Kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten äärikestävyyden ja jäykkyyden määrittäminen sekä materiaalimallin kehittäminen

Työssä on tutkittu elementtimenetelmän avulla kylmämuovattujen nelikulmaisten putkipalkkien materiaalimallin kehittämistä ja putkipalkkien X-liitosten jäykkyyden ja äärikestävyyden määrittämistä. Työn tavoitteena on tutkia kylmämuovauksen vaikutuksia putkipalkkiprofiilin materiaaliominaisuuksiin materiaalikokeiden ja elementtianalyysien avulla sekä kehittää putkipalkille anisotrooppista materiaalimallia. Työssä määritettyjä materiaalimalleja on sovellettu X-liitosten elementtimalleihin, joiden käyttäytymistä on verrattu äärikestävyyskokeiden tuloksiin. Tutkimuksen perusteella Eurocode 3:n mitoitusohjeita voidaan turvallisesti soveltaa kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten laskennassa. Työssä tehtyjen materiaalikokeiden ja elementtianalyysien perusteella materiaalin anisotrooppisuuden vaikutus liitoksen kestävyyteen on vähäistä, ja putkipalkin pituussuuntaista materiaalimallia voidaan soveltaa myös kehäsuuntaisille materiaaliominaisuuksille. Materiaalikokeiden simulointi osoittaa, että elementtimenetelmää voidaan käyttää materiaalimallin määrittämisen apuvälineenä.

Tuotekehitysprosessin organisaatiolähtöinen kehittäminen

Työn tavoitteena oli kohdeyrityksen tuotekehitysprosessin tehostaminen. Tuotekehitysprosessin tulee huomioida sekä kaikki työvaiheet ideasta tuotantoon että kaikki tuotteen tehokkaaseen lanseeraukseen vaikuttavat toiminnot. Tuotekehitysprosessin pitää tukea rinnakkaissuunnittelua, jossa tuotteen ominaisuuksia, valmistettavuutta ja markkinointia kehitetään samanaikaisesti. Työssä käytetyt teoriat perustuvat alan kirjallisuudessa ja lehtiartikkeleissa esitettyihin malleihin tuotekehitysprosessista ja rinnakkaissuunnittelusta. Kuitenkin työ on tehty nimenomaan kohdeyrityksen tarpeisiin huomioimalla kehityksessä kaikkien prosessiin osallistuvien toimintojen näkemys tarvittavista tehtävistä. Työn tuloksena kehitettiin elektronisessa muodossa yrityksen sisäisessä tietoverkossa oleva kuvaus tuotekehitysprosessin rinnakkaisesta etenemisestä ja päätöksenteosta sekä siihen liitetty vaiheittainen toimintaohjeisto kaikille kehitystyöhön osallistuville organisaatiotahoille. Uusi tuoteprosessi luo edellytykset yhtenäiseen ja tehokkaaseen uusien tuotteiden markkinoille saattamiseen. Elektroninen rakenne helpottaa prosessin käytettävyyttä ja jatkuvaa kehittämistä. Prosessin tulee kehittyä jokaisen tuotekehitysprojektin yhteydessä.

Lastulevyprosessin seulonnan ja seulontaan liittyvien koneiden kehittäminen

Valmiin lastulevyn pinnan laadulle asetetaan yhä tiukempia vaatimuksia. Pinnassa ei saisi näkyä poikkeavan suuria lastuja jotka haittaavat pinnoitusta ja maalausta. Hiotun pinnan ulkonäön ja muiden ominaisuuksien pitäisi olla samat hiontasyvyyden vaihtelusta huolimatta. Näiden vaatimusten täyttäminen edellyttää pintalastun seulonnalta erittäin suurta tarkkuutta. Lastulevytehtaiden tuotantokapasiteettien kasvaessa seuloilta edellytetään myös entistä suurempia kapasiteetteja samalla kun niiden hankinta- ja käyttökustannukset kuitenkin halutaan pitää mahdollisimman alhaisella tasolla Työssä on etsitty kokonaisedullisinta konstruktiota ja tehokkaimpia suunnittelu- ja käyttöparametrejä seulalle, joka tuottaa kapasiteetilla 4 Mg/h nimelliskooltaan alle 0,5 mm lastua. Telaseulonnan nippikapasiteettia pintalastun seulonnassa saatiin parannettua lisälaitteiden avulla ensimmäisten kokeiden arvosta 0,06 m3/(h·m) arvoon 0,19 m3/(h·m), mutta tasoseulan todettiin kuitenkin olevan kokonaisedullisin ratkaisu tähän tarkoitukseen. Tasoseulaan ideoitiin lisäksi parannuksia, joista muutamien toimintaa selvitettiin kokeellisesti.

