Functions for estimating stem diameter and tree age using tree height, crown width and existing stand database information

Abstract

Sydänpuuvaltaisen erikoiskuivatun mäntysahatavaran kosteuspitoisuus kuivausjännitykset eri puuaineen tiheyksissä

Puualan lisääntyvä tarve tuottaa jatkojalosteita on asettanut kuivauksen laatutasolle uusia haasteita ja laadukkaan kuivauksen tulos on perusta jatkojalosteiden toimivuudelle. Yhä enemmän tarvitaan kuivausprosessin ja kuivattavan puumateriaalin kontrollointia läpi koko kuivausprosessin. Näillä toimenpiteillä varmistetaan haluttu kuivauslaatu sisäisille ja ulkoisille asiakkaille yrityksessä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää männyn sydänpuuhun muodostuvaa kosteuspitoisuutta kamarikuivausprosessissa. Keinokuivauksen tavoitteellinen loppukosteus oli 12 % kuivapainosta puumateriaalia. Jo aikaisempien tutkimusten perusteella on voitu osoittaa, että loppukosteuden arvo vaihtelee kuivauserässä eri _kappaleiden välillä johtuen puumateriaalin epähomogeenisuudesta. Sydänpuuvaltainen ja tiheä mäntysahatavara, joka sahataan tyvitukeista läheltä juuriosaa sisältää tämän tutkimuksen mukaan runsaasti pihkaa verrattuna latvaosassaan samaa sahetta. Kosteusgradientti on myös suurempi sahatavarakappaleiden tyviosassa. Vuosikasvun ja tiheyden korrelaatio on heikko männyn sydänpuulla. Kesäpuuprosentin korrelaatio tiheyteen on erittäin merkittävä. Pihkapitoisuus lisää puuaineen tiheyttä tyviosassa sahetta. Pintakovuus on puumateriaalin muodonmuutos potentiaali, kun kosteuspitoisuudet tasaantuvat poikkileikkauksessa. Kosteusgradientilla on selvä yhteyspintakovuuteen eli muodonmuutospotentiaaliin.

Laser Cutting of Austenitic Stainless Steel with a High Quality Laser Beam

The thin disk and fiber lasers are new solid-state laser technologies that offer a combinationof high beam quality and a wavelength that is easily absorbed by metal surfacesand are expected to challenge the CO2 and Nd:YAG lasers in cutting of metals ofthick sections (thickness greater than 2mm). This thesis studied the potential of the disk and fiber lasers for cutting applications and the benefits of their better beam quality. The literature review covered the principles of the disk laser, high power fiber laser, CO2 laser and Nd:YAG laser as well as the principle of laser cutting. The cutting experiments were made with thedisk, fiber and CO2 lasers using nitrogen as an assist gas. The test material was austenitic stainless steel of sheet thickness 1.3mm, 2.3mm, 4.3mm and 6.2mm for the disk and fiber laser cutting experiments and sheet thickness of 1.3mm, 1.85mm, 4.4mm and 6.4mm for the CO2 laser cutting experiments. The experiments focused on the maximum cutting speeds with appropriate cut quality. Kerf width, cutedge perpendicularity and surface roughness were the cut characteristics used to analyze the cut quality. Attempts were made to draw conclusions on the influence of high beam quality on the cutting speed and cut quality. The cutting speeds were enormous for the disk and fiber laser cutting experiments with the 1.3mm and 2.3mm sheet thickness and the cut quality was good. The disk and fiber laser cutting speeds were lower at 4.3mm and 6.2mm sheet thickness but there was still a considerable percentage increase in cutting speeds compared to the CO2 laser cutting speeds at similar sheet thickness. However, the cut quality for 6.2mm thickness was not very good for the disk and fiber laser cutting experiments but could probably be improved by proper selection of cutting parameters.

