Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston soveltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti roottorin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitulosten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dynamiikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin elementtimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysjakaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan analysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saatiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

Moottoriajoneuvon suorituskyvyn mittausjärjestelmä

Työn tarkoituksena oli toteuttaa moottoriajoneuvon suorituskyvyn mittaukseen käytettävä järjestelmä. Järjestelmä koostuu sylinterin muotoisesta rullasta ja tiedonkeruujärjestelmästä. Rullaa, jonka hitausmomentti tunnetaan kiihdytetään ajoneuvon vetopyörien välityksellä ja mitatuista arvoista lasketaan teho ja vääntömomenttiarvot moottorin kierrosluvun funktiona. Tiedonkeruu tapahtuu PC-mikrotietokoneen avulla, johon on liitetty tiedonkeruukortti. PC-mikrotietokone muodostaa käyttöliittymän, jonka avulla saadut tulokset esitetään kuvaajien avulla käyttäjälle. Käyttöliittymän avulla suoritetaan myös tulosten talletus ja raportin tulostus. Teoriaosassa tarkastellaan suorituskyvyn mittaamiseen käytettyjä menetelmiä ja laitteistoja, sekä tiedonkeruujärjestelmän rakennetta ja sen valintaan vaikuttavia tekijöitä. Käytännön osassa suunnitellaan muokkainkortti, jonka avulla erilaisilta antureilta saadut signaalit voidaan sovittaa tiedonkeruukortin tuloalueelle sopiviksi. Myös käyttöliittymän toimintaa ja sen rakentamiseen käytettyjä työkaluja tarkastellaan.

Viilukuivurin suunnittelu kuivaustehon ja -laadun parantamiseksi

Työn tarkoitus tutkia viilukuivurin ilmankiertoa. Tietojen pohjalta suunnitellaan alustava 6-kerroskuivuri. Lisäksi diplomityössä tutkitaan erilaisten kuivausparametrien vaikutusta kuivaustapahtumaan. Viilunkuivauksessa on tärkeää tasainen kuivaustulos. Kuivaustapahtumaan vaikuttavat monet parametrit, joista yksi tärkeimmistä on kuivausilman nopeus suuttimissa. Kun viilukuivurin kuivausilman kierto on tasapainossa, saadaan kuivurin jokaisen kerroksen suutinnopeus yhtäläiseksi. Työ tarkastelee kuivurin kennon eri osien: puhaltimen, patterin, kanavien ja suutinlaatikoiden vaikutusta kuivausilman virtaamiin. Tietojen perusteella on tarkoitus optimoida kuivausolosuhteet kennon eri osissa. Teorian lisäksi työssä on tarkasteltu erilaisten virtausmallien avulla kuivausilman kiertoa kennossa. Eri kuivausparametrien vaikutusta on tutkittu viilun kuivumista simuloivalla ohjelmalla. Kuivurin konstruktion kuormituskestävyyttä on arvioitu FEM-malleilla. Lopputuloksena on saatu alustava malli VTS6x6200 kuivurille.

Development of Servo Hydraulics of Veneer Lathe

Diplomityö tehtiin kansainväliseen, mekaanisen puunjalostusteollisuuden koneita, tuotantojärjestelmiä ja tehtaita toimittavaan yritykseen. Diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa syitä viilusorvin teräpenkin asemoinnissa esiintyneisiin värähtelyongelmiin ja tutkia ratkaisuja niiden voittamiseksi, sekä sorvausvoimien määrittäminen. Diplomityön teoreettisessa osassa tutustuttiin viilusorvin, erityisesti sen hydraulisten servojärjestelmien rakenteeseen ja toimintaan sekä viilunsorvaukseen. Teräpenkin syötön servojärjestelmää tutkittiin teoreettisesti johtamalla suljetun piirin siirtofunktiot “asema/käsky” ja “virhe/voima” ja tulostamalla niiden taajuusvaste-kuvaajat, joista tutkittiin parametrien vaikutuksia järjestelmän toimintaan. Tulokset vahvistettiin simuloimalla. Todettiin nykyisen järjestelmän värähtelyongelmien johtuvan pääasiassa hydrauliöljyn joustosta sylinterissä. Parannuksina ehdotettiin suurempaa sylinterin halkaisijaa ja viskoosikitkakertoimen suurentamista. Diplomityön kokeellisessa osassa mitattiin viilusorvin servojärjestelmien toimilaitteissa esiintyviä voimia ja niiden perusteella laskettiin varsinaiset sorvausvoimat. Lisäksi tutkittiin teräpenkin syötön ja muiden servojärjestelmien asemointitarkkuutta sorvauksen aikana. Mittauksia varten diplomityössä suunniteltiin ja hankittiin kannettava mittausjärjestelmä.

