Bayesian Estimation of Noise

In mathematical modeling the estimation of the model parameters is one of the most common problems. The goal is to seek parameters that fit to the measurements as well as possible. There is always error in the measurements which implies uncertainty to the model estimates. In Bayesian statistics all the unknown quantities are presented as probability distributions. If there is knowledge about parameters beforehand, it can be formulated as a prior distribution. The Bays’ rule combines the prior and the measurements to posterior distribution. Mathematical models are typically nonlinear, to produce statistics for them requires efficient sampling algorithms. In this thesis both Metropolis-Hastings (MH), Adaptive Metropolis (AM) algorithms and Gibbs sampling are introduced. In the thesis different ways to present prior distributions are introduced. The main issue is in the measurement error estimation and how to obtain prior knowledge for variance or covariance. Variance and covariance sampling is combined with the algorithms above. The examples of the hyperprior models are applied to estimation of model parameters and error in an outlier case.

Vesien tila hyväksi yhdessä : Vaikuta vesienhoidon työohjelmaan ja keskeisiin kysymyksiin Tenon–Näätämöjoen–Paatsjoen vesienhoitoalueella 2016–2021

Vesienhoidon tavoitteena on laajan yhteistyön avulla säilyttää hyvä vesien tila sekä parantaa vesien tilaa siellä, missä se on päässyt heikentymään. Vesienhoidossa on meneillään toinen suunnittelukierros, jolloin suunnitelmia tarkistetaan ja vesienhoitosuunnitelmat vuoteen 2021 valmistellaan. Tenon–Näätämöjoen–Paatsjoen vesienhoitoalue ulottuu myös Norjan ja Venäjän alueille ja suunnitelmat sovitetaan yhteen. Tämä asiakirja sisältää suunnittelun työohjelman ja vesienhoitoalueen keskeiset kysymykset Suomen puolella. Asiakirjasta kuullaan 15.6.–17.12.2012. Suunnittelun avuksi palautetta toivotaan muun muassa suunnittelun toteutuksesta ja aikataulusta sekä vaikuttamismahdollisuuksista; ympäristöselostuksen laatimiseen ja sisältöön liittyvistä asioista; vesien tilaan liittyvistä keskeisistä ongelmista ja kehittämistarpeista; keinoista ja toimista, joilla vesien tilaa voidaan parantaa sekä rahoitus- ja yhteistyömahdollisuuksista. Toimintaympäristössä on tapahtunut muutoksia, jotka vaikuttavat toisen suunnittelukauden keskeisten kysymysten määrittelyyn ja painotuksiin. Uutta lainsäädäntöä on tullut lisää ja ensimmäisen suunnittelukierroksen jälkeen on tehty tai käynnistetty useita vesienhoitoon vaikuttavia ohjelmia ja strategioita., mm. vesistökunnostusstrategia ja kalatiestrategia. Uusia kaivoksia on aloittamassa toimintaansa vesienhoitoalueella. Suurimmat muutokset kaivosteollisuus on aiheuttanut Paatsjoen Venäjän puoleisella alueella. Tiukentuva valtiontalous vähentää julkisen sektorin mahdollisuuksia rahoittaa vesienhoitoa. Esimerkiksi vesistökunnostusten eteenpäin vieminen edellyttää jatkossa, että siihen onnistutaan sitouttamaan uusia toimijoita. Tenon–Näätämöjoen–Paatsjoen vesienhoitoalueella vesienhoidon keskeiset teemat liittyvät asutuksen vesihuollon parantamiseen ja pohjavesien suojeluun; vesistökuormituksen hallintaan; vesistörakentamisen ja -säännöstelyn haittojen vähentämiseen; vieraslajien ja kalatautien leviämisen ehkäisemiseen sekä vesienhoidon ja tulvariskien hallinnan tavoitteiden yhteensovittamiseen. Lisätietoa vesienhoidosta verkko-osoitteessa: www.ymparisto.fi/lap/vesienhoito.

Bedre vanntilstand i samarbeid : Mulighetet til å påvirke arbeidsprogrammet for vannforvaltning og sentrale spørsmål i vannregionen Tana–Neiden–Pasvik i 2016–2021

Målet for vannforvaltning er å opprettholde god tilstand i vann og forbedre tilstanden i vann der hvor den er svekket. Det pågår en andre planleggingsrunde i vannforvaltning. Under denne runden skal planene kontrolleres og vannforvaltningsplaner frem til 2021 utarbeides. Vannregionen Tana-Neiden-Pasvik på finsk side strekker seg også til norske og russiske områder og planene skal koordineres. Dette dokumentet inneholder planlagt arbeidsprogram og sentrale spørsmål for vannregionen på finsk side. Dokumentet sendes på høring fra 15. juni til 17. desember 2012. Til hjelp i planleggingen ønskes blant annet tilbakemelding om gjennomføring og tidsplan for planlegging og påvirkningsmuligheter; saker knyttet til utarbeiding av miljøredegjørelse og innhold; sentrale problemer og utviklingsbehov for vanntilstand; midler og tiltak for å kunne bedre tilstanden til vann og muligheter for finansiering og samarbeid. Endringer i virksomhetsmiljøet påvirker definering og vektlegging av sentrale spørsmål for andre planperiode. Ny lovgivning har kommet til og det er etter første planrunde blitt gjennomført eller startet flere nye programmer og strategier som påvirker vannforvaltning. Det kan nevnes f.eks. vannforbedringsstrategi og strategi for vandringsveier for fisk. Det skal åpnes nye gruver i vannregionen. De største endringene er kommet som følge av gruvedriften på russisk side av Pasvikelva. Innstramninger i statsøkonomien reduserer finansieringsmulighetene til vannforvaltning for offentlig sektor. For eksempel forutsetter videre arbeid med vassdragsrehabilitering i fremtiden at man klarer å knytte nye aktører til det. Sentrale spørsmål for vannforvaltning i vannregionen Tana-Neiden-Pasvik er knyttet til forbedring av vannforsyning for boligområder og vern av grunnvann; håndtering av vassdragsbelastning; reduksjon av ulemper ved vassdragsutbygging og regulering; forebygging av spredning av fremmede arter og fiskesykdommer og utarbeiding av målsettinger for vannforvaltning og håndtering av flomrisiko. Mer informasjon om vannforvaltning på nettadressen: www.ymparisto.fi/lap/vesienhoito.

Pituussuunnassa hitsatun rakenneputken väsymislujuus HF –hitsausta käytettäessä

Tässä diplomityössä määritettiin pituussuunnassa hitsatun rakenneputken väsymislujuus HF –hitsausta käytettäessä. Työn tavoitteena oli vertailla eri jälkikäsittelyjen ja kahden eri materiaalin vaikutusta väsymislujuuteen. Materiaaleina kokeissa oli Ruukki double grade ja Optim 700 Plus MH. Eurokoodi 3 ja IIW määrittelee kiinnityshitseille väsymiskestävyysluokaksi 125-140, kun SN -käyrän kaltevuus, m = 3. Koetuloksia vertailtiin näihin valmiiksi määriteltyihin väsymiskestävyysluokkiin. Ruukki Metals Oy toimitti koemateriaalin kahdenlaisia väsytyskokeita varten, joiden avulla väsymislujuus voitiin määrittää. Ensimmäinen koe suoritettiin värähtelyllä hyödyntäen rakenneputken ominaistaajuutta, jolloin kuormituksen rajajännityssuhde on -1. Toinen väsytyskoe suoritettiin rakenneputkista leikatuille väsytyssauvoille, missä pituussuuntainen HF –hitsi on keskellä sauvaa. Tämä väsytyskoe suoritettiin vetotykytyksellä rajajännityssuhteella 0,1. Väsytyskokeissa havaittiin, että kiinnityshitsi täyttää sille asetetut vaatimukset, koska murtumat tapahtuivat perusaineesta. Tällöin koetuloksia vertaillaan Eurokoodi 3:n perusaineen väsymisluokkaan 160, SN -käyrän kaltevuudella m = 5. Kaikkien koetulosten väsymiskestävyysluokan keskiarvoksi saatiin 185 95 %:n todennäköisyydellä. Tutkimuksessa saatiin arvokasta tietoa kahden eri materiaalin väsymislujuudesta. Materiaalilla ei kuitenkaan havaittu vaikutusta lujuuteen. Eri jälkikäsittelyt eli juuren puolen metallipurseen höyläys tai pituussuuntaisen hitsisauman hehkutus eivät vaikuttaneet väsymislujuuteen. Kokeissa väsymismurtuma ydintyi rakenneputken pinnalta olevista alkuvioista, joten putkien käsittelyä valmistuksen jälkeen voitaisiin parantaa.

