Coatings on Composites

Polymer based composite materials coated with thin layers of wear resistant materials have been proposed as replacements for steel components for certain applications with the advantage of reduced mass. Magnetron sputtered coatings can be successfully deposited on composite materials. Nevertheless there are number of issues which must be addressed such as limited temperature, which the composite can withstand because of the epoxy binder which is used, the adhesion of the coating to the composite and the limited mechanical support, the hard coating can obtain from the relatively soft epoxy. We have investigated the deposition of chromium nitride, titanium carbide and titanium doped DLC coatings on carbon fibre reinforced composites and various polymers. The adhesion of the coatings has been studied by the pull-off adhesion tester. In general, the failure mechanism has been noticed to be due to the cohesive failure for a wide range of conditions. The wear behavior of the coatings has been noticed to be complicated. Wear tests on coated composites have shown that where the reinforcing fibres are near the surface, the composite samples do not perform well due to breakage of the fibres from the polymer matrix. A fibre free surface has been noticed to improve the wear resistance.

Virtauslaskennankäyttö keskipakopumpun eroosiokulumisen mallintamisessa

Diplomityössä kehitetään malli tiheän kaksifaasivirtauksen aiheuttaman eroosiokulumi-sen mallintamiseksi, ratkaistaan virtauskenttä kahdessa erilaisessa keskipakopumpussa, sovelletaan kehitettyä mallia, sekävertaillaan mallin antamia tuloksia käytännön kokeissa saavutettuihin tuloksiin. Työssä on erityisenä mielenkiinnon kohteena savukaasupesurin pumppu. Työn alkuosa sisältää tarkemman kuvauksen savukaasupesurin toi-minnasta. Numeerinen ratkaisu ja laskentahilan generointi suoritetaan ANSYS CFX- ja Turbo-Grid-ohjelmistoilla. Laskennassa virtauksen Navier-Stokesin yhtälöt on aikakeskiarvo-tettu ja ratkaistu käyttäen kontrollitilavuusmenetelmää. Tiheiden kaksifaasivirtausten eroosiokulumista on mallinnettu tekijän kehittämällä mallilla, jonka käytännön toteutus-ta ei kuitenkaan saateta julkiseksi, koodin kehittämisessä käytetty teoria on kuitenkin esitetty työssä. Työn piirissä tehtiin myös kulumiskokeita Sulzer Pumps Finlandin Karhulan tehtailla, sekä vertailtiin simuloinnin tuloksia aikaisemmissa kokeissa saavutettuihin. Koejärjestelyt kuvataan työssä.

Weak Form Tests of Efficient Market Hypothesis: Evidence from CEE-Countries and Russian Stock Markets

Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää Venäjän, Slovakian, Tsekin, Romanian, Bulgarian, Unkarin ja Puolan osakemarkkinoiden heikkojen ehtojen tehokkuutta. Tämä tutkielma on kvantitatiivinen tutkimus ja päiväkohtaiset indeksin sulkemisarvot kerättiin Datastreamin tietokannasta. Data kerättiin pörssien ensimmäisestä kaupankäyntipäivästä aina vuoden 2006 elokuun loppuun saakka. Analysoinnin tehostamiseksi dataa tutkittiin koko aineistolla, sekä kahdella aliperiodilla. Osakemarkkinoiden tehokkuutta on testattu neljällä tilastollisella metodilla, mukaan lukien autokorrelaatiotesti ja epäparametrinen runs-testi. Tavoitteena on myös selvittääesiintyykö kyseisillä markkinoilla viikonpäiväanomalia. Viikonpäiväanomalian esiintymistä tutkitaan käyttämällä pienimmän neliösumman menetelmää (OLS). Viikonpäiväanomalia on löydettävissä kaikilta edellä mainituilta osakemarkkinoilta paitsi Tsekin markkinoilta. Merkittävää, positiivista tai negatiivista autokorrelaatiota, on löydettävissä kaikilta osakemarkkinoilta, myös Ljung-Box testi osoittaa kaikkien markkinoiden tehottomuutta täydellä periodilla. Osakemarkkinoiden satunnaiskulku hylätään runs-testin perusteella kaikilta muilta paitsi Slovakian osakemarkkinoilla, ainakin tarkastellessa koko aineistoa tai ensimmäistä aliperiodia. Aineisto ei myöskään ole normaalijakautunut minkään indeksin tai aikajakson kohdalla. Nämä havainnot osoittavat, että kyseessä olevat markkinat eivät ole heikkojen ehtojen mukaan tehokkaita