Päällystyskoneiden runkojen värähtelyiden FE-analysoinnin kehittäminen

Työssä kehitettiin päällystyskoneen runkojen FE-analysointia erityisesti vastelaskennan kannalta, joskin myös ominaistaajuuslaskennan tarkentamiseksi esitettiin parannuksia. Työssä rajoitutaan harmonisten telaherätteiden aiheuttamien vasteiden analysointiin. . Työssä käsitellään värähtelyjen teoriaa ja tarkastellaan Abaqus-ohjelmiston (versio 5.8) laskentamenetelmiä vakiotilan värähtelyvasteen laskemiseksi. FEM-mallin rakenteeseen liittyen käsitellään perustuksien ja maaperän, konepalkin ja telaherätteiden mallintamista ja mallinnuksen laajuutta. Telaherätteitä käsitellään yksittäisen telan ja telojen samanvaiheisuuden kannalta. Samanvaiheisuutta tutkitaan työssä kehitetyllä summafunktiolla. Värähtelyjen mittaukseen FEM-mallien verifioimiseksi esitetään parannuksia. Nykyinen mallinnustapa käsitellään lyhyesti. Parannusehdotuksia kokeiltiin mallintamalla Rauma 400-päällystyskone ja vertaamalla tuloksia mitattuihin. Laskennan tulokset vastasivat vaihtelevasti mittaustuloksia, mittaustulosten puutteellisuus vaikeutti vertailua. Tulosten perusteella herätetiedon parantaminen on perusteltua ja mallin laajennus lisää todenmukaisuutta. Maaperän huomiointi vaikuttaa ennen kaikkea ominaistaajuuksiin ja muotoihin ja suora ratkaisutapa on käyttökelpoinen vasteen laskentamenetelmä otettaessa maaperä huomioon.

La radiochirurgie dans le traitement de la douleur [Radiosurgery in Pain Treatment]

Le traitement de radiochirurgie par Gamma Knife (GK) est utilisé de plus en plus souvent comme une alternative à la microchirurgie conventionnelle pour le traitement des pathologies neurochirurgicales intracrâniennes. Il s'agit d'irradier en dose unique et à haute énergie, en condition stéréotaxique et à l'aide d'une imagerie multimodale (imagerie par résonance magnétique [IRM], tomodensitométrie et éventuellement artériographie). Le GK a été inventé par le neurochirurgien suédois Lars Leksell, qui a réalisé le premier ciblage du nerf trijumeau en 1951, sur la base d'une radiographie standard. Depuis, les progrès de l'informatique et de la robotique ont permis d'améliorer la technique de radiochirurgie qui s'effectue actuellement soit par accélérateur linéaire de particules monté sur un bras robotisé (Novalis®, Cyberknife®), soit par collimation de près de 192 sources fixes (GK). La principale indication radiochirurgicale dans le traitement de la douleur est la névralgie du nerf trijumeau. Les autres indications, plus rares, sont la névralgie du nerf glossopharyngien, l'algie vasculaire de la face, ainsi qu'un traitement de la douleur d'origine cancéreuse par hypophysiolyse. Gamma Knife surgery (GKS) is widely used as an alternative to open microsurgical procedures as noninvasive treatment of many intracranial conditions. It consists of delivering a single dose of high energy in stereotactic conditions, and with the help of a multimodal imaging (e.g., magnetic resonance imaging [MRI], computer tomography, and eventually angiography). The Gamma Knife (GK) was invented by the Swedish neurosurgeon Lars Leksell who was the first to treat a trigeminal neuralgia sufferer in 1951 using an orthogonal X-ray tube. Since then, the progresses made both in the field of informatics and robotics have allowed to improve the radiosurgical technique, which is currently performed either by a linear accelerator of particles mounted on a robotized arm (Novalis®, Cyberknife®), or by collimation of 192 fixed Co-60 sources (GK). The main indication of GKS in the treatment of pain is trigeminal neuralgia. The other indications, less frequent, are: glossopharyngeal neuralgia, cluster headache, and hypophysiolyse for cancer pain.