Sinkkirikasteen suoraliuotusreaktorin kehittäminen

Hydrometallurgiseen sinkinvalmistusprosessiin kuuluu yleensä pasutus, liuotus, puhdistus ja elektrolyysi. Sinkkirikasteen suoraliuotusmenetelmässä sinkkisulfidi liuotetaan suoraan ilman pasutusta. Suoraliuotusprosessissa prosessiliuokseen lietettyä sinkkisulfidia syötetään liuotusreaktoriin, jossa on liuottimena rikkihappoa. Sinkkisulfidi reagoi ferrisulfaatin kanssa muodostaen sinkkisulfaattia ja ferrosulfaattia, ja samalla rikki hapettuu alkuainerikiksi. Ferro-ionit hapetetaan takaisin ferri-muotoon syöttämällä reaktoriin happea. Tämän työn tarkoituksena oli löytää uudentyyppinen, edullisempi reaktori sinkkirikasteen suoraliuotukseen. Suunnittelussa pyrittiin kehittämään mahdollisimman monipuolinen koereaktori, jota voidaan hyväksikäyttää useiden suoraliuotuksen ilmiöiden, esimerkiksi hapen liukenemisen, tutkimiseen. Reaktori mitoitettiin pilot-laitteiston kokoiseksi. Valmiilla koelaitteistolla tehtiin lyhyt sarja kokeita ja jo niiden perusteella pystyi havaitsemaan reaktorin toimivan hyvin. Kokeiden päätarkoituksena oli testata laitteiston toimivuutta ja soveltuvuutta sinkkirikasteen liuotukseen. Työhön kuului myös kehitetyllä reaktorilla myöhemmin suoritettavan koetoiminnan suunnittelu.

Kiinteistötekniikan materiaalitoimintojen kehittäminen

Tutkimus on tehty osana YIT Huber Oy:n logistiikan kehitystyötä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää yrityksen logistiikan nykytila sekä luoda uusia toimintamalleja parantamaan toimintaa. Näiden lisäksi tavoitteena oli selvittää toimintamuutokset, jotta uuteen malliin siirtyminen on mahdollista. Logistinen nykytila selvitettiin toimitusketjun toimintoperusteisella kustannusanalyysillä. Analyysi toteutettiin kahden tyypillisen urakointikohteen avulla. Molempien projektien osalta kustannukset kohdennettiin kolmeen toimintoryhmään; tulologistiikkaan, sisältölogistiikkaan sekä projektinhallintaan. Näiden lisäksi analyysissa huomioitiin hallinto- ja varastointikustannukset, joita ei voida kohdistaa projekteille. Analyysin tuottaman tiedon avulla muodostettiin kolme toimintamallia (yhteistyö kolmannen osapuolen, tukkureiden ja YIT Rakennus Oy:n kanssa), jotka vähentävät toimitusketjuun sitoutuneen työn määrää, parantavat materiaalitoimitusten oikea-aikaisuutta sekä joustavuutta. Toimintamallien pohjalta selvitettiin niihin liittyvät hallinnolliset ja operatiiviset muutokset, jotka luovat edellytykset uuden mallin käytölle.

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.

Kantaverkon häviöiden analysointi ja ennustemenetelmien kehittäminen

Tämän työn tarkoituksena on tutkia kantaverkon voimajohtojen virtalämpö- ja koronahäviöiden käyttäytymistä erilaisissa siirto- ja käyttötilanteissa sekä sääolosuhteissa. Tavoitteena on löytää häviöiden kanssa parhaiten korreloivat tekijät, joiden perusteella pystyttäisiin siirto- ja kulutusennusteisiin pohjautuen muodostamaan häviöiden hintasuojausta varten häviöprofiili. Analysointiosan alussa tarkastellaan virtalämpö- ja koronahäviöiden vaikutusta kokonaishäviöihin vuosi-, kuukausi- ja tuntitasolla. Virtalämpöhäviöiