Effective notch method assessment of misalignment for fatigue loaded welds

 The objective of this thesis work was to assess axial misalignment in fatigue loaded welds using the effective notch method. As a result, the fatigue behaviour of non-load carrying cruciform fillet welded joint under cyclic tensile loading has been studied. Various degrees of axial misalignment have been found in one series of non-load carrying cruciform fillet welded joints used in a laboratory investigation. As a result, it was important to carry out a comprehensive investigation since axial misalignment forms part of thequality of fatigue loaded structure and can reduce the fatigue strength. To extend the study, the correlation between fatigue strength and stress ratio, as well as stress concentration factor, were also studied. Moreover, a closer investigation of place of crack initiation and its dependence on weld sequence and imperfections of test specimen (angular distortion) was studied. For the fatigue class calculations, FEM (finite element method) and the effectivenotch approach are used. The addressed variable is the axial misalignment whichis introduce by modeling the entire joint. Fracture mechanics based calculations are also used and quantitatively compared with effective notch and experimental results.

Development of a Testing Method for Convertibility of Paperboard

Työssä tutkittiin muovattujen kartonkivuokien sekä muovattujen kartonkinäytteiden rinnastettavuutta. Puristusvaiheen prosessiolosuhteiden miellettiin vaikuttavan eniten multidimensionaliseen muodonmuutokseen. Multidimensionaalista muodonmuutosta simuloitiin uudella muovaamiseen soveltuvalla muovauslaitteella. Kirjallisuusosassa keskeisiä teemoja ovat kartongin muovaus sekä kuitupohjaisen materiaalin reologinen käyttäytyminen. Kirjallisuusosassa esitellään lisäksi yksi tekninen sovellus, jonka avulla kyetään ennustamaan kuitumateriaalin muovautuvuutta sekä mittaamaan tapahtunutta muodonmuutosta. Prosessiparametrien teoreettista vaikutustakuituihin tarkastellaan myös kirjallisuusosassa. Kokeellisessa osassa toteutettiin kartonkivuokien valmistus puristamalla. Vastaavilla prosessiparametreilla muovattiin myös pienemmät testinäytteet. Perinteiset yksidimensionaliset deformaatiomittaukset toteutettiin lujuusominaisuuksien laboratoriomäärityksinä. Myös kitka, joka toimii tärkeänä muuttujana prässäysprosessissa, mitattiin laboratorio-olosuhteissa. Tämän työn tulokset osoittavat uuden kehitetyn muovausmenetelmän toimivuuden. Asema-voima kuvaajat ovat selkeitä sekä helposti luettavia. Tuloksissa havaittiin materiaalin muovauspotentiaalin sekä asema-voima kuvaajan välillä vallitseva yhteys. Erittäin merkittävä huomio oli myös, että muovipäällystetyllä kartongilla oli yhteys päällystämättömän kartongin asema-voima kuvaajaan. Tämä tulos osoittaa, että muovipäällystetyn kartongin muovautuvuutta voi olla mahdollista ennustaa pohjakartongin muovautuvuustulosten perusteella. Perinteiset yksidimensionaliset laboratoriomittaukset eivät kykene antamaan riittävää informaatiota muovautuvuuden ennustamiseen. Tästä näkökulmasta on tärkeää että kartongin multidimensionalista muotoutuvuutta voidaankin tutkia kehitetyllä muovausmenetelmällä.

