A DNS Bases Approach To Electronic Persistance, or "If Your Pants Fit, Why Use Suspenders?"

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Vibrations in Rotating Machinery Arising from Minor Imperfections in Component Geometries

Vibrations in machines can cause noise, decrease the performance, or even damage the machine. Vibrations appear if there is a source of vibration that excites the system. In the worst case scenario, the excitation frequency coincides with the natural frequency of the machine causing resonance. Rotating machines are a machine type, where the excitation arises from the machine itself. The excitation originates from the mass imbalance in the rotating shaft, which always exists in machines that are manufactured using conventional methods. The excitation has a frequency that is dependent on the rotational speed of the machine. The rotating machines in industrial use are usually designed to rotate at a constant rotational speed, the case where the resonances can be easily avoided. However, the machines that have a varying operational speed are more problematic due to a wider range of frequencies that have to be avoided. Vibrations, which frequencies equal to rotational speed frequency of the machine are widely studied and considered in the typical machine design process. This study concentrates on vibrations, which arise from the excitations having frequencies that are multiples of the rotational speed frequency. These vibrations take place when there are two or more excitation components in a revolution of a rotating shaft. The dissertation introduces four studies where three kinds of machines are experiencing vibrations caused by different excitations. The first studied case is a directly driven permanent magnet generator used in a wind power plant. The electromagnetic properties of the generator cause harmonic excitations in the system. The dynamic responses of the generator are studied using the multibody dynamics formulation. In another study, the finite element method is used to study the vibrations of a magnetic gear due to excitations, which frequencies equal to the rotational speed frequency. The objective is to study the effects of manufacturing and assembling inaccuracies. Particularly, the eccentricity of the rotating part with respect to non-rotating part is studied since the eccentric operation causes a force component in the direction of the shortest air gap. The third machine type is a tube roll of a paper machine, which is studied while the tube roll is supported using two different structures. These cases are studied using different formulations. In the first case, the tube roll is supported by spherical roller bearings, which have some wavinesses on the rolling surfaces. Wavinesses cause excitations to the tube roll, which starts to resonate at the frequency that is a half of the first natural frequency. The frequency is in the range where the machine normally operates. The tube roll is modeled using the finite element method and the bearings are modeled as nonlinear forces between the tube roll and the pedestals. In the second case studied, the tube roll is supported by freely rotating discs, which wavinesses are also measured. The above described phenomenon is captured as well in this case, but the simulation methodology is based on the flexible multibody dynamics formulation. The simulation models that are used in both of the last two cases studied are verified by measuring the actual devices and comparing the simulated and measured results. The results show good agreement.