Litium-polymeeri- ja litium-rautafosfaattiakkujen käyttö kannettavassa audiolaitteessa

Akkuteknologia on kehittynyt viime vuosina erityyppisten litium-ioniakkujen hallitessa markkinoita. Uutta teknologiaa kaupallisissa litium-pohjaisissa akuissa edustavat litium-polymeeri- ja litium-rautafosfaattiakut. Työn tarkoituksena oli selvittää soveltuvatko litium-polymeeri- ja litium-rautafosfaattiakut kannettavaan audiolaitteeseen ja verrata näitä Ni-Cd- ja Ni-Mh-akkuihin sekä LiCoO2- ja LiMnO4-kemian litium-ioniakkuihin. Kyseisten akkutyyppien soveltuvuutta kannettavaan audiolaitteeseen ei kirjallisuudessa ole juuri tutkittu. Työ toteutettiin kirjallisuustutkimuksena.

K-liitoksen epäkeskeisen tuennan aiheuttaman sekundäärisen momentin määritys

Työssä on tutkittu laboratoriokokeen ja elementtimenetelmän avulla eri geometrioiden vaikutusta sekundääriseen momentin syntymiseen K-liitoksella. Kokeen liitos on tehty S700-lujuusluokan Ruukin Optim 700 plus MH nelikulmaisista rakenneputkista (RHS). Elementtimalleissa on käytetty geometrista ja materiaalista epälineaarisuutta ennustamaan liitoksen muodonmuutoskykyä ja laskennallista kestävyyttä. Liitoksen elementtimalleissa muutettavia geometrioita ovat: vapaaväli, uumasauvan ja paarteen välinen kulma, paarteen seinämän paksuus, liitoksen eksentrisyys ja uumasauvan ja paarteen leveyden suhde. Laboratoriokokeen liitoksen vetouumasauvassa vaikuttava sekundäärisen momentin aiheuttama jännitys on noin 25 % vetouumasauvan myötörajasta. Suurin sekundäärinen momentti syntyy, kun vapaaväliä pienennetään ja uumasauvaa kavennetaan paarteeseen nähden. Eurocode 3:n mitoitusohjeita voidaan elementtimallien perusteella soveltaa tietyille geometrioille turvallisesti.

Simulation and material calibration of ultra high strength steel (UHSS) S960 welded joint under static tensile test utilizing finite element method (FEM)

The aim of this work was to calibrate the material properties including strength and strain values for different material zones of ultra-high strength steel (UHSS) welded joints under monotonic static loading. The UHSS is heat sensitive and softens by heat due to welding, the affected zone is heat affected zone (HAZ). In this regard, cylindrical specimens were cut out from welded joints of Strenx® 960 MC and Strenx® Tube 960 MH, were examined by tensile test. The hardness values of specimens’ cross section were measured. Using correlations between hardness and strength, initial material properties were obtained. The same size specimen with different zones of material same as real specimen were created and defined in finite element method (FEM) software with commercial brand Abaqus 6.14-1. The loading and boundary conditions were defined considering tensile test values. Using initial material properties made of hardness-strength correlations (true stress-strain values) as Abaqus main input, FEM is utilized to simulate the tensile test process. By comparing FEM Abaqus results with measured results of tensile test, initial material properties will be revised and reused as software input to be fully calibrated in such a way that FEM results and tensile test results deviate minimum. Two type of different S960 were used including 960 MC plates, and structural hollow section 960 MH X-joint. The joint is welded by BöhlerTM X96 filler material. In welded joints, typically the following zones appear: Weld (WEL), Heat affected zone (HAZ) coarse grained (HCG) and fine grained (HFG), annealed zone, and base material (BaM). Results showed that: The HAZ zone is softened due to heat input while welding. For all the specimens, the softened zone’s strength is decreased and makes it a weakest zone where fracture happens while loading. Stress concentration of a notched specimen can represent the properties of notched zone. The load-displacement diagram from FEM modeling matches with the experiments by the calibrated material properties by compromising two correlations of hardness and strength.