Diodilaserin käytön edellytykset ohutlevyjen hitsauksessa

Diplomityössä tutkitaan diodilaserhitsausta mahdollisena teollisuuden menetelmänä ja menetelmän vaatimuksia hitsattaessa ohutlevyjä. Työssä tutkittavat materiaalit ovat kylmävalssattu teräs ja ruostumaton teräs sekä liitosmuotoina päittäis-, laippa- ja päällekkäisliitos. Materiaalivahvuudet ovat 0,50 mm:stä 1,50 mm:iin. Työn tavoitteena on määrittää näille kyseisille materiaaleille ja liitosmuodoille hitsausnopeus levynvahvuuden funktiona. Lisäksi käsitellään diodilaserin rakennetta, säteen muodostusta, säteen muokkaamista, säteen analysointia ja säteen turvallisuuteen liittyviä asioita. Suoritetaan vertailua käytössä oleviin muihin lasertyöstömenetelmiin konepajoissa ja tehdään arvio mahdollisen diodilaserinvestoinnin kannattavuudesta. Diodilaserhitsauskokeissa käytettiin Hämeen ammattikorkeakoulun Riihimäen yksikön 1 kW:n tehoista diodilaseria. Koekappaleet leikattiin suuntaisleikkurilla. Osalle hitsatuista kappaleista tehtiin poikittaiset vetokokeet ja mitattiin mikrokovuudet. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Kaikille tutkituille liitoksille, materiaaleille ja vahvuuksille saatiin määriteltyä hitsausnopeudet. Tehtyjen testien perusteella suuntaisleikkurin käyttö on mahdollista. Lisäksi havaittiin suojakaasun käytön myötä, että kirkkaan sulan aiheuttama heijastavuuden kasvu edellyttää hitsausnopeuden pienentämistä.

Determination of compression behaviour of coating layer

The strength properties of paper coating layer are very important in converting and printing operations. Too great or low strength of the coating can affect several problems in printing. One of the problems caused by the strength of coating is the cracking at the fold. After printing the paper is folded to final form and the pages are stapled together. In folding the paper coating can crack causing aesthetic damage over printed image or in the worst case the centre sheet can fall off in stapling. When folding the paper other side undergoes tensile stresses and the other side compressive stresses. If the difference between these stresses is too high, the coating can crack on the folding. To better predict and prevent cracking at the fold it is good to know the strength properties of coating layer. It has measured earlier the tensile strength of coating layer but not the compressive strength. In this study it was tried to find some way to measure the compressive strength of the coating layer and investigate how different coatings behave in compression. It was used the short span crush test, which is used to measure the in-plane compressive strength of paperboards, to measure the compressive strength of the coating layer. In this method the free span of the specimen is very small which prevent buckling. It was measured the compressive strength of free coating films as well as coated paper. It was also measured the tensile strength and the Bendtsen air permeance of the coating film. The results showed that the shape of pigment has a great effect to the strength of coating. Platy pigment gave much better strength than round or needle-like pigment. On the other hand calcined kaolin, which is also platy but the particles are aggregated, decreased the strength substantially. The difference in the strength can be explained with packing of the particles which is affecting to the porosity and thus to the strength. The platy kaolin packs up much better than others and creates less porous structure. The results also showed that the binder properties have a great effect to the compressive strength of coating layer. The amount of latex and the glass transition temperature, Tg, affect to the strength. As the amount of latex is increasing, the strength of coating is increasing also. Larger amount of latex is binding the pigment particles better together and decreasing the porosity. Compressive strength was increasing when the Tg was increasing because the hard latex gives a stiffer and less elastic film than soft latex.