Rullakuljettimen mallinnuksen automatisointi

Tämä diplomityö käsittelee erään rullakuljettia valmistavan yrityksen suunniteluprosessin tehostamista suunnitteluautomaatilla. Diplomityön tavoitteena oli parametrisoida asiakkaan 3D-tuotemalli ja luoda erillinen käyttöliittymä, jolla mallia voidaan määrätyissä rajoissa varioida. Diplomityön tuloksena syntyi toimiva Microsoft Excelilla toteutettu suunnitteluautomaatti, jolla voitiin varioida SolidWorksilla luotua tuotemallia. Suunnitteluautomaatti päivitti mallin lisäksi myös tuotteen valmistuspiirustukset ja komponenttien valmistukseen käytettävät työstökoneiden ohjaustiedostot. Automaatin käyttö lyhensi tuotteen variointiin kuluvaa aikaa alkuperäisestä yhdestä työviikosta kahteen tuntiin, poisti suunnitteluvirheet lähes kokonaan ja vähensi yrityksen rutiinisuunnitteluun käyttämää työaikaa.

Designing a new type of support for rotary kilns

Lime kiln is used as a part of the modern kraft pulp process in order to produce burnt lime from lime mud. This rotating kiln is supported by support rollers, which are traditionally supported by journal bearings. Since the continuous growth in the production of pulp mills requires larger lime kilns, the traditional bearing construction has become unreliable. The main problem especially involves the running-in phase of the bearings. In the present thesis, a new type of support roller was developed by using the systematic approach of machine design. Structural analysis was conducted on the critical parts of the selected structure by the finite element method. The operation of hydrodynamic bearings was examined by analytical methods. As a result of this work, a new type of support for rotating kilns was designed, which is more reliable and easier to service. A new support roller geometry is described, which pro¬vides for significant cost savings.

Trigeminal Neuralgia Secondary to Intracranial Lesions: A Prospective Series of 17 Consecutive Cases

Object: The purpose of the study was to assess the role of Gamma Knife surgery (GKS) in secondary trigeminal neuralgia (TN) caused by space-occupying lesions. Methods: From July 2010 till January 2015, 17 patients had GKS for secondary TN caused by intracranial lesions. The primary outcome was tumor control. The secondary outcomes were the alleviation of pain and the eventual secondary effects. Covariates were the age, duration of symptoms, duration till alleviation etc. Results: The mean age in this series was 63.3 years (range 39-79). The mean follow-up period was 1.85 years (range 0.5-3). Nine (52.9%) were meningiomas, five (29.4%) trigeminal schwannomas, two (11.8%) brain metastases and one (5.9%) arteriovenous malformation (AVM). Eight were located on the right side and nine on the left side. The mean duration of TN was 13.5 months (range 0.5-160). Follow-up was available for 16 patients (94.1%). Pain alleviation appeared after a mean time of 4.6 months (1-11) in 15 patients (88.2%). Five (29.4%) patients completely stopped medication in a mean time of 7 months (range 1-13) and three (17.6%) decreased it at half of the initial doses. No patient developed new hypoesthesia or other cranial nerve complication. The marginal doses for meningiomas and trigeminal schwannomas were 12 Gy (12-14), for metastasis 20 (20-20) and for AVM 24 Gy. The mean target volume was 1.84 cc (range 0.12-8.10). The mean prescription isodose volume was 2.65 cc (0.19-11.90). The mean maximal diameter was 19.9 (range 9-36). The mean number of isocenters was 14.2 (4-27). The mean duration was 76.9 minutes (range 25-172). The mean conformity, selectivity, Paddick and gradient index were: 0.99 (range 0.955-1), 0.701 (range 0.525-0.885), 0.694 (range 0.525-0.885) and 2.904 (range 2.654-3.371). At last follow-up, tumor decreased in 10 (58.8%) patients, was stable in 6 (35.3%) and increased in one (5.9%), the latest at 6 months. Conclusions: Gamma Knife surgery is safe and effective in treating intracranial lesions presenting with secondary TN. The initial pain freedom response was close to 90%, while having no secondary effect. Pain alleviation is achieved even in the absence of a volume variation of the lesions.