Sälerakenteiset sulku- ja säätölaitteet kaasuvirtauksessa

Sulku- jasäätölaitteita käytetään kaasuvirtausten estämiseen ja ohjaukseen. Yleinen rakennetyyppi on sälerakenne, jossa kanavaan asennettuja akseloituja säleitä kääntämällä saadaan virtauksen vapaata pinta-alaa säädettyä. Sulkulaitteiden virtauksenestokyky riippuu tiiveydestä kiinni-asennossa. Säätölaitteiden virtauksen rajoittamiskyky muuttuu asetuskulman mukaan eri konstruktioilla eri lailla. Työn tavoitteena on ollut tuottaa tehtyjen tutkimusten tuloksista pohjatiedot työn yhteydessä luotavaan raportointi- ja laskentasovellukseen, jolla on mahdollista riittävän tarkasti arvioida Sammet Dampers Oy:n tuotannossa olevien sälerakenteisten sulku- ja säälaitteiden ominaisuuksia ilman tapauskohtaista mittaamista tai mallintamista sekä tuottaa samalla asiakkaille valmiit raportit näistä ominaisuuksista. Tehtyjen tutkimusten pääpaino on ollut säätölaitteissa. Tutkimuksissa on selvitetty mm. säleiden lukumäärän, korkeussuhteen, sivusuhteen ja Reynoldsin luvun vaikutusta laitteen vastuskertoimeen ennalta määritellyillä asetuskulmilla. Tutkimukset koostuvat mallikokeista ja CFD-laskennasta. Lisäksi työn pohjana on ollut huomattava määrä aikaisempia selvityksiä. Työn tavoitteiden täyttämisessä on onnistuttu tyydyttävästi. Tutkittujen tekijöiden vaikutuksille vastuskertoimiin on luotu sovitteet mittausten ja CFD:n perusteella. CFDon osoittautunut käyttökelpoiseksi vain hyvin rajatulle joukolle tapauksia.

BALANSED SCORECARDIN IMPLEMENTOINTI JA HYÖDYNTÄMINEN CASE: PROAGRIA ETELÄ-KARJALAN MAASEUTUKESKUS

Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia ProAgria Etelä-Karjalan Maaseutukeskuksen balanced scorecard -mittaristoa. Tutkimuksessa selvitettiin mittariston käyttöönottoprosessia muodostamispäätöksestä hyödyntämiseen. Tutkimusmetodologiaksi on valittu case-tutkimus. Teoriaosassa käsitellään strategista johtamista yleisesti ja asiantuntija- ja voittoa tavoittelemattomien organisaatioiden osalta sekä balanced scorecardin muodostumista, suorituskyvyn mittaamista ja mittariston käyttömahdollisuuksia. Tutkimuksen empiirisessä osassa analysoidaan Maaseutukeskuksen mittariston käyttöönottoprosessin nykytilaa ja esitetään tulosten perusteella muodostetut kehitysehdotukset. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että Maaseutukeskuksen käyttöönottoprosessi ei ole sujunut odotusten mukaisesti, mutta strategian ja mittariston yhteyden selvittämisen jälkeen voi sisäistämisprosessi alkaa koko organisaation laajuudessa. Mittariston tavoitteiden mukainen hyödyntäminen vaatii koko henkilöstön sitoutumista strategiaan ja seuraamista henkilökohtaisten ja koko organisaation tavoitteiden toteutumista mittariston avulla.

Overvoltage Mitigation Techniques in Wind Power Generators

Advancements in power electronic semiconductor switching devices have lead to significantly faster switching times. In motor and generator applications, the fast switching times of pulse width modulated (PWM) inverters lead to overvoltages caused by voltage reflections with shorter and shorter cables. These excessive overvoltages may lead to a failure of the electrical machine in a matter of months. In this thesis, the causes behind the overvoltage phenomenon as well as its different mitigation techniques are studied. The most suitable techniques for mitigating the overvoltage phenomenon in wind power generator applications are chosen based on both simulations and actual measurements performed on a prototype. An RC filter at the terminals of the electrical machine and an inverter output filter designed to reduce the rise and fall times of voltage pulses are presented as a solution to the overvoltage problem. The performance and losses of both filter types are analysed.

The effects of real time control of welding parameters on weld quality in plasma arc keyhole welding

Joints intended for welding frequently show variations in geometry and position, for which it is unfortunately not possible to apply a single set of operating parameters to ensure constant quality. The cause of this difficulty lies in a number of factors, including inaccurate joint preparation and joint fit up, tack welds, as well as thermal distortion of the workpiece. In plasma arc keyhole welding of butt joints, deviations in the gap width may cause weld defects such as an incomplete weld bead, excessive penetration and burn through. Manual adjustment of welding parameters to compensate for variations in the gap width is very difficult, and unsatisfactory weld quality is often obtained. In this study a control system for plasma arc keyhole welding has been developed and used to study the effects of the real time control of welding parameters on gap tolerance during welding of austenitic stainless steel AISI 304L. The welding tests demonstrated the beneficial effect of real time control on weld quality. Compared with welding using constant parameters, the maximum tolerable gap width with an acceptable weld quality was 47% higher when using the real time controlled parameters for a plate thickness of 5 mm. In addition, burn through occurred with significantly larger gap widths when parameters were controlled in real time. Increased gap tolerance enables joints to be prepared and fit up less accurately, saving time and preparation costs for welding. In addition to the control system, a novel technique for back face monitoring is described in this study. The test results showed that the technique could be successfully applied for penetration monitoring when welding non magnetic materials. The results also imply that it is possible to measure the dimensions of the plasma efflux or weld root, and use this information in a feedback control system and, thus, maintain the required weld quality.

Multilevel converter modulation: implementation and analysis

Multilevel converters provide an attractive solution to bring the benefits of speed-controlled rotational movement to high-power applications. Therefore, multilevel inverters have attracted wide interest in both the academic community and in the industry for the past two decades. In this doctoral thesis, modulation methods suitable especially for series connected H-bridge multilevel inverters are discussed. A concept of duty cycle modulation is presented and its modification is proposed. These methods are compared with other well-known modulation schemes, such as space-vector pulse width modulation and carrier-based modulation schemes. The advantage of the modified duty-cycle modulation is its algorithmic simplicity. A similar mathematical formulation for the original duty cycle modulation is proposed. The modified duty cycle modulation is shown to produce well-formed phase-to-neutral voltages that have lower total harmonic distortion than the space-vector pulse width modulation and the duty cycle modulation. The space-vector-based solution and the duty cycle modulation, on the other hand, result in a better-quality line-to-line voltage and current waveform. The voltage of the DC links in the modules of the series-connected H-bridge inverter are shown to fluctuate while they are under load. The fluctuation causes inaccuracies in the voltage production, which may result in a failure of the flux estimator in the controller. An extension for upper-level modulation schemes, which changes the switching instants of the inverter so that the output voltage meets the reference voltage accurately regardless of the DC link voltages, is proposed. The method is shown to reduce the error to a very low level when a sufficient switching frequency is used. An appropriate way to organize the switching instants of the multilevel inverter is to make only one-level steps at a time. This causes restrictions on the dynamical features of the modulation schemes. The produced voltage vector cannot be rotated several tens of degrees in a single switching period without violating the above-mentioned one-level-step rule. The dynamical capabilities of multilevel inverters are analyzed in this doctoral thesis, and it is shown that the multilevel inverters are capable of operating even in dynamically demanding metal industry applications. In addition to the discussion on modulation schemes, an overvoltage in multilevel converter drives caused by cable reflection is addressed. The voltage reflection phenomenon in drives with long feeder cables causes premature insulation deterioration and also affects the commonmode voltage, which is one of the main reasons for bearing currents. Bearing currents, on the other hand, cause fluting in the bearings, which results in premature bearing failure. The reflection phenomenon is traditionally prevented by filtering, but in this thesis, a modulationbased filterless method to mitigate the overvoltage in multilevel drives is proposed. Moreover, the mitigation method can be implemented as an extension for upper-level modulation schemes. The method exploits the oscillations caused by two consecutive voltage edges so that the sum of the oscillations results in a mitigated peak of the overvoltage. The applicability of the method is verified by simulations together with experiments with a full-scale prototype.