Imbuing airborne electronic warfare self-protection : possibilities to disguise

Tutkielman nimi käännettynä suomeksi on Lentokoneiden omasuojajärjestelmien kyllästäminen – mahdollisuuksia kätkeytymiseen. Siinä keskitytään etsimään aktiivisia, ilmauhkaa kohti säteileviä keinoja ilmahyökkääjän, lentokoneen tai helikopterin, omasuojajärjestelmän harhauttamiseksi. Järjestelmät pyrkivät varoittamaan lentäjää laser- ja tutkasäteilyhavainnoista sekä ohjuksen laukaisusta ja lähestymisestä. Omasuojajärjestelmiin kuuluviin vastakeinoihin tutkimus ei keskity. Tavoitteena harhauttamisella on ilmapuolustuksen todellisen määrän ja sijainnin suojaaminen. Epätietoisuus voi saada lentäjän tekemään vääriä johtopäätöksiä. Työ ei fokusoi harhauttamisen taktiseen kehykseen työn kannalta tarpeellista määrää enempää. Tietosuojasyistä tutkimus ei käsittele käytössä olevien omasuojajärjestelmien operatiivisia ominaisuuksia vaan käsittelee teoriaa niiden taustalla. Tutkimus tehtiin käyttäen taustatutkimukselle enemmän tyypillistä kirjallisuustutkimusta. Jo tutki-muksen alkuvaiheessa oli oletettavaa, että elektronisiin sensoreihin perustuvaa omasuojajärjestelmää pystytään harhauttamaan. Systeemianalysoinnilla pyrittiin löytämään vastauksia tähän olettamukseen. Omasuojajärjestelmästä muodostettiin jo tutkimuksen varhaisessa vaiheessa malli. Tieteellistä kirjallisuutta omasuojajärjestelmistä on olemassa jonkin verran, ja niistä löydettyä tietoa omasuojajärjestelmien ominaisuuksista ja sensoreista yhdistettiin malliin niin, että siitä saatiin mahdollisimman tarkka systeemin kuvaus todellisesta omasuojajärjestelmästä. Analyysin tavoitteena oli löytää niitä kriteereitä, joilla omasuojajärjestelmä saataisiin kohtuullisen tehokkaasti uskomaan harhautusta oikeaksi hälytykseksi. Ohjuksen laukaisusta varoittava sensori perustuu ohjuksen moottorin muodostaman pilven lämpö-säteilyyn. Säteily kuitenkin muuttuu lennon eri vaiheissa, mikä tuottaa haasteita järjestelmälle. Millimetrialueen tutkan käyttö varoittimen sensorina on myös yksi vaihtoehto. Laser-varoittimet toimivat koko sillä taajuusalueella, mitä sotilaskäytössä tulenjohtamiseen ja ohjusten ohjaamiseen käytetään. Tutkavaroittimen tutkimus on vielä kesken. Löydettyjä tuloksia analysoimalla tulen tässä vaiheessa hieman ristiriitaisiin tuloksiin. Lämpösäteilyn käytön suurin haaste on sen eteneminen ilmakehässä. Varoittimen tavoitekaan ei ole toimia kymmentä kilometriä pidemmälle. Yksi mahdollinen ratkaisu on suunnitella ja toteuttaa raketti, jonka tuottaa lämpösäteilyä kuten tietty puolustavan joukon käytössä oleva ohjus. Jos koneessa on kuitenkin myös millimetrialueen tutka tukemassa varoitusjärjestelmää, hankaloituu rakettiharhautus merkittävästi, koska sen pitäisi oletettavasti olla lentokoneen kanssa melko tarkasti kohtaavalla reitillä. Laser-varoitin on ilmeisesti herkin järjestelmistä, koska se voi tietyissä olosuhteissa ja varsinkin matalalla lentokorkeudella aiheuttaa paljon vääriä hälytyksiä ilman tarkoituksellista harhauttamista. Laserin käyttö yhdistettynä raketin laukaisuun saattaisi tuottaa halutun tuloksen. Tutkavaroittimen harhautus onnistuu, jos valelaitteen signaali on uskottavan tarkka.

Kaksifaasijäähdytysjärjestelmään liittyvien pumppujen vertailu ja kehittäminen sarjatuotannon tarpeisiin

Tehoelektroniikalta vaaditaan nykyään parempaa suorituskykyä entistä pienemmässä tilassa. Tämä luo haasteen riittävälle jäähdytykselle. Eräs ratkaisu on käyttää kaksifaasijäähdytystä, jolla aikaansaadaan tehokas lämmönsiirto komponenttien pinnalta. Lämmönsiirtonesteinä voidaan käyttää kylmäaineita tai muita alhaisessa lämpötilassa kiehuvia nesteitä. Tällaisille nesteille on tyypillistä alhainen höyrynpaine sekä matala viskositeetti. Nämä ominaisuudet tuovat haasteita nesteen pumppaukseen. Tässä työssä tarkastellaan R-134A:ta sekä Novec 7000:ta, perehdytään niiden fysikaalisiin ominaisuuksiin sekä materiaaliyhteensopivuuksiin ja näiden tietojen pohjalta etsitään sopivaa pumpputyyppiä kaksifaasijäähdytysjärjestelmään. Tehoelektroniikan jäähdytysjärjestelmän pumpun on oltava edullinen muuhun järjestelmään nähden. Tyypillinen kiertopumppu nestejäähdytysjärjestelmässä on pieni keskipakopumppu. Alhaisen kiehumispisteen vuoksi kavitointiriski kasvaa ja tämä voi vahingoittaa pumppua. Myös matala viskositeetti tuo haasteita vuotoherkkyyden kasvamisen myötä, joten mekaanisilla aksiaalitiivisteillä varustetut pumput eivät ole pitkäikäisiä. Kylmäainejärjestelmiin tarkoitetut pumput ovat arvokkaita, eikä näin ollen sovellu edullisiin jäähdytysjärjestelmiin. Tässä työssä käydään läpi erilaisia pumpputyyppejä, jotka voisivat soveltua pitkäikäiseen pumppaukseen ilman huoltotöitä. Näiden tietojen perusteella kehitetään edullista ja pitkäikäistä pumppua pieniin kaksifaasijäähdytysjärjestelmiin nesteiden fysikaaliset ominaisuudet huomioon ottaen. Kehitetyn pumpun ominaisuuksia ja kustannuksia vertaillaan kaupallisiin ratkaisuihin ottaen huomioon sarjavalmistus. Itse valmistettuna pienelle sisäryntöiselle hammaspyöräpumpulle jää hintaa alle kymmenesosa markkinoilta löytyviin kylmäaineille soveltuviin pumppuun.