The Impact of Aspen and Alder on the Quality of NHBK

The purpose of this work was to study the effect of aspen and alder on birch cooking and the quality of the pulp produced. Three different birch kraft pulps were studied. As a reference, pure aspen and alder were included. The laboratory trials were done at the UPM Research Centre in Lappeenranta, Finland. The materials used were birch, aspen and alder mill chips that were collected around the area of South-Carelia in Finland. The chips used in the study were pulped using a standard kraft process. The pulps including birch fibres were ECF-bleached at laboratory scale to a target brightness of 85 %. The bleached pulps were beaten at low consistency by a laboratory Voith Sulzer refiner and tested for optical and physical properties. The theoretical part is a study of hardwoods that takes into accounts the differences between birch, aspen and alder. Major sub-areas were fibre and paper-technical properties as well as chemical composition and their influence on the different properties. The pulp properties of birch, aspen and alder found in previous studies were reported. Russian hardwood forest resources were also investigated. The fundamentals of kraft pulping and bleaching were studied at the end of theoretical part. The major effect of replacing birch with aspen and alder was the deterioration (lowering) of tensile and tear strengths. In other words, addition of aspen and alder to a birch furnish reduced strength properties. The reinforcement ability of the tested pulps was the following: 100 % birch > 80 % birch, 20 % aspen > 70 % birch, 20 % aspen, 10 % alder. The second thing noted was that blending of birch together with aspen and alder give better smoothness, optical properties and also formation. It can be concluded, that replacement of birch with alder during cooking by more than 10 % can negatively affect on the paper-technical properties of birch pulp. Mixing pure birch and aspen pulps would be more beneficial when producing printing paper made from chemical pulp.

Magnesiumhydroksidialkalin käytön vaikutukset päällystämättömän aikakauslehtipaperin valmistukseen

Magnesiumhydroksidin on havaittu soveltuvan natriumhydroksidin korvaajaksi mekaanisen massan peroksidivalkaisun alkalina. Työssä selvitettiin, miten magnesiumhydroksidi vaikuttaa paperin valmistukseen ja valmiin paperin ominaisuuksiin. Laboratoriokokeet osoittivat magnesiumhydroksidin soveltuvan mekaanisen massan peroksidivalkaisun alkaliksi, sillä vaaleustavoite saavutettiin sen avulla. Valkaistun massan varaustila, johtokyky sekä ζ -potentiaali laskivat magnesiumhydroksidin vaikutuksesta. Nämä johtivat huomattavasti korkeampaan paperin täyteaineretentioon. Massan vedenpidätyskyky kasvoi korvattaessa natriumhydroksidi magnesiumhydroksidilla. Arkkien ominaisuuksista vetoindeksi, valonsirontakerroin ja taivutusjäykkyys kasvoivat. Kaikki edellä mainitut ominaisuudet viittaavat siihen, että magnesiumhydroksidin käyttö parantaa hienoaineen sitoutumista paperiin.

Measurement and Improvement of Wet Paper Web Strength

Various strength properties of paper are measured to tell how well it resists breaks in a paper machine or in printing presses. The most often measured properties are dry tensile strength and dry tear strength. However, in many situations where paper breaks, it is not dry. For example, in web breaks after the wet pressing the dry matter content can be around 45%. Thus, wet-web strength is often a more critical paper property than dry strength. Both wet and dry strength properties of the samples were measured with a L&W tensile tester. Originally this device was not designed for the measurement of the wet web tensile strength, thus a new procedure to handle the wet samples was developed. The method was tested with Pine Kraft (never dried). The effect of different strength additives on the wet-web and dry paper tensile strength was studied. The polymers used in this experiment were aqueous solution of a cationic polyamidoamine-epichlorohydrin resin (PAE), cationic hydrophilised polyisocyanate and cationic polyvinylamine (PVAm). From all three used chemicals only Cationic PAE considerably increased the wet web strength. However it was noticed that at constant solids content all chemicals decreased the wet web tensile strength. So, since all chemicals enhanced solid content it can be concluded that they work as drainage aids, not as wet web strength additives. From all chemicals only PVAm increased the dry strength and two other chemicals even decreased the strength. As chemicals were used in strong diluted forms and were injected into the pulp slurry, not on the surface of the papersheets, changes in samples densities did not happen. Also it has to be noted that all these chemicals are mainly used to improve the wet strength after the drying of the web.

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.