Empirical Tests of Asset Pricing Models in Finnish Stock Market

Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää mitkä riskitekijät vaikuttavat osakkeiden tuottoihin. Arvopapereina käytetään kuutta portfoliota, jotka ovat jaoteltu markkina-arvon mukaan. Aikaperiodi on vuoden 1987 alusta vuoden 2004 loppuun. Malleina käytetään pääomamarkkinoiden hinnoittelumallia, arbitraasihinnoitteluteoriaa sekä kulutuspohjaista pääomamarkkinoiden hinnoittelumallia. Riskifaktoreina kahteen ensimmäiseen malliin käytetään markkinariskiä sekä makrotaloudellisia riskitekijöitä. Kulutuspohjaiseen pääomamarkkinoiden hinnoinoittelumallissa keskitytään estimoimaan kuluttajien riskitottumuksia sekä diskonttaustekijää, jolla kuluttaja arvostavat tulevaisuuden kulutusta. Tämä työ esittelee momenttiteorian, jolla pystymme estimoimaan lineaarisia sekä epälineaarisia yhtälöitä. Käytämme tätä menetelmää testaamissamme malleissa. Yhteenvetona tuloksista voidaan sanoa, että markkinabeeta onedelleen tärkein riskitekijä, mutta löydämme myös tukea makrotaloudellisille riskitekijöille. Kulutuspohjainen mallimme toimii melko hyvin antaen teoreettisesti hyväksyttäviä arvoja.

Ash Particle Erosion on Steam Boiler Convective Section

In this study, equations for the calculation of erosion wear caused by ash particles on convective heat exchanger tubes of steam boilers are presented. Anew, three-dimensional test arrangement was used in the testing of the erosion wear of convective heat exchanger tubes of steam boilers. When using the sleeve-method, three different tube materials and three tube constructions could be tested. New results were obtained from the analyses. The main mechanisms of erosionwear phenomena and erosion wear as a function of collision conditions and material properties have been studied. Properties of fossil fuels have also been presented. When burning solid fuels, such as pulverized coal and peat in steam boilers, most of the ash is entrained by the flue gas in the furnace. In bubbling andcirculating fluidized bed boilers, particle concentration in the flue gas is high because of bed material entrained in the flue gas. Hard particles, such as sharp edged quartz crystals, cause erosion wear when colliding on convective heat exchanger tubes and on the rear wall of the steam boiler. The most important ways to reduce erosion wear in steam boilers is to keep the velocity of the flue gas moderate and prevent channelling of the ash flow in a certain part of the cross section of the flue gas channel, especially near the back wall. One can do this by constructing the boiler with the following components. Screen plates can beused to make the velocity and ash flow distributions more even at the cross-section of the channel. Shield plates and plate type constructions in superheaters can also be used. Erosion testing was conducted with three types of tube constructions: a one tube row, an inline tube bank with six tube rows, and a staggered tube bank with six tube rows. Three flow velocities and two particle concentrations were used in the tests, which were carried out at room temperature. Three particle materials were used: quartz, coal ash and peat ash particles. Mass loss, diameter loss and wall thickness loss measurements of the test sleeves were taken. Erosion wear as a function of flow conditions, tube material and tube construction was analyzed by single-variable linear regression analysis. In developing the erosion wear calculation equations, multi-variable linear regression analysis was used. In the staggered tube bank, erosion wear had a maximum value in a tube row 2 and a local maximum in row 5. In rows 3, 4 and 6, the erosion rate was low. On the other hand, in the in-line tube bank the minimum erosion rate occurred in tube row 2 and in further rows the erosion had an increasing value, so that in a six row tube bank, the maximum value occurred in row 6.

