Simulation of structural stress history based on dynamic analysis

Modern machine structures are often fabricated by welding. From a fatigue point of view, the structural details and especially, the welded details are the most prone to fatigue damage and failure. Design against fatigue requires information on the fatigue resistance of a structure’s critical details and the stress loads that act on each detail. Even though, dynamic simulation of flexible bodies is already current method for analyzing structures, obtaining the stress history of a structural detail during dynamic simulation is a challenging task; especially when the detail has a complex geometry. In particular, analyzing the stress history of every structural detail within a single finite element model can be overwhelming since the amount of nodal degrees of freedom needed in the model may require an impractical amount of computational effort. The purpose of computer simulation is to reduce amount of prototypes and speed up the product development process. Also, to take operator influence into account, real time models, i.e. simplified and computationally efficient models are required. This in turn, requires stress computation to be efficient if it will be performed during dynamic simulation. The research looks back at the theoretical background of multibody dynamic simulation and finite element method to find suitable parts to form a new approach for efficient stress calculation. This study proposes that, the problem of stress calculation during dynamic simulation can be greatly simplified by using a combination of floating frame of reference formulation with modal superposition and a sub-modeling approach. In practice, the proposed approach can be used to efficiently generate the relevant fatigue assessment stress history for a structural detail during or after dynamic simulation. In this work numerical examples are presented to demonstrate the proposed approach in practice. The results show that approach is applicable and can be used as proposed.

Viitearkkitehtuuri Windows-sovelluksen käyttöliittymän modernisoimiseksi web-sovellukseksi

IT-järjestelmillä on tärkeä rooli organisaation liiketoiminnassa. Koska organisaation liiketoimintavaatimukset ja strategia muuttuvat ympäröivän maailman mukaan, täytyy järjestelmän arkkitehtuurin sopeutua vallitsevaan tilanteeseen sekä mahdollisiin muutoksiin lyhyellä ja pitkällä aikavälillä. Modernin web-sovelluksen arkkitehtuuri sopeutuu organisaation liiketoiminnan haasteisiin. Erityisesti hallinnolliseksi ongelmaksi organisaatiossa muodostuvat Windows-sovellukset, koska niiden ylläpito sitoo henkilöresursseja ja niiden käyttökonteksti on rajallinen. Tästä syystä organisaatiot ovat käyneet etsimään ratkaisuja kuinka korvata Windows-sovellukset web-sovelluksilla. Kustannustehokas ratkaisu on modernisoida Windows-sovelluksen käyttöliittymä web-sovellukseksi. Tämän diplomityön tavoitteena oli laatia Logica Suomi Oy yritykselle viitearkkitehtuuri Win-dows-sovelluksen käyttöliittymän modernisoimiseksi web-sovellukseksi. Työ suoritettiin Proof of Concept projektissa, jossa modernisointiin Logican pääkäyttäjäsovellus. Työn tarkoituksena oli tunnistaa laajalti käytetyt arkkitehtuurimallit ja menetelmät jotka mahdollistavat modernisoinnin toteutuksen. Lisäksi tarkoitus oli tunnistaa menetelmät ja ohjelmistot jotka mahdollistavat kustannustehokkaan ja laadukkaan web-sovelluksen kehittämisen ja toteuttamisen. Työn osatavoitteena oli laatia modernisoitavan pääkäyttäjäsovelluksen kokonaisarkkitehtuuri. Työn tuloksena saatiin viitearkkitehtuuri jota voidaan käyttää ja hyödyntää ohjelmistokehitysprojekteissa, asiakkaan dokumentaatiossa, myynnissä ja markkinoinnissa. Viitearkkitehtuurissa on esitelty modernit web-teknologiat joilla on mahdollista toteuttaa web-sovellus jonka käyttökokemus vastaa Windows-sovellusta. Lisäksi tuloksena saatiin pääkäyttäjäsovelluksen kokonaisarkkitehtuuri, jonka tärkeimpiä tuloksia ovat modernisoinnin tavoitetila ja sovellusarkkitehtuuri. Tärkeimpiä jatkotoimenpiteitä ovat viitearkkitehtuuriin pohjautuvan modernisointiviitekehyksen laadinta sekä modernisointiprojektin arviointiin käytettävien mittareiden määrittely, suunnittelu ja toteutus. Relevanttien mittareiden avulla voidaan todeta, vastaako modernisoitu sovellus organisaation liiketoimintavaatimuksia ja strategiaa.

