlceller. Dessa kan påverka arkformationen och arkstyrkan på returfiberpapper. Kärlcellernas cellväggsstruktur visade sig skilja sig från fibrernas. Resultaten kan främja utvecklingen av returfiberprosessen och användningen av kärlcellsrika lövvedsmassor.

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.

Emancipating and developing learning activity: Systemic intervention and re-instrumentation in higher education.

The central theme of this thesis is the emancipation and further development of learning activity in higher education in the context of the ongoing digital transformation of our societies. It was developed in response to the highly problematic mainstream approach to digital re-instrumentation of teaching and studying practises in contemporary higher education. The mainstream approach is largely based on centralisation, standardisation, commoditisation, and commercialisation, while re-producing the general patterns of control, responsibility, and dependence that are characteristic for activity systems of schooling. Whereas much of educational research and development focuses on the optimisation and fine-tuning of schooling, the overall inquiry that is underlying this thesis has been carried out from an explicitly critical position and within a framework of action science. It thus conceptualises learning activity in higher education not only as an object of inquiry but also as an object to engage with and to intervene into from a perspective of intentional change. The knowledge-constituting interest of this type of inquiry can be tentatively described as a combination of heuristic-instrumental (guidelines for contextualised action and intervention), practical-phronetic (deliberation of value-rational aspects of means and ends), and developmental-emancipatory (deliberation of issues of power, self-determination, and growth) aspects. Its goal is the production of orientation knowledge for educational practise. The thesis provides an analysis, argumentation, and normative claim on why the development of learning activity should be turned into an object of individual|collective inquiry and intentional change in higher education, and why the current state of affairs in higher education actually impedes such a development. It argues for a decisive shift of attention to the intentional emancipation and further development of learning activity as an important cultural instrument for human (self-)production within the digital transformation. The thesis also attempts an in-depth exploration of what type of methodological rationale can actually be applied to an object of inquiry (developing learning activity) that is at the same time conceptualised as an object of intentional change within the ongoing digital transformation. The result of this retrospective reflection is the formulation of “optimally incomplete” guidelines for educational R&D practise that shares the practicalphronetic (value related) and developmental-emancipatory (power related) orientations that had been driving the overall inquiry. In addition, the thesis formulates the instrumental-heuristic knowledge claim that the conceptual instruments that were adapted and validated in the context of a series of intervention studies provide means to effectively intervene into existing practise in higher education to support the necessary development of (increasingly emancipated) networked learning activity. It suggests that digital networked instruments (tools and services) generally should be considered and treated as transient elements within critical systemic intervention research in higher education. It further argues for the predominant use of loosely-coupled, digital networked instruments that allow for individual|collective ownership, control, (co-)production, and re-use in other contexts and for other purposes. Since the range of digital instrumentation options is continuously expanding and currently shows no signs of an imminent slow-down or consolidation, individual and collective exploration and experimentation of this realm needs to be systematically incorporated into higher education practise.

The role of van der Waals interactions in the case of H2 adsorption on ruthenium (0001) surface

Computational material science with the Density Functional Theory (DFT) has recently gained a method for describing, for the first time the non local bonding i.e., van der Waals (vdW) bonding. The newly proposed van der Waals-Density Functional (vdW-DF) is employed here to address the role of non local interactions in the case of H2 adsorption on Ru(0001) surface. The later vdW-DF2 implementation with the DFT code VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) is used in this study. The motivation for studying H2 adsorption on ruthenium surface arose from the interest to hydrogenation processes. Potential energy surface (PES) plots are created for adsorption sites top, bridge, fcc and hcp, employing the vdW-DF2 functional. The vdW-DF yields 0.1 eV - 0.2 eV higher barriers for the dissociation of the H2 molecule; the vdW-DF seems to bind the H2 molecule more tightly together. Furthermore, at the top site, which is found to be the most reactive, the vdW functional suggests no entrance barrier or in any case smaller than 0.05 eV, whereas the corresponding calculation without the vdW-DF does. Ruthenium and H2 are found to have the opposite behaviors with the vdW-DF; Ru lattice constants are overestimated while H2 bond length is shorter. Also evaluation of the CPU time demand of the vdW-DF2 is done from the PES data. From top to fcc sites the vdW-DF computational time demand is larger by 4.77 % to 20.09 %, while at the hcp site it is slightly smaller. Also the behavior of a few exchange correlation functionals is investigated along addressing the role of vdW-DF. Behavior of the different functionals is not consistent between the Ru lattice constants and H2 bond lengths. It is thus difficult to determine the quality of a particular exchange correlation functional by comparing equilibrium separations of the different elements. By comparing PESs it would be computationally highly consuming.