Alumiinirakenteiden kulumiskestävyyden parantaminen laserpintakäsittelyillä

Alumiini on pienen ominaispainonsa, hyvän korroosiokestävyytensä ja muotoiltavuutensa ansiosta runsaasti käytetty materiaali niin koneenosissa, kuin monissa muissakin rakenteissa. Alumiinin pehmeys ja huono kulumiskestävyys ovat rajoittaneet sen käyttöä. Alumiinin kovuuden ja kulumiskestävyyden parantaminen laajentaisi sen käyttömahdollisuuksia. Laserpintakäsittelymenetelmien käyttö on potentiaalinen, mutta vielä vähän tutkittu keino alumiinin kulumiskestävyyden parantamiseksi. Diplomityön teoriaosassa käsitellään materiaalin eri kulumismekanismeja, kohdemateriaali alumiinin ominaisuuksia ja tarkastellaan keinoja parantaa kulumiskestävyyttä sekä perinteisillä tekniikoilla että erityisesti lasertekniikoiden avulla. Diplomityön kokeellisessa osassa tehtiin laserpintakäsittelykokeita Nd:YAG-laserilla tavoitteena kovuuden ja kulumiskestävyyden parantaminen. Parhaat tulokset saavutettiin laserpinnanseostustekniikalla nikkelipohjaisella Inconel 625-seosaineella. Diplomityössä tehdyissä kokeissa saavutettiin yli 10-kertainen alumiinin pinnankovuus verrattuna käsittelemättömään perusaineeseen. Abrasiivinen kulumiskestävyys parantui parhaimmillaan yli kolminkertaiseksi verrattuna käsittelemättömään alumiiniin ja anodisoituihin vertailukappaleisiin. Tutkimuksessa määriteltiin myös parametrialue kokeissa käytetyille perus- ja lisäaineelle. Diplomityössä tehdyt kokeet toimivat hyvänä pohjana jatkokokeille.

Visual Measurement and Modelling of Tool Wear in Rough Turning

Huolimatta korkeasta automaatioasteesta sorvausteollisuudessa, muutama keskeinen ongelma estää sorvauksen täydellisen automatisoinnin. Yksi näistä ongelmista on työkalun kuluminen. Tämä työ keskittyy toteuttamaan automaattisen järjestelmän kulumisen, erityisesti viistekulumisen, mittaukseen konenäön avulla. Kulumisen mittausjärjestelmä poistaa manuaalisen mittauksen tarpeen ja minimoi ajan, joka käytetään työkalun kulumisen mittaukseen. Mittauksen lisäksi tutkitaan kulumisen mallinnusta sekä ennustamista. Automaattinen mittausjärjestelmä sijoitettiin sorvin sisälle ja järjestelmä integroitiin onnistuneesti ulkopuolisten järjestelmien kanssa. Tehdyt kokeet osoittivat, että mittausjärjestelmä kykenee mittaamaan työkalun kulumisen järjestelmän oikeassa ympäristössä. Mittausjärjestelmä pystyy myös kestämään häiriöitä, jotka ovat konenäköjärjestelmille yleisiä. Työkalun kulumista mallinnusta tutkittiin useilla eri menetelmillä. Näihin kuuluivat muiden muassa neuroverkot ja tukivektoriregressio. Kokeet osoittivat, että tutkitut mallit pystyivät ennustamaan työkalun kulumisasteen käytetyn ajan perusteella. Parhaan tuloksen antoivat neuroverkot Bayesiläisellä regularisoinnilla.

Tests of International Asset Pricing Models in Scandinavian Stock Markets

This thesis examines whether global, local and exchange risks are priced in Scandinavian countries’ equity markets by using conditional international asset pricing models. The employed international asset pricing models are the world capital asset pricing model, the international asset pricing model augmented with the currency risk, and the partially segmented model augmented with the currency risk. Moreover, this research traces estimated equity risk premiums for the Scandinavian countries. The empirical part of the study is performed using generalized method of moments approach. Monthly observations from February 1994 to June 2007 are used. Investors’ conditional expectations are modeled using several instrumental variables. In order to keep system parsimonious the prices of risk are assumed to be constant whereas expected returns and conditional covariances vary over time. The empirical findings of this thesis suggest that the prices of global and local market risk are priced in the Scandinavian countries. This indicates that the Scandinavian countries are mildly segmented from the global markets. Furthermore, the results show that the exchange risk is priced in the Danish and Swedish stock markets when the partially segmented model is augmented with the currency risk factor.