Multibody Simulation Model of the Roller Test Rig

Multibody simulation model of the roller test rig is presented in this work. The roller test rig consists of a paper machine’s tube roll supported with a hard bearing type balancing machine. The simulation model includes non-idealities that are measured from the physical structure. These non-idealities are the shell thickness variation of the roll and roundness errors of the shafts of the roll. These kinds of non-idealities are harmful since they can cause subharmonic resonances of the rotor system. In this case, the natural vibration mode of the rotor is excited when the rotation speed is a fraction of the natural frequency of the system. With the simulation model, the half critical resonance is studied in detail and a sensitivity analysis is performed by simulating several analyses with slightly different input parameters. The model is verified by comparing the simulation results with those obtained by measuring the real structure. Comparison shows that good accuracy is achieved, since equivalent responses are achieved within the error limit of the input parameters.

DFMA Aspects in the Design of a Transfer Line for Off-line Ion Sources

In this thesis, the DFMA is presented and used for the purpose of having a design for a vertical transfer line that can be easily manufactured and assembled. The design of the transfer line, the major components and drawings are presented. The ease of assembly, the costs of manufacturing and differences between the use of steel structure and aluminum are compared. The ALARA principle is followed to minimize the risk of radiation exposure by the means of locating the test ion sources outside the radioactive area.

Liikkuvan kivimurskaimen syötinosan rakenneanalyysi osarakennetekniikan avulla

Työn tarkoituksena oli selvittää, miten osarakennetekniikkaa voidaan soveltaa siirrettävän kivimurskaimen syötinosan simuloinnissa. Tätä tutkittiin luomalla kahdella eri ohjelmistolla simulaatiomalli syötinosasta ja mallintamalla syötinosan runko joustavaksi kappaleeksi osarakennetekniikan avulla. Luotujen simulointimallien tarkkuutta selvitettiin vertaamalla niistä saatuja rungon jännityksiä tutkittavan rakenteen rungosta mitattuihin jännityksiin. Työn tarkoituksena oli myös tutkia, miten hyvin simulaatiomallit soveltuvat käytettäväksi syötinosan tuotekehityksessä. Tässä työssä käytettiin syötinosan simulaatiomallin luomiseen ANSYS-ohjelmistoa ja ADAMS-ohjelmistoa. Simulaatiomalleihin lisättiin tutkittavasta järjestelmästä mitattu ohjaussignaali sekä syötinosan jousien arvot. Järjestelmän rakenneominaisuudet saatiin suoraan valmistajan luovuttamista tiedoista. ADAMS-ohjelmistolla mallinnetussa simulaatiomallissa runko mallinnettiin joustavaksi ANSYS-ohjelmistossa, josta se siirrettiin ADAMS-ohjelmistoon. Saaduista tuloksista kävi ilmi, että osarakennetekniikkaa voidaan hyödyntää syötinosan joustavan rungon simuloinnissa. Tutkittavasta järjestelmästä mitatuissa jännityksissä ja simulaatiomalleista saaduissa jännityksissä oli eroja, mutta jännityshistorian muodot ja suuruusluokat vastasivat pääosin toisiaan. Tulosten parantamiseksi tulee selvittää lisää alkuarvoja tutkittavasta järjestelmästä ja varmistua nyt saatujen jousiparametrien oikeellisuudesta.

Kaivoslastauskoneen hybridisointianalyysi virtuaali- ja in-loop -simuloinnin avulla

