Mekanismien dynamiikan simuloinnissa sovellettavia numeerisia- ja mallinnusmenetelmiä

Koneet voidaan usein jakaa osajärjestelmiin, joita ovat ohjaus- ja säätöjärjestelmät, voimaa tuottavat toimilaitteet ja voiman välittävät mekanismit. Eri osajärjestelmiä on simuloitu tietokoneavusteisesti jo usean vuosikymmenen ajan. Osajärjestelmien yhdistäminen on kuitenkin uudempi ilmiö. Usein esimerkiksi mekanismien mallinnuksessa toimilaitteen tuottama voimaon kuvattu vakiona, tai ajan funktiona muuttuvana voimana. Vastaavasti toimilaitteiden analysoinnissa mekanismin toimilaitteeseen välittämä kuormitus on kuvattu vakiovoimana, tai ajan funktiona työkiertoa kuvaavana kuormituksena. Kun osajärjestelmät on erotettu toisistaan, on niiden välistenvuorovaikutuksien tarkastelu erittäin epätarkkaa. Samoin osajärjestelmän vaikutuksen huomioiminen koko järjestelmän käyttäytymissä on hankalaa. Mekanismien dynamiikan mallinnukseen on kehitetty erityisesti tietokoneille soveltuvia numeerisia mallinnusmenetelmiä. Useimmat menetelmistä perustuvat Lagrangen menetelmään, joka mahdollistaa vapaasti valittaviin koordinaattimuuttujiin perustuvan mallinnuksen. Numeerista ratkaisun mahdollistamiseksi menetelmän avulla muodostettua differentiaali-algebraaliyhtälöryhmää joudutaan muokkaamaan esim. derivoimalla rajoiteyhtälöitä kahteen kertaan. Menetelmän alkuperäisessä numeerisissa ratkaisuissa kaikki mekanismia kuvaavat yleistetyt koordinaatit integroidaan jokaisella aika-askeleella. Tästä perusmenetelmästä johdetuissa menetelmissä riippumattomat yleistetyt koordinaatit joko integroidaan ja riippuvat koordinaatit ratkaistaan rajoiteyhtälöiden perusteella tai yhtälöryhmän kokoa pienennetään esim. käyttämällä nopeus- ja kiihtyvyysanalyyseissä eri kiertymäkoordinaatteja kuin asema-analyysissä. Useimmat integrointimenetelmät on alun perin tarkoitettu differentiaaliyhtälöiden (ODE) ratkaisuunjolloin yhtälöryhmään liitetyt niveliä kuvaavat algebraaliset rajoiteyhtälöt saattavat aiheuttaa ongelmia. Nivelrajoitteiden virheiden korjaus, stabilointi, on erittäin tärkeää mekanismien dynamiikan simuloinnin onnistumisen ja tulosten oikeellisuuden kannalta. Mallinnusmenetelmien johtamisessa käytetyn virtuaalisen työn periaatteen oletuksena nimittäin on, etteivät rajoitevoimat tee työtä, eli rajoitteiden vastaista siirtymää ei tapahdu. Varsinkaan monimutkaisten järjestelmien pidemmissä analyyseissä nivelrajoitteet eivät toteudu tarkasti. Tällöin järjestelmän energiatasapainoei toteudu ja järjestelmään muodostuu virtuaalista energiaa, joka rikkoo virtuaalisen työn periaatetta, Tästä syystä tulokset eivät enää pidäpaikkaansa. Tässä raportissa tarkastellaan erityyppisiä mallinnus- ja ratkaisumenetelmiä, ja vertaillaan niiden toimivuutta yksinkertaisten mekanismien numeerisessa ratkaisussa. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan ratkaisun tehokkuuden, nivelrajoitteiden toteutumisen ja energiatasapainon säilymisen kannalta.