Time-Resolved Photoluminescence in Antimonide and Dilute Nitride Quantum Well Structures

This Master's thesis is devoted to semiconductor samples study using time-resolved photoluminescence. This method allows investigating recombination in semiconductor samples in order to develop quality of optoelectronic device. An additional goal was the method accommodation for low-energy-gap materials. The first chapter gives a brief intercourse into the basis of semiconductor physics. The key features of the investigated structures are noted. The usage area of the results covers saturable semiconductor absorber mirrors, disk lasers and vertical-external-cavity surface-emittinglasers. The experiment set-up is described in the second chapter. It is based on up-conversion procedure using a nonlinear crystal and involving the photoluminescent emission and the gate pulses. The limitation of the method was estimated. The first series of studied samples were grown at various temperatures and they suffered rapid thermal annealing. Further, a latticematched and metamorphically grown samples were compared. Time-resolved photoluminescence method was adapted for wavelengths up to 1.5 µm. The results allowed to specify the optimal substrate temperature for MBE process. It was found that the lattice-matched sample and the metamorphically grown sample had similar characteristics.

Performance of high power fibre laser cutting of thick-section steel and mediumsection aluminium

Cutting of thick section stainless steel and mild steel, and medium section aluminium using the high power ytterbium fibre laser has been experimentally investigated in this study. Theoretical models of the laser power requirement for cutting of a metal workpiece and the melt removal rate were also developed. The calculated laser power requirement was correlated to the laser power used for the cutting of 10 mm stainless steel workpiece and 15 mm mild steel workpiece using the ytterbium fibre laser and the CO2 laser. Nitrogen assist gas was used for cutting of stainless steel and oxygen was used for mild steel cutting. It was found that the incident laser power required for cutting at a given cutting speed was lower for fibre laser cutting than for CO2 laser cutting indicating a higher absorptivity of the fibre laser beam by the workpiece and higher melting efficiency for the fibre laser beam than for the CO2 laser beam. The difficulty in achieving an efficient melt removal during high speed cutting of the 15 mmmild steel workpiece with oxygen assist gas using the ytterbium fibre laser can be attributed to the high melting efficiency of the ytterbium fibre laser. The calculated melt flow velocity and melt film thickness correlated well with the location of the boundary layer separation point on the 10 mm stainless steel cut edges. An increase in the melt film thickness caused by deceleration of the melt particles in the boundary layer by the viscous shear forces results in the flow separation. The melt flow velocity increases with an increase in assist gas pressure and cut kerf width resulting in a reduction in the melt film thickness and the boundary layer separation point moves closer to the bottom cut edge. The cut edge quality was examined by visual inspection of the cut samples and measurement of the cut kerf width, boundary layer separation point, cut edge squareness (perpendicularity) deviation, and cut edge surface roughness as output quality factors. Different regions of cut edge quality in 10 mm stainless steel and 4 mm aluminium workpieces were defined for different combinations of cutting speed and laserpower.Optimization of processing parameters for a high cut edge quality in 10 mmstainless steel was demonstrated