Työssä tutkitaan raskaiden työkoneiden hybridisointimitoitusta simuloimalla. Työssä esitetään simulation-in-the-loop-simulointiin perustuva järjestelmä, jolla esimerkkitapauksena oleva kaivoslastauskone työympäristöineen voidaan mallintaa mekaaniselta osaltaan monikappaledynamiikkaan perustuvalla ohjelmistolla ja hybridijärjestelmän osalta Simulinkissa. Yhdistetty simulointi mahdollistaa hybridityökoneen virtuaalimallin ohjaamisen käyttäjän toimesta reaaliajassa. Simuloinnista saadaan tuloksena mm. työsykli, jota voidaan käyttää hybridisointimitoitukseen. Hybridisointi toteutetaan kahdella erilaisella kokoonpanolla, joista analysoidaan suorituskykyä sekä polttoaineen kulutusta. Tuloksia verrataan pelkästään dieselmoottoria voimanlähteenä käyttävään lastauskoneeseen. Työssä tehty tutkimus osoittaa, että (sarja-) hybridisoinnilla voidaan saavuttaa merkittäviä etuja raskaiden työkoneiden polttoainetehokkuudessa. Dieselmoottoria voidaan ajaa sellaisessa staattisessa toimintapisteessä, jonka hyötysuhde on korkea riippumatta työkoneen kuormituksesta. Saavutettu hyöty on toteutetussa tutkimuksessa parhaimmillaan jopa 56 % vähennys polttoaineenkulutuksessa. Lisäksi tarvittava dieselin nimellisteho pienenee huomattavasti. Tutkimuksen osana esitellään myös Hardware-in-the-Loop -laitteisto, jonka avulla voidaan liittää oikea sähkömoottori ja taajuudenmuuttaja osaksi virtuaalisesti simuloitua työkonetta.

A Soft Contact Collision Method For Real-Time Simulation of Triangularized Geometries in Multibody Dynamics

When modeling machines in their natural working environment collisions become a very important feature in terms of simulation accuracy. By expanding the simulation to include the operation environment, the need for a general collision model that is able to handle a wide variety of cases has become central in the development of simulation environments. With the addition of the operating environment the challenges for the collision modeling method also change. More simultaneous contacts with more objects occur in more complicated situations. This means that the real-time requirement becomes more difficult to meet. Common problems in current collision modeling methods include for example dependency on the geometry shape or mesh density, calculation need increasing exponentially in respect to the number of contacts, the lack of a proper friction model and failures due to certain configurations like closed kinematic loops. All these problems mean that the current modeling methods will fail in certain situations. A method that would not fail in any situation is not very realistic but improvements can be made over the current methods.

Liikkuvan tilaajan järjestelmän käyttö yhtymässä

Tutkimuksen päämääränä on selvittää liikkuvan tilaajan järjestelmän käyttömahdollisuuksia prikaati 2005:n taistelussa. Tärkeimpänä kysymyksenä on: Miten liikkuvan tilaajan järjestelmää käytetään prikaati 2005:n taistelussa? Lisäksi tutkimuksessa on pyritty selvittämään tekniikan tuomia mahdollisuuksia ja haasteita sekä radiopakettiverkon integroimista järjestelmään. Tärkeimpänä tutkimusmenetelmänä on käytetty asiakirja- ja kirjallisuustutkimusta, jota on täydennetty asiantuntijahaastatteluilla. Muita menetelmiä ovat simulointi ja kenttätestit. Liikkuvan tilaajan järjestelmä on valmiusyhtymien johtamiseen käytettävä kokonaisuus, jolla aikaansaadaan johtamisen ja tulenkäytön tiedonsiirron mahdollistava taistelun vaikutuksia kestävä radiojärjestelmä. Järjestelmä tarjoaa puhe- ja dataliikenne mahdollisuudet liikkuvien tilaajien ja YVI-verkon välillä. Jatkokehityksessä järjestelmään integroidaan radiopakettiverkko. Laajennus mahdollistaa radioiden pakettikytkentäisen tiedonsiirron keskusverkon välityksellä toisiin radio- tai tietoverkkoihin. Käytännössä suurin datansiirtonopeus on 2400 bit/s. Digitaaliset kenttäradiot ja MSS-järjestelmä olisivat taktisen tietoverkon (TATIVE) tärkein langaton tiedonsiirtotapa. Sanomalaiteverkossa lähetettäviä sanomia tulisivat vastaamaan MSS-järjestelmässä lähetettävät IP-sanomat. C3 asemia käytetään pataljoonien liittämiseen, verkon silmukoimiseen ja tukiasemina keskeisillä paikoilla. Käytön painopiste on pataljoonien alueella. Yhtymän hyökkäyksessä järjestelmää käytetään tulen ja pataljoonien vaikutuksen keskittämisessä. Kuudella prikaatissa olevalla C3-tukiasemalla ei saada muodostettua kattavaa ja taistelun kestävää verkkoa. Tulevaisuudessa on lisättävä asemien määrää päivittämällä C1- ja C2-asemat C3-asemiksi. 18 C3-asemalla kyettäisiin muodostamaan koko prikaatin kattava MSSverkko. Tällöin asemien peittoalueet kattavat toisiaan