Ultralujasta teräksestä valmistetun liitoksen pienahitsin staattinen kestävyys

Ultralujat teräkset ovat teräksiä, joiden lujuus on reilusti suurempi verrattuna perinteisiin rakenneteräksiin. Niiden ominaisuuksia hyödynnetään eniten nosto- ja kuljetusvälinete¬ollisuudessa. Ultralujien terästen käyttö avaa suunnittelijalle uusia mahdollisuuksia suun¬nitella ulottuvampia ja kevyempiä rakenteita, jolloin voidaan saavuttaa säästöjä niin val¬mistus- kuin polttoainekustannuksissakin. Ultralujille teräksille ei kuitenkaan ole ole¬massa niitä vastaavia suunnitteluohjeita tai standardeja. Teräsrakenteiden liitosten suun¬nitteluun mitoitusohjeita antava standardi SFS-EN 1993-1-8 ei huomioi teräksiä, joiden myötölujuus on yli 460 MPa. SFS-EN 1993-1-12 on 1993-1-8:n laajennus, joka on voi¬massa myötölujuuteen 700 MPa asti. Tässä diplomityössä tutkittiin ultralujista teräksistä valmistettujen pienahitsiliitosten käyttäytymistä vetokokeiden ja elementtimenetelmän avulla. Tulosten avulla voitiin mää¬rittää matalalujuuksisten terästen mitoitusohjeiden soveltuvuutta ultralujille teräksille. Kokeissa käytetty teräs oli Ruukin valmistama Optim 960 QC.

Natural and synthetic fibres improving tensile strength and elongation of paper products

The theory part of the Master’s thesis introduces fibres with high tensile strength and elongation used in the production of paper or board. Strong speciality papers are made of bleached softwood long fibre pulp. The aim of the thesis is to find new fibres suitable for paper making to increase either tensile strength, elongation or both properties. The study introduces how fibres bond and what kind of fibres give the strongest bonds into fibre matrix. The fibres that are used the in manufacturing of non-wovens are long and elastic. They are longer than softwood cellulose fibres. The end applications of non-wovens and speciality papers are often the same, for instance, wet napkins or filter media. The study finds out which fibres are used in non-wovens and whether the same fibres could be added to cellulose pulp as armature fibres, what it would require for these fibres to be blended in cellulose, how they would bind with cellulose and whether some binding agents or thermal bonding, such as hot calendaring would be necessary. The following fibres are presented: viscose, polyester, nylon, polyethylene, polypropylene and bicomponent fibres. In the empiric part of the study the most suitable new fibres are selected for making hand sheets in laboratory. Test fibres are blended with long fibre cellulose. The test fibres are viscose (Tencel), polypropylene and polyethylene. Based on the technical values measured in the sheets, the study proposes how to continue trials on paper machine with viscose, polyester, bicomponent and polypropylene fibres.

The Effects of Some Furnish and Paper Structure Related Factors on Wet Web Tensile and Relaxation Characteristics

The objective of this thesis was to identify the effects of different factors on the tension and tension relaxation of wet paper web after high-speed straining. The study was motivated by the plausible connection between wet web mechanical properties and wet web runnability on paper machines shown by previous studies. The mechanical properties of wet paper were examined using a fast tensile test rig with a strain rate of 1000%/s. Most of the tests were carried out with laboratory handsheets, but samples from a pilot paper machine were also used. The tension relaxation of paper was evaluated as the tension remaining after 0.475 s of relaxation (residual tension). The tensile and relaxation properties of wet webs were found to be strongly dependent on the quality and amount of fines. With low fines content, the tensile strength and residual tension of wet paper was mainly determined by the mechanical interactions between fibres at their contact points. As the fines strengthen the mechanical interaction in the network, the fibre properties also become important. Fibre deformations caused by the mechanical treatment of pulp were shown to reduce the mechanical properties of both dry and wet paper. However, the effect was significantly higher for wet paper. An increase of filler content from 10% to 25% greatly reduced the tensile strength of dry paper, but did not significantly impair wet web tensile strength or residual tension. Increased filler content in wet web was shown to increase the dryness of the wet web after the press section, which partly compensates for the reduction of fibrous material in the web. It is also presumable that fillers increase entanglement friction between fibres, which is beneficial for wet web strength. Different contaminants present in white water during sheet formation resulted in lowered surface tension and increased dryness after wet pressing. The addition of different contaminants reduced the tensile strength of the dry paper. The reduction of dry paper tensile strength could not be explained by the reduced surface tension, but rather on the tendency of different contaminants to interfere with the inter-fibre bonding. Additionally, wet web strength was not affected by the changes in the surface tension of white water or possible changes in the hydrophilicity of fibres caused by the addition of different contaminants. The spraying of different polymers on wet paper before wet pressing had a significant effect on both dry and wet web tensile strength, whereas wet web elastic modulus and residual tension were basically not affected. We suggest that the increase of dry and wet paper strength could be affected by the molecular level interactions between these chemicals and fibres. The most significant increases in dry and wet paper strength were achieved with a dual application of anionic and cationic polymers. Furthermore, selectively adding papermaking chemicals to different fibre fractions (as opposed to adding chemicals to the whole pulp) improved the wet web mechanical properties and the drainage of the pulp suspension.