Associations between alexithymia and mental well-being in adolescents

Nuorten tunneilmaisun yhteys psyykkiseen oireiluun Aleksitymialla tarkoitetaan persoonallisuuden piirteistöä, jolle on tyypillistä heikko kyky tunnistaa ja ilmaista tunteita sekä vähäinen mielikuvitus ja konkreettinen, ulkokohtainen ajattelutapa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tarkastella aleksitymian yhteyttä psyykkiseen oireiluun nuorilla sekä tutkia aleksitymian kehittymiselle altistavia yksilöllisiä lapsuudenaikaisia tekijöitä. Tutkimusaineisto koostui aiempaan nuorten syömishäiriöoireilua tarkastelevaan tutkimukseen osallistuneista nuorista (n = 320) ja heille satunnaisotannalla poimituista verrokeista (n = 640). Seurantakyselyssä käytettiin vastaajan itsensä täytettäviä mittareita ja aineisto kerättiin postikyselynä. Yhteensä 729 henkilöä (78 %) palautti lomakkeen täytettynä, muodostaen näin lopullisen tutkimusaineiston. Tyttöjä vastanneista oli 74 % ja poikia 26 %. Aineiston keski-ikä oli 19 vuotta tämän tutkimuksen aikaan. Aineistosta oli käytettävissä neuvolatiedot syntymästä lähtien. Tutkimusaineistossa todettiin aleksitymian yleisyydeksi tytöillä 8,2 % ja pojilla 8,5 %. Sukupuolten välillä ei todettu eroa 20-osioisella Toronto Alexithymia Scale-kyselyllä (TAS-20) pistemäärissä (tytöillä 44.7 ja pojilla 46.0). Syömishäiriöoireiden todettiin olevan yleisempiä aleksityymisillä nuorilla verrattuna ei-aleksityymisiin. Syömishäiriöoireita mitattiin SCOFF-mittarilla (“Sick”, “Control”, “One”, “Fat”, “Food”). Aleksityymisten nuorten keskimääräinen SCOFF-pistemäärä oli merkitsevästi korkeampi kuin ei-aleksityymisten ja SCOFF-positiivisten (pistemäärä vähintään 2) osuus oli aleksityymisten ryhmässä kolminkertainen ei-aleksityymisten ryhmään verrattuna. Myös ahdistuneisuuden todettiin olevan yhteydessä aleksitymiaan nuorilla. Ahdistuneisuutta mitattiin State-Trait Anxiety Inventory-mittarilla (STAI) ja lisäksi mitattiin masennusoireita ja alkoholinkäyttöä. Aleksityymisten nuorten STAI-pisteet olivat merkitsevästi korkeammat kuin eialeksityymisten. Ahdistuneet aleksityymiset nuoret olivat myös yleisemmin masentuneita ja käyttivät runsaammin alkoholia kuin yhtä ahdistuneet ei-aleksityymiset nuoret. Tutkimuksessa selvitettiin aleksitymian yhteyttä sosiaaliseen tukeen sekä koettuun vanhempien hoivaan ja ylisuojelevaisuuteen. Käytetyt mittarit olivat Multidimensional Scale of Perceived Social Support ja Parental Bonding Instrument. Aleksitymia oli merkitsevästi yhteydessä sekä heikompaan koettuun sosiaaliseen tukeen – erityisesti ystäviltä saatavaan − että korkeampaan vanhempien ylisuojelevaisuuteen. Tutkimuksessa käytettiin 5-vuotisneuvolatarkastuksen tietoja sen arviointiin, mitkä kehitykselliset tekijät saattavat olla yhteydessä aleksitymian ilmenemiseen. Puheenkehityksen ongelmien todettiin olevan miehillä selvästi yhteydessä aleksitymiaan. Tutkimuksen perusteella aleksityymisillä nuorilla esiintyy ei-aleksityymisiin ikätovereihin verrattuna selvästi yleisemmin psyykkisiä oireita. Koska aleksitymia heikentää hoitovastetta todennäköisesti myös nuorilla, tulisi aleksitymian mahdollisuus selvittää tehokkaasti psyykkisesti oireilevilla nuorilla. Lisääntyvä tutkimustieto aleksitymian kehittymisestä mahdollistaa riskitapausten varhaisemman tunnistamisen ja tilanteeseen puuttumisen.