A simulation model of the optimal maintenance strategy: conceptual agent-based approach

In this Master’s thesis agent-based modeling has been used to analyze maintenance strategy related phenomena. The main research question that has been answered was: what does the agent-based model made for this study tell us about how different maintenance strategy decisions affect profitability of equipment owners and maintenance service providers? Thus, the main outcome of this study is an analysis of how profitability can be increased in industrial maintenance context. To answer that question, first, a literature review of maintenance strategy, agent-based modeling and maintenance modeling and optimization was conducted. This review provided the basis for making the agent-based model. Making the model followed a standard simulation modeling procedure. With the simulation results from the agent-based model the research question was answered. Specifically, the results of the modeling and this study are: (1) optimizing the point in which a machine is maintained increases profitability for the owner of the machine and also the maintainer with certain conditions; (2) time-based pricing of maintenance services leads to a zero-sum game between the parties; (3) value-based pricing of maintenance services leads to a win-win game between the parties, if the owners of the machines share a substantial amount of their value to the maintainers; and (4) error in machine condition measurement is a critical parameter to optimizing maintenance strategy, and there is real systemic value in having more accurate machine condition measurement systems.

Jännitettä nostavan hakkurin käyttö akkukäyttöisessä audiolaitteessa

Audiovahvistimet pohjautuvat yhä useammin D-luokan vahvistimiin niiden korkean hyötysuhteen takia. Tämä mahdollistaa pidemmän käyttöajan tai vastaavasti tehon lisäämisen kannettavissa audiolaitteissa. Kuitenkin, jotta akkukäyttöisestä audiolaitteesta saataisiin suurempaa tehoa, se vaatii yleensä korkeamman jännitteen kuin yksittäisen akun lähtöjännite on. Korkeampi jännite voidaan saavuttaa lisäämällä akkuja tai käyttämällä jännitettä nostavaa hakkuria. Hakkureissa syntyy kuitenkin kytkennästä johtuvaa värettä, mille D-luokan vahvistimet ovat alttiita. Tässä työssä tutkitaan boost- ja Čuk-hakkurin soveltuvuutta jännitteen nostoon akkukäyttöisessä audiolaitteessa. Käytännön sovelluksena toimii Porsas, josta halutaan saada 500 W teho. Työssä tutkitaan audiolaitteen asettamia ehtoja jännitelähteelle sekä hakkurien mitoittamista ehtojen mukaisesti. Työn tutkimustapana on kirjallisuustutkimus ja simulointi. Audiolaitteen jännitelähteeltä vaatima teho vaihtelee suuresti. Tämä tulee ottaa huomioon hakkurin komponenttien mitoituksessa. Lisäksi hakkurin lähtöjännitteen väre pyritään minimoimaan, koska sillä on suuri vaikutus vahvistimen toimintaan. Tulovirran väreen minimoinnilla on pidentävä vaikutus akun purkusykliin. Hakkurien laskennalliset komponenttien arvot sekä simuloinnit osoittavat, että hakkurit olisivat myös mahdollista tehdä käytännössä. Simulointien perusteella boost-hakkurin komponenttien arvot ovat pienempiä kuin Čuk-hakkurin. Boost-hakkurille löytyy myös valmiita ohjainpiirejä enemmän. Toisaalta Čuk-hakkurilla on mahdollista tehdä myös energiansäästötila. Hakkurien ohjaus ja jäähdytys vaatisivat jatkotutkimusta.