Stabbing simulations and DNA transfer

Technical developments have made it possible to analyze very low amounts of DNA. This has many advantages, but the drawback of this technological progress is that interpretation of the results becomes increasingly complex: the number of mixed DNA profiles increased relatively to single source DNA profiles and stochastic effects in the DNA profile, such as drop-in and drop-out, are more frequently observed. Moreover, the relevance of low template DNA material regarding the activities alleged is not as straightforward as it was a few years ago, when for example large quantities of blood were recovered. The possibility of secondary and tertiary transfer is now becoming an issue. The purpose of this research is twofold: first, to study the transfer of DNA from the handler and secondly, to observe if handlers would transfer DNA from persons closely connected to them. We chose to mimic cases where the offender would attack a person with a knife. As a first approach, we envisaged that the defense would not give an alternative explanation for the origin of the DNA. In our transfer experiments (4 donors, 16 experiments each, 64 traces), 3% of the traces were single DNA profiles. Most of the time, the DNA profile of the person handling the knife was present as the major profile: in 83% of the traces the major contributor profile corresponded to the stabber's DNA profile (in single stains and mixtures). Mixture with no clear major/minor fraction (12%) were observed. 5% of the traces were considered of insufficient quality (more than 3 contributors, presence of a few minor peaks). In that case, we considered that the stabber's DNA was absent. In our experiments, no traces allowed excluding the stabber, however it must be noted that precautions were taken to minimize background DNA as knives were cleaned before the experiments. DNA profiles of the stabber's colleagues were not observed. We hope that this study will allow for a better understanding of the transfer mechanism and of how to assess and describe results given activity level propositions. In this preliminary research, we have focused on the transfer of DNA on the hand of the person. Besides, more research is needed to assign the probability of the results given an alternative activity proposed by the defense, for instance when the source of the DNA is not contested, but that the activities are.

Physiologie et biomécanique du ski-alpinisme

Introduction: Ski mountaineering is an increasingly popular winter sport and leisure activity. Elite athletes practice this sport with a high level of professionalism, but so far little scientific evidence was available to support their approach. The main aim of this work was to develop a specific knowledge about ski mountaineering, allowing providing specific recommendations for the practice. Methods: First we investigated energy cost (EC) and vertical energy cost (ECv). These two parameters were estimated with oxygen uptake, at different gradients (7 to 33%) and different speeds (2 to 7 km·∙h-­‐1) on treadmill with roller skis and on snow with ski mountaineering gear. Then we assessed energy expenditure (EE) during a long duration ski mountaineering event by measuring heart rate and altitude all along the race and associating them with an EE. The EE was compared with the energy intake during the race. Hydration level was estimated by comparing body weight immediately before and after the race. The energy intake during the 4 days preceding the race was estimated with food diaries and compared with the guidelines. Results/discussion: EC and ECv of ski mountaineering were very high and varied with gradient and speed. ECv decreased between 7 and 33% and with increasing speed at steep gradients. For a 5 h 51 ± 53 min race, the mean EE was 22.6 ± 2.6 MJ. The energy intake covered 20 ± 7% of the EE and was about 14% lower than the recommendations. No significant dehydration was observed. For the longest (53 km) race, we can extrapolate the EE as about 40 MJ. Before the race the energy intake and especially the carbohydrate intake were far under the guidelines (83 ± 17% and 46 ± 13% of the recommendations). Conclusions: EC and EE of ski mountaineering are very high. To minimize the EE to reach the top of a mountain and optimize the performance, the skier should choose a steep gradient and combine this steep gradient with a fast speed. The CHO intake should be increased during but, also before the race while the fluid intake seemed to be adequate. -- Introduction : Le ski-­‐alpinisme est un sport d'hiver qui s'est particulièrement développé durant les dernières décennies : de plus en plus de personnes pratiquent cette activité dans un cadre de loisirs et de plus en plus d'athlètes d'élite prennent part à des compétitions qu'ils préparent avec un haut degré de professionnalisme. Cependant, les connaissances scientifiques restent limitées et les athlètes ne disposent pas de recommandations précises et spécifiques. Le but principal de ce travail est donc de développer un savoir spécifique sur le ski-­‐alpinisme, ce qui devrait permettre d'établir des recommandations pour la pratique. Méthode : Le coût énergétique (CE) et le coût énergétique vertical (CEv) du ski-­‐alpinisme ont été calculés en mesurant la consommation d'oxygène à différentes pentes (7 à 33%) et vitesses (2 à 6.8 km·∙h-­‐1) sur tapis roulant avec des skis à roulettes et sur le terrain avec des skis de randonnée. Ensuite, la dépense énergétique (DE) d'une course de ski-­‐alpinisme de longue durée a été évaluée en mesurant la fréquence cardiaque et l'altitude en continu. La DE a été comparée à l'énergie consommée par les ravitaillements. Des carnets alimentaires ont permis d'estimer la consommation d'énergie (boissons et nourriture) pendant les 4 jours précédant la course. Résultats/discussion : Le CE du ski-­‐alpinisme est très élevé. Le CEv diminue entre 2 et 6 km·∙h-­‐1 et entre 7 et 33%. Pour une course de 5 h 51 ± 53 min (26 km), la DE était de 22.6 ± 2.6 MJ, alors que, pour le grand parcours de la Patrouille des Glaciers (53 km), elle serait d'environ 40 MJ. La consommation d'énergie, pendant le parcours de 26 km, couvrait 20 ± 7% de la DE et était inférieure de 14% aux recommandations, alors qu'aucune déshydratation significative n'était constatée. Les jours précédant la course, la consommation d'énergie et surtout d'hydrates de carbone était bien inférieure aux quantités recommandées (83 ± 17% et 46 ± 13% des recommandations). Conclusion : Le CE et la DE étaient très élevés. Pour minimiser la dépense lors d'une ascension, il faut combiner pente et vitesse élevées. La consommation d'hydrates de carbone devrait être massivement augmentée avant et pendant la course, alors que l'hydratation semble adéquate.