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.

Kalsinaattorin siirtymien ja teräskuoren murtumien tutkiminen

Sementti on yksi eniten maailmassa käytetty rakennusmateriaali ja Suomessa sementin valmistuksesta vastaa Finnsementti Oy kahden tehtaan voimin. Lappeenrannan tehtaalle investoitiin uusi uunilinja vuonna 2007, joka on aikansa kehittyneintä tekniikkaa. Järjes-telmän esilämmitysvaiheen laitteissa, erityisesti kalsinaattorissa, on esiintynyt luvattoman paljon plastisoitumista ja murtumia. Tässä työssä tutkittiin lämpötilan ja sen vaihtelun vaikutusta järjestelmässä syntyneisiin siirtymiin ja murtumiin. Työn alussa luotiin katsaus erilaisiin murtumisilmiöihin ja niiden syntyyn. Vuorauksessa käytettyihin tiilien käyttäytymistä tutkittiin myös, koska ne ovat olennainen osa esilämmi-tysjärjestelmää. Työn kokeellisessa osuudessa aluksi määriteltiin järjestelmässä käytetylle teräkselle lujuusominaisuudet tutkimalla mikrorakennetta sekä suorittamalla veto- että kovuuskokeet materiaalille. Toisessa osiossa mitattiin järjestelmän alasajon aikana tapah-tuneet siirtymät. Laskennallisessa osuudessa tutkittiin väsymismurtuman mahdollisuutta sekä määritettiin kuoressa esiintyvän särön vaikutusta puhkeamis- ja murtumiskuormituk-seen. FEM- analyysissä tarkasteltiin lämpötilan vaikutusta siirtymien suuruuksiin ja pyrittiin löytämään perusteluita, miksi rakenne on todellisuudessa siirtynyt eri suuntiin kuin alun perin oli tarkoitettu. Lisäksi analysoitiin FEM- mallit tiilihyllystä ja kalsinaattorin kuoren tukikehästä, joista tutkittiin lämpökuorman aiheuttamia jännityksiä. Materiaalin osalta selvisi, että kyseessä oli hyvin yleinen rakenneteräs S235 tai sitä vas-taava teräslaatu. Teräs ei ominaisuuksiltaan sovellu kuumiin olosuhteisiin, jonka vuoksi järjestelmässä käytettävän eristevuorauksen kunto on erityisen tärkeä rakenteen käyttöiän kannalta. Vuorauksen kunnosta riippuu, kuinka suuren lämpökuorman teräskuori saa. Väsymismurtuman mahdollisuus jäi minimaalisen pieneksi lämpötilan muutoksen vaiku-tuksesta. Analysoinnin tulosten perusteella voitiin todeta, että lämpötilan hitaasti mutta kohtalaisen suurella vaihteluvälillä sekä tiilien turpoamisen vaikutuksella on erittäin suuri merkitys järjestelmässä esiintyviin murtumiin.