Venäläisten rynnäkkökoneiden ja monitoimihävittäjien sensori- ja omasuojajärjestelmien tekninen tarkastelu ja niiden vaikutukset ilmasta-maahan suorituskykyyn

Tutkimuksen aiheena on Venäläisten rynnäkkökoneiden ja monitoimihävittäjien sensorija omasuojajärjestelmien tekninen tarkastelu ja niiden vaikutuksen ilmasta-maahan suorituskykyyn. Tutkimustyö käsittelee venäläisten rynnäkkökoneiden SU-24 ja SU-25 sekä monitoimihävittäjien SU-27SM ja MiG-29SMT sensoreita ja omasuojajärjestelmiä sekä käytettäviä asejärjestelmiä. Tutkimuksessa muodostetaan sensori-, omasuoja- ja asejärjestelmien avulla kokonaiskuva koneiden ilmasta-maahan suorituskyvystä. Tutkimuksessa pyritään vastaamaan seuraaviin kysymyksiin: Mistä muodostuu ilmastamaahan suorituskyky? Mitkä ovat Venäjän ilmavoimien yleisimmät rynnäkkökoneet ja monitoimihävittäjät ja mitä järjestelmiä niissä on? Mikä on koneen optimaalinen suorituskyky tarkasteltavaa kohdetta vastaan? Tutkimuksen sivutuotteena vastataan kysymykseen: Mikä on panssarivaunun tutkaheräte dBm² ja m² suureina? Tutkimuksen tutkimusmenetelminä on käytetty kirjallisuustutkimusta ja vertailevaa tutkimusmenetelmää. Järjestelmien julkisissa lähteissä ilmoitettu suorituskyky on pyritty todentamaan matemaattisesti laskien. PVTT:ssa toteutettujen simulointien avulla on voitu laskea lavettien tutkien havaitsemisetäisyyksiä. Tutkimustyön lähdeaineisto pohjautuu julkisiin lähteisiin. Suurin osa tutkimustyön lähteistä on internetistä julkaistuja artikkeleita ja teknisiä raportteja. Lähdeaineistoa lukemalla, vertailemalla ja analysoimalla on koostettu tietoa aiheesta. Rynnäkkökoneiden ja monitoimihävittäjien tutkien suorituskyvyn muodostamiseksi toteutettiin panssarivaunun 3Dmallin tutkaherätteen simulointi. Tulosten perusteella voidaan vertailla käytössä olevien tutkien suorituskykyä. Ilma-aseen suorituskyky pohjautuu pääosin käytettäviin sensoreihin ja laitteisiin. Sensorijärjestelmillä suunnistetaan, paikannetaan maali, osoitetaan maali käytettävällä asejärjestelmällä ja ohjataan asejärjestelmä haluttuun maaliin. Omasuojajärjestelmillä mahdollistetaan ilma-aseen toimiminen alueella vallitsevasta uhkasta huolimatta. Omasuojajärjestelmät koostuvat varoittimista ja aktiivisista vastatoimenpidejärjestelmistä.. Ilmasta-maahan suorituskykyyn vaikuttavat oleellisesti lavetin kyky havaita kohteita tutkalla, lämpökameralla ja TV-kameralla. Ilmasta-maahan suorituskykyyn vaikuttaa oleellisesti miltä etäisyydeltä kohde voidaan havaita ja miltä etäisyydeltä asejärjestelmä voidaan laukaista. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta Venäjän ilmavoimilla olevan suorituskyvyltään hyvällä tasolla olevia koneita. Suorituskykyisten koneiden lukumäärä on hyvin pieni. Suurin osa operatiivisessa käytössä olevista koneista ei ole suorituskyvyltään riittävällä tasolla. Modernisaatioiden myötä Venäjän ilmavoimat saavuttavat riittävän suorituskyvyn rynnäkkökoneille ja monitoimihävittäjille.

Toimialakohtaisen tietojärjestelmän käytettävyyden kehittäminen

Työssä on tutkittu toimialakohtaisen tietojärjestelmän käyttöliittymän ja käytettävyyden kehittämistä uuteen sovelluskehittimen versioon siirtymisen yhteydessä. Kirjallisuusosassa käsitellään keskeisiä asioita käyttöliittymien suunnitteluun ja käytettävyyteen kehittämiseen liittyen. Työssä esitetään mahdollisia ratkaisumalleja erinäisiin ongelmiin. Työ sisältää käyttäjäkyselyn, johon vapaaehtoiset järjestelmän käyttäjät osallistuivat. Tämän lisäksi työ sisältää analyysia tutkimuksesta saatujen tulosten perusteella. Lopputuloksena työssä ovat testauksen merkityksen korostuminen ja yhtenäisyys käyttöliittymien suunnittelussa. Myös asiakastyytyväisyyden merkitys tietojärjestelmän käytettävyydessä korostuu.