Characterization of fiber and vessel elements in pulp suspension images

The thesis is related to the topic of image-based characterization of fibers in pulp suspension during the papermaking process. Papermaking industry is focusing on process control optimization and automatization, which makes it possible to manufacture highquality products in a resource-efficient way. Being a part of the process control, pulp suspension analysis allows to predict and modify properties of the end product. This work is a part of the tree species identification task and focuses on analysis of fiber parameters in the pulp suspension at the wet stage of paper production. The existing machine vision methods for pulp characterization were investigated, and a method exploiting direction sensitive filtering, non-maximum suppression, hysteresis thresholding, tensor voting, and curve extraction from tensor maps was developed. Application of the method to the microscopic grayscale pulp images made it possible to detect curves corresponding to fibers in the pulp image and to compute their morphological characteristics. Performance of the method was evaluated based on the manually produced ground truth data. An accuracy of fiber characteristics estimation, including length, width, and curvature, for the acacia pulp images was found to be 84, 85, and 60% correspondingly.

Pilvipalvelun identiteetin- ja pääsynhallinta palveluna

Työn tavoite on ollut tutkia ja rakentaa pilvipalvelun identiteetin- ja pääsynhallinta liiketoimintapalveluksi yrityksille ja organisaatioille. Lähtökohtana on ollut valmiiden identiteetinhallintaohjelmistotuotteiden käyttäminen kehitettävän palvelutuotteen osana. Työssä on ollut tarkoitus selvittää, voiko identiteetinhallintaa ja pääsynhallintaa tuottaa ja tarjota pilvipalveluna kannattavasti. Tutkimusote on ollut konstruktiivinen ja triangulaatiossa on käytetty useaa menetelmää, jotta on saatu selvä kuva liiketoiminnan luonteesta ja tarpeista. Menetelmiä ovat olleet kyselytutkimus ja peste-analyysi. Lisäksi on tehty liiketoimintasuunnitelma ja palveluliiketoiminnan kuvaus Orsterwalderin canvas- menetelmällä. Jokainen tutkimusosa on ollut oleellinen määritettäessä palvelutuotteen ominaisuuksia, koska tavoite on ollut saada mahdollisimman luotettava ja helppokäyttöinen tuote nopeasti kasvaville pilvipalvelumarkkinoille. Tutkimuksen tuloksena on määritelty malli palveluliiketoiminnan tarpeisiin sopivasta turvallisesta palvelualustasta, joka skaalautuu hyvin pilvipalveluiden käytön lisääntyessä voimakkaasti. Liiketoimintasuunnitelman laskelmien avulla on löydetty käyttäjämäärien alarajat kannattavaan liiketoimintaan. Lisäksi on huomattu palvelun rakenteen auttavan yrityksiä ja organisaatiota suojaamaan pilvipalveluiden käyttäjätunnukset ja salasanat väärinkäytöksiltä, mikä on tarpeellista ja ajankohtaista kaikille organisaatioille, jotka harkitsevat pilvipalveluiden käyttöä ja haluavat tehdä sen tietoturvallisesti. Tutkimuksen tuloksena on pystytty määrittelemään, onko liiketoiminta kannattavaa vai ei sekä palvelun tarvitsemat liiketoimintaelementit.

Catalytic direct synthesis of hydrogen peroxide in a novel microstructured reactor

The direct synthesis from hydrogen and oxygen is a green alternative for production of hydrogen peroxide. However, this process suffers from two challenges. Firstly, mixtures of hydrogen and oxygen are explosive over a wide range of concentrations (4-94% H2 in O2). Secondly, the catalytic reaction of hydrogen and oxygen involves several reaction pathways, many of them resulting in water production and therfore decreasing selectivity. The present work deals with these two challenges. The safety problem was dealed by employing a novel microstructured reactor. Selectivity of the reaction was highly improved by development a set of new catalysts. The final goal was to develop an effective and safe continuous process for direct synthesis of hydrogen peroxide from H2 and O2. Activated carbon cloth and Sibunit were examined as the catalysts’ supports. Palladium and gold monometallic and palladium-gold bimetallic catalysts were thoroughly investigated by numerous kinetic experiments performed in a tailored batch reactor and several catalyst charachterization methods. A complete set of data for direct synthesis of H2O2 and its catalytic decomposition and hydrogenation was obtained. These data were used to assess factors influencing selectivity and activity of the catalysts in direct synthesis of H2O2 as well as its decomposition and hydrogenation. A novel microstructured reactor was developed based on hydrodynamics and mass transfer studies in prototype microstractural plates. The shape and the size of the structural elements in the microreactor plate were optimized in a way to get high gas-liquid interfacial area and gas-liquid mass transfer. Finally, empirical correlations for the volumetric mass transfer coefficient were derived. A bench-scale continuous process was developed by using the novel microstructral plate reactor. A series of kinetic experiments were performed to investigate the effects of the gas and the liquid feed rates and their ratio, the amount of the catalyst, the gas feed composition and pressure on the final rate of H2O2 production and selectivity.