Hakun kulutusosien materiaalivaihtoehdot sellutehtaan puunkäsittelylaitoksen erilaisiin prosessiolosuhteisiin

Selluteollisuuden puunkäsittelylaitoksilla laitteiden kuluminen on prosessin luonteesta johtuen suurta ja kulumisen aiheuttamat kunnossapitokustannukset laitteiden elinkaaren aikana ovat huomattavia. Näissä olosuhteissa toimivan hakun osien kulumista on tutkittu ja tutkimusten pohjalta on kehitetty kulutusta kestäviä materiaalivaihtoehtoja. Vaihtoehtojen vertailut prosesseittain kuitenkin puuttuvat. Terävasteen osalta tutkimus- ja kehitystyötä on tehty vähän. Tässä diplomityössä selvitetään ja vertaillaan hakun kulutusosien kulumismekanismeja, osien materiaalivaihtoehtoja, valmistus- ja kunnostusmenetelmiä ja -kustannuksia laitteen elinkaaren aikana kolmessa erilaisessa puunkäsittelyprosessissa. Työssä annetaan suosituksia kuhunkin prosessiin ja kunnossapitostrategiaan parhaiten soveltuvista ratkaisuista. Työn Case-osuudessa tutkitaan uusia kulutusta kestäviä materiaalivaihtoehtoja terävasteelle. Case-tutkimuksen tuloksena löydettiin terävasteelle kolme uutta materiaalivaihtoehtoa sekä muita vaihtoehtoja, joiden käyttökelpoisuutta kannattaa tutkia lisää. Samalla saatiin terävasteelle parempaan laatuun pystyvä ja kilpailukykyisempi toimittaja. Tutkimuksen perusteella saatiin uusia suosituksia myös muiden kulutusosien materiaali- ja/tai pinnoitusvaihtoehdoiksi. Tuloksista voidaan mainita lisäksi, että kulutusosille löydettiin suositeltavimmat elinkaarikustannuksiltaan edullisimmat vaihtoehdot. Kulutusosien kunnostamiseen liittyen havaittiin, että kunnostaminen on kannattavaa yhtä poikkeusta lukuun ottamatta. Kunnostusprosessista löydettiin kehitettävää. Työn tuloksena saatiin myös useita uusia kehittämisideoita ja runsaasti suosituksia jatkotoimenpiteistä. Hakun kulutusosien nykytilasta saatiin hyvä käsitys ja kattava tietopaketti.

Potkurilaitteen ohjausputken laserpinnoitus

Laserpinnoitus on additiivinen prosessi, jossa lasertehon avulla sulatetaan pinnoitusainetta pinnoitettavan kappaleen pintaan. Laserpinnoituksella on mahdollista aikaansaada tiivis sekä kova, kulutusta ja korroosiota kestävä pinnoite kappaleen pintaan. Tässä työssä kohteena oli potkurilaitteen ohjausputken laserpinnoitus. Kyseisessä kohteessa pinnoitteelta vaaditaan hyvää korroosion- ja kulumisen kestoa. Työn tavoitteena oli lisätä tietoisuutta laserpinnoitusprosessista ja siinä vaikuttavista tekijöistä. Myös materiaaliominaisuuksien vaikutuksia sekä pinnoitus- että pinnoitettavien aineiden osalta selvitettiin. Työhön sisältyi myös kokeellinen osuus, jossa tavoitteena oli löytää kustannustehokkain pinnoiteaine tutkittuun kohteeseen. Kokeissa ohjausputki- sekä levyaihioon tehtiin koepinnoituksia. Kokeiden ja edelleen materiaalitutkimuksien avulla tutkittiin neljää eri pinnoitusainetta, jotka olivat Stellitti 21, Inconel 625, AISI 316L ja AISI 431. Kovuus- ja taivutuskokeiden perusteella kyseisistä aineista vain Stelliitti 21 täytti ohjausputken pinnoitteelle asetetut vaatimukset. Näin ollen Stelliitti 21 valikoitui kustannustehokkaimmaksi pinnoitusaineeksi ohjausputkien laserpinnoitukseen.