Optimal slopes and speeds in uphill ski mountaineering: a laboratory study.

The purpose of this study was to estimate the energy cost of linear (EC) and vertical displacement (ECvert), mechanical efficiency and main stride parameters during simulated ski mountaineering at different speeds and gradients, to identify an optimal speed and gradient that maximizes performance. 12 subjects roller skied on a treadmill at three different inclines (10, 17 and 24 %) at three different speeds (approximately 70, 80 and 85 % of estimated peak heart rate). Energy expenditure was calculated by indirect calorimetry, while biomechanical parameters were measured with an inertial sensor-based system. At 10 % there was no significant change with speed in EC, ECvert and mechanical efficiency. At 17 and 24 % the fastest speed was significantly more economical. There was a significant effect of gradient on EC, ECvert and mechanical efficiency. The most economical gradient was the steepest one. There was a significant increase of stride frequency with speed. At steep gradients only, relative thrust phase duration decreased significantly, while stride length increased significantly with speed. There was a significant effect of gradient on stride length (decrease with steepness) and relative thrust phase duration (increase with steepness). A combination of a decreased relative thrust phase duration with increased stride length and frequency decreases ECvert. To minimize the energy expenditure to reach the top of a mountain and to optimize performance, ski-mountaineers should choose a steep gradient (~24 %) and, provided they possess sufficient metabolic scope, combine it with a fast speed (~6 km h(-1)).

A Threat to a virtual hand elicits motor cortex activation

We report an experiment where participants observed an attack on their virtual body as experienced in an immersive virtual reality (IVR) system. Participants sat by a table with their right hand resting upon it. In IVR, they saw a virtual table that was registered with the real one, and they had a virtual body that substituted their real body seen from a first person perspective. The virtual right hand was collocated with their real right hand. Event-related brain potentials were recorded in two conditions, one where the participant"s virtual hand was attacked with a knife and a control condition where the knife only struck the virtual table. Significantly greater P450 potentials were obtained in the attack condition confirming our expectations that participants had a strong illusion of the virtual hand being their own, which was also strongly supported by questionnaire responses. Higher levels of subjective virtual hand ownership correlated with larger P450 amplitudes. Mu-rhythm event-related desynchronization in the motor cortex and readiness potential (C3-C4) negativity were clearly observed when the virtual hand was threatened as would be expected, if the real hand was threatened and the participant tried to avoid harm. Our results support the idea that event-related potentials may provide a promising non-subjective measure of virtual embodiment. They also support previous experiments on pain observation and are placed into context of similar experiments and studies of body perception and body ownership within cognitive neuroscience.