New families of highly efficient, halogen-free flame retardants for polypropylene (PP)

The driving forces for current research of flame retardants are increased fire safety in combination with flame retardant formulations that fulfill the criteria of sustainable production and products. In recent years, important questions about the environmental safety of antimony, and in particular, brominated flame retardants have been raised. As a consequence of this, the current doctoral thesis work describes efforts to develop new halogen-free flame retardants that are based on various radical generators and phosphorous compounds. The investigation was first focused on compounds that are capable of generating alkyl radicals in order to study their role on flame retardancy of polypropylene. The family of azoalkanes was selected as the cleanest and most convenient source of free alkyl radicals. Therefore, a number of symmetrical and unsymmetrical azoalkanes of the general formula R-N=N-R’ were prepared. The experimental results show that in the series of different sized azocycloalkanes the flame retardant efficacy decreased in the following order: R = R´= cyclohexyl > cyclopentyl > cyclobutyl > cyclooctanyl > cyclododecanyl. However, in the series of aliphatic azoalkanes compounds, the efficacy decreased as followed: R = R´= n-alkyl > tert-butyl > tert-octyl. The most striking difference in flame retardant efficacy was observed in thick polypropylene plaques of 1 mm, e.g. azocyclohexane (AZO) had a much better flame retardant performance than did the commercial reference FR (Flamestab® NOR116) in thick PP sections. In addition, some of the prepared azoalkane flame retardants e.g. 4’4- bis(cyclohexylazocyclohexyl) methane (BISAZO) exhibited non-burning dripping behavior. Extrusion coating experiments of flame retarded low density polyethylene (LDPE) onto a standard machine finished Kraft paper were carried out in order to investigate the potential of azoalkanes in multilayer facings. The results show that azocyclohexane (AZO) and 4’4-bis (cyclohexylazocyclohexyl) methane (BISAZO) can significantly improve the flame retardant properties of low density polyethylene coated paper already at 0.5 wt.% loadings, provided that the maximum extrusion temperature of 260 oC is not exceeded and coating weight is kept low at 13 g/m2. In addition, various triazene-based flame retardants (RN1=N2-N3R’R’’) were prepared. For example, polypropylene samples containing a very low concentration of only 0.5 wt.% of bis- 4’4’-(3’3’-dimethyltriazene) diphenyl ether and other triazenes passed the DIN 4102-1 test with B2 classification. It is noteworthy that no burning dripping could be detected and the average burning times were very short with exceptionally low weight losses. Therefore, triazene compounds constitute a new and interesting family of radical generators for flame retarding of polymeric materials. The high flame retardant potential of triazenes can be attributed to their ability to generate various types of radicals during their thermal decomposition. According to thermogravimetric analysis/Fourier transform infrared spectroscopy/MS analysis, triazene units are homolytically cleaved into various aminyl, resonance-stabilized aryl radicals, and different CH fragments with simultaneous evolution of elemental nitrogen. Furthermore, the potential of thirteen aliphatic, aromatic, thiuram and heterocyclic substituted organic disulfide derivatives of the general formula R-S-S-R’ as a new group of halogen-free flame retardants for polypropylene films have been investigated. According to the DIN 4102- 1 standard ignitibility test, for the first time it has been demonstrated that many of the disulfides alone can effectively provide flame retardancy and self-extinguishing properties to polypropylene films at already very low concentrations of 0.5 wt.%. For the disulfide family, the highest FR activity was recorded for 5’5’-dithiobis (2-nitrobenzoic acid). Very low values for burning length (53 mm) and burning time (10 s) reflect significantly increased fire retardant performance of this disulfide compared to other compounds in this series as well as to Flamestab® NOR116. Finally, two new, phosphorus-based flame retardants were synthesized: P’P-diphenyl phosphinic hydrazide (PAH) and melamine phenyl phosphonate (MPhP). The DIN 4102-1 test and the more stringent UL94 vertical burning test (UL94 V) were used to assess the formulations ability to extinguish a flame once ignited. A very strong synergistic effect with azoalkanes was found, i.e. in combination with these radical generators even UL94 V0 rate could be obtained.