Social ventures : the development of the theory of sustainable contributive advantage and initial empirical tests

This thesis attempts to fill gaps in both a theoretical basis and an operational and strategic understanding in the areas of social ventures, social entrepreneurship and nonprofit business models. This study also attempts to bridge the gap in strategic and economic theory between social and commercial ventures. More specifically, this thesis explores sustainable competitive advantage from a resource-based theory perspective and explores how it may be applied to the nonmarket situation of nonprofit organizations and social ventures. It is proposed that a social value-orientation of sustainable competitive advantage, called sustainable contributive advantage, provides a more realistic depiction of what is necessary in order for a social venture to perform better than its competitors over time. In addition to providing this realistic depiction, this research provides a substantial theoretical contribution in the area of economics, social ventures, and strategy research, specifically in regards to resource-based theory. The proposed model for sustainable contributive advantage uses resource-based theory and competitive advantage in order to be applicable to social ventures. This model proposes an explanation of a social venture’s ability to demonstrate consistently superior performance. In order to determine whether sustainable competitive advantage is in fact, appropriate to apply to both social and economic environments, quantitative analyses are conducted on a large sample of nonprofit organizations in a single industry and then compared to similar quantitative analyses conducted on commercial ventures. In comparing the trends and strategies between the two types of entities from a quantitative perspective, propositions are developed regarding a social venture’s resource utilization strategies and their possible impact on performance. Evidence is found to support the necessity of adjusting existing models in resource-based theory in order to apply them to social ventures. Additionally supported is the proposed theory of sustainable contributive advantage. The thesis concludes with recommendations for practitioners, researchers and policy makers as well as suggestions for future research paths.

Power cycling lifetime estimation of IGBT power modules based on chip temperature modeling

In this doctoral thesis, methods to estimate the expected power cycling life of power semiconductor modules based on chip temperature modeling are developed. Frequency converters operate under dynamic loads in most electric drives. The varying loads cause thermal expansion and contraction, which stresses the internal boundaries between the material layers in the power module. Eventually, the stress wears out the semiconductor modules. The wear-out cannot be detected by traditional temperature or current measurements inside the frequency converter. Therefore, it is important to develop a method to predict the end of the converter lifetime. The thesis concentrates on power-cycling-related failures of insulated gate bipolar transistors. Two types of power modules are discussed: a direct bonded copper (DBC) sandwich structure with and without a baseplate. Most common failure mechanisms are reviewed, and methods to improve the power cycling lifetime of the power modules are presented. Power cycling curves are determined for a module with a lead-free solder by accelerated power cycling tests. A lifetime model is selected and the parameters are updated based on the power cycling test results. According to the measurements, the factor of improvement in the power cycling lifetime of modern IGBT power modules is greater than 10 during the last decade. Also, it is noticed that a 10 C increase in the chip temperature cycle amplitude decreases the lifetime by 40%. A thermal model for the chip temperature estimation is developed. The model is based on power loss estimation of the chip from the output current of the frequency converter. The model is verified with a purpose-built test equipment, which allows simultaneous measurement and simulation of the chip temperature with an arbitrary load waveform. The measurement system is shown to be convenient for studying the thermal behavior of the chip. It is found that the thermal model has a 5 C accuracy in the temperature estimation. The temperature cycles that the power semiconductor chip has experienced are counted by the rainflow algorithm. The counted cycles are compared with the experimentally verified power cycling curves to estimate the life consumption based on the mission profile of the drive. The methods are validated by the lifetime estimation of a power module in a direct-driven wind turbine. The estimated lifetime of the IGBT power module in a direct-driven wind turbine is 15 000 years, if the turbine is located in south-eastern Finland.