Lajittumisen dynamiikka epäpuhtauksien ja kuitujen painelajittelussa

Viimevuosina kuvantamistekniikat ovat kehittyneet huomattavasti. Näiden uusien tekniikoiden avulla voidaan tarkastella erilaisia prosesseja aiempaa tarkemmin. Painelajittelun teoriat perustuvat pääasiassa makrotason mittauksien pohjalta tehtyihin matemaattisiin malleihin, ja itse lajittumistapahtumaa ei ole aiemmin päästy kovinkaan tarkasti havainnoimaan. Tämän työn tavoitteena olikin selvittää lajittumistapahtumaa uuden kuvantamistekniikan avulla. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin lyhyesti painelajitin ja sen toiminta. Myös painelajittelun perusteoriat käytiin lyhyesti läpi. Teoriaosan pääpaino oli lajittumistapahtumassa ja siihen vaikuttavissa tekijöissä. Lisäksi teoriaosassa esiteltiin teollisen painelajittelun nykytilannetta, työtä varten tehdyn esiselvityksen pohjalta. Lajitinsimulaattorikoeajoissa selvitettiin kuitujen ja roskapartikkelien käyttäyty-mistä painelajittimessa kuvantamisen avulla. Kuvauksissa keskityttiin rakosihdin raon tapahtumiin, sekä sihtipinnan tapahtumiin. Kuvamateriaalista laskettiin kuitujen ja roskien liikenopeuksia lankasihtiprofiilin raossa, sekä sihdin pinnalla. Lisäksi tutkittiin kehänopeuden, tuotannon ja sakeuden vaikutusta liike-nopeuksiin. Kuvamateriaalista pyrittiin myös havainnoimaan mahdollista kuitujen takaisinvirtausta. Kuvantamisella saatiin uutta tietoa kuitujen ja roskapartikkelien liikkeestä painelajittimessa. Tuloksista kävi muun muassa ilmi, että roottorin elementin pienimmän välyksen kohdalla akseptoituu huomattava määrä massaa. Tämä selittyy sillä, että pienimmän välyksen kohta tuottaa huomattavan positiivisen painepulssin. Kuitujen ja roskapartikkelien nopeudet raossa noudattelivat muutenkin hyvin selkeästi elementin tuottamaa painepulssia. Lisäksi kuvamateriaalista havaittiin, että sihdin raon suulle kertyy profiilin korkuinen kuituflokki. Koko sihdin peittävää kuitumattoa ei havaittu.

Puuston kuolleisuus ja lahopuun dynamiikka vanhoissa boreaalisissa metsissä

Tutkimusseloste väitöskirjasta: Tree mortality and deadwood dynamics in late-successional boreal forests / Tuomas Aakala. - [Helsinki] : [Helsingin yliopisto], 2010. - (Dissertationes Forestales ; 100).

Kulttuuristen erojen dynamiikka : seminaariraportti

Dynamics of cultural differences : 32nd Nordic conference of ethnology and folkloristics, Bergen, 18.–21.6.2012.

Euroopan unionin strategisen kulttuurin dynamiikka 2000-luvulla

Euroopan unionin yhteisen turvallisuus- ja puolustuspolitiikan (YTPP) voidaan katsoa olevan yhteisen ulko- ja turvallisuuspolitiikan (YUTP) sotilaallinen ulottuvuus. Euroopan unionilla on ollut vaikeuksia turvata rauhaa omassa naapurustossaan (Balkanin kriisi, Libya), josta johtuu paineet kehittää nykyistä yhteistä turvallisuus- ja puolustuspolitiikkaa. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää EU:n strategisen kulttuurin ilmentymistä ja dynamiikkaa. Tämä tutkimus on laadullinen tutkimus ja metodina on abduktiivinen sisällönanalyysi. Abduktiivisen toimintahypoteesin ja kirjallisuuskatsauksen avulla luodaan tutkimuksessa strategisen kulttuurin teoreettinen viitekehys, joka antaa näkökulman ja rajauksen tutkimukseen. Primäärilähteenä tutkimuksessa käytetään Euroopan unionin perussopimusta, Euroopan unionin turvallisuusstrategiaa vuodelta 2003 ja sen toteutumisraporttia vuodelta 2008. Tutkimuksen tulosten perusteella voidaan väittää, että EU:lla on strategista kulttuuria, jos sitä tarkastelee teoreettisen viitekehyksen avulla. Lisäksi tulokset puoltavat ajatusta, että Euroopan unionin turvallisuusympäristö on muuttunut 2000-luvulla. EU:n sotilaalliset operaatiot ovat painottuneet 2000-luvun alkupuolelle. YTPP:n konkretisoituminen Artemikses-operaatiossa ja Euroopan unionin turvallisuusstrategian luominen vuonna 2003, oli EU:n strategisen kulttuurin nousuaikaa. Paineet mitkä ajoivat EU:ta kehittymään strategisena toimijana, kumpusivat 11. syyskuuta aiheutetuista terroriiskuista ja niitä seuranneesta Yhdysvaltojen hyökkäyksestä Irakiin. Georgian tapahtumat 2008 aiheuttivat muutospaineita yleiseen turvallisuus- ja puolustuspolitiikkaan. Muutospaineet konkretisoituivat raporttiin Euroopan unionin turvallisuusstrategian toteutumisesta ja lopulta Lissabonin sopimukseen 2009. Vaikka Lissabonin sopimukseen liittyvistä rakenneuudistuksista oli keskusteltu jo aiemminkin, tutkimuksessa väitetään, että Georgian sota edisti halua päästä yhteisymmärrykseen näistä rakenneuudistuksista. Vuosi 2011 aiheutti taantuman yhteisen turvallisuus ja puolustuspolitiikan kehittymiselle. Päätös olla osallistumatta Libyan kriisiin osaltaan heikensi EU:n strategista kulttuuria. Tutkimuksessa väitetään, että YTPP:n nouseminen takaisin EU:n asialistalle (taloudellisesta tilanteesta huolimatta) vuonna 2013 johtuu EU:n epäonnistumisesta ottaa vahvaa roolia Libyan kriisissä.