Development of finite elements for analysis of biomechanical structures using flexible multibody formulations

The absolute nodal coordinate formulation was originally developed for the analysis of structures undergoing large rotations and deformations. This dissertation proposes several enhancements to the absolute nodal coordinate formulation based finite beam and plate elements. The main scientific contribution of this thesis relies on the development of elements based on the absolute nodal coordinate formulation that do not suffer from commonly known numerical locking phenomena. These elements can be used in the future in a number of practical applications, for example, analysis of biomechanical soft tissues. This study presents several higher-order Euler–Bernoulli beam elements, a simple method to alleviate Poisson’s and transverse shear locking in gradient deficient plate elements, and a nearly locking free gradient deficient plate element. The absolute nodal coordinate formulation based gradient deficient plate elements developed in this dissertation describe most of the common numerical locking phenomena encountered in the formulation of a continuum mechanics based description of elastic energy. Thus, with these fairly straightforwardly formulated elements that are comprised only of the position and transverse direction gradient degrees of freedom, the pathologies and remedies for the numerical locking phenomena are presented in a clear and understandable manner. The analysis of the Euler–Bernoulli beam elements developed in this study show that the choice of higher gradient degrees of freedom as nodal degrees of freedom leads to a smoother strain field. This improves the rate of convergence.

An EDTA-β-cyclodextrin adsorbent for the adsorption of rare earth elements and its application in preconcentration of ultratrace rare earth elements from seawater

The objectives of this work were synthesizing an EDTA-β-CD adsorbent and investigating its adsorption potential and applications in preconcentration of REEs from aqueous phase. The adsorption capacity of EDTA-β-CD was investigated. The adsorption studies were performed by batch techniques both in one- and multi-component systems. The effects of pH, contact time and initial concentration were evaluated. The analytical detection methods and characterization methods were presented. EDTA-β-CD adsorbent was synthesized successfully with high EDTA coverage. The maximum REEs uptake was 0.310 mmol g-1 for La(III), 0.337 mmol g-1 for Ce(III) and 0.353 mmol g-1 for Eu(III), respectively. The kinetics of REEs onto EDTA-β-CD fitted well to pseudo-second-order model and the adsorption rate was affected by intra-particle diffusion. The experimental data of one component studies fitted to Langmuir isotherm model indicating the homogeneous surface of the adsorbent. The extended Sips model was applicable for the isotherm studies in three-component system. The electrostatic interaction, chelation and complexation were all involved in the adsorption mechanism. The preconcentration of RE ions and regeneration of EDTA-β-CD were successful. Overall, EDTA-β-CD is an effective adsorbent in adsorption and preconcentration of REEs.

Replacing Copper with New Carbon Nanomaterials in Electrical Machine Windings

Electrical machines have significant improvement potential. Nevertheless, the field is characterized by incremental innovations. Admittedly, steady improvement has been achieved, but no breakthrough development. Radical development in the field would require the introduction of new elements, such that may change the whole electrical machine industry system. Recent technological advancements in nanomaterials have opened up new horizons for the macroscopic application of carbon nanotube (CNT) fibres. With values of 100 MS/m measured on individual CNTs, CNT fibre materials hold promise for conductivities far beyond those of metals. Highly conductive, lightweight and strong CNT yarn is finally within reach; it could replace copper as a potentially better winding material. Although not yet providing low resistivity, the newest CNT yarn offers attractive perspectives for accelerated efficiency improvement of electrical machines. In this article, the potential for using new CNT materials to replace copper in machine windings is introduced. It does so, firstly, by describing the environment for a change that could revolutionize the industry and, secondly, by presenting the breakthrough results of a prototype construction. In the test motor, which is to our knowledge the first in its kind, the presently most electrically conductive carbon nanotube yarn replaces usual copper in the windings.

The importance of package design to Japanese consumers: The role of visual and informational elements of package design in decision making

The importance of package design as a marketing tool is growing as the competition in retail environment increases. However, there is a lack of studies on how each element of package design affects consumer decisions in different countries. The objective of this thesis is to study the role of package design to Japanese consumers. The research was conducted through an experiment with a sample of 37 Japanese female participants. They were divided into two groups and were given different tasks: one group had to choose a chocolate for themselves, and the other for a group of friends. The participants were presented with 15 different Finnish chocolate boxes to choose from. The qualitative data was gathered through observation and semi-structured interviews. In addition, data from questionnaires was quantified and all the data was triangulated. The empirical results suggest that visual elements strongly affect the decision making of Japanese consumers. Image was the most important element which acted as both, a visual and an informational aspect in the experiment. Informational elements on the other hand have little effect, especially when the context is written in a foreign language. However, informational elements affected participants who were choosing chocolates for a group of friends. A unique finding was the importance of kawaii (cuteness) to Japanese consumers.