Value creation through sponsorship in electronic sports

The objective of this thesis was to study value creation through sponsor-ship in a new emerging electronic sports environment. Sub-questions were formulated which helped in finding answers to the main research question. Theory of traditional sports and practice of electronic sports were compared with each other in order to find out how theories of tradi-tional sports fare in the new environment. B2B-relationship model of Actors, resources and activities is used in this thesis to help in clarifying the different variables used in electronic sports sponsorship environment. The empirical research was conducted via interviews with the managers working in electronic sports environment. One of the main conclusions is that relationship management is really important.. Actors in electronic sports need to find and create win-win-win situations. This means that they need to benefit the actors in sponsoring relationship and also the community.

First-principles study on electronic and structural properties of Cu(In/Ga)Se alloys for solar cells

Thin-film photovoltaic solar cells based on the Cu(In1−xGax)Se2 (CIGS) alloys have attracted more and more attention due to their large optical absorption coefficient, long term stability, low cost, and high efficiency. Modern theoretical studies of this material with first-principles calculations can provide accurate description of the electronic structure and yield results in close agreement with experimental values, but takes a large amount of calculation time. In this work, we use first-principles calculations based on the computationally affordable meta- generalized gradient approximation of the density-functional theory to investigate electronic and structural properties of the CIGS alloys. We report on the simulation of the lattice parameters and band gaps, as a function of chemical composition. The obtained results were found to be in a good agreement with the available experimental data.

Power Electronic Converters in Low-Voltage Direct Current Distribution – Analysis and Implementation

Over the recent years, smart grids have received great public attention. Many proposed functionalities rely on power electronics, which play a key role in the smart grid, together with the communication network. However, “smartness” is not the driver that alone motivates the research towards distribution networks based on power electronics; the network vulnerability to natural hazards has resulted in tightening requirements for the supply security, set both by electricity end-users and authorities. Because of the favorable price development and advancements in the field, direct current (DC) distribution has become an attractive alternative for distribution networks. In this doctoral dissertation, power electronic converters for a low-voltage DC (LVDC) distribution system are investigated. These include the rectifier located at the beginning of the LVDC network and the customer-end inverter (CEI) on the customer premises. Rectifier topologies are introduced, and according to the LVDC system requirements, topologies are chosen for the analysis. Similarly, suitable CEI topologies are addressed and selected for study. Application of power electronics into electricity distribution poses some new challenges. Because the electricity end-user is supplied with the CEI, it is responsible for the end-user voltage quality, but it also has to be able to supply adequate current in all operating conditions, including a short-circuit, to ensure the electrical safety. Supplying short-circuit current with power electronics requires additional measures, and therefore, the short-circuit behavior is described and methods to overcome the high-current supply to the fault are proposed. Power electronic converters also produce common-mode (CM) and radio-frequency (RF) electromagnetic interferences (EMI), which are not present in AC distribution. Hence, their magnitudes are investigated. To enable comprehensive research on the LVDC distribution field, a research site was built into a public low-voltage distribution network. The implementation was a joint task by the LVDC research team of Lappeenranta University of Technology and a power company Suur-Savon S¨ahk¨o Oy. Now, the measurements could be conducted in an actual environment. This is important especially for the EMI studies. The main results of the work concern the short-circuit operation of the CEI and the EMI issues. The applicability of the power electronic converters to electricity distribution is demonstrated, and suggestions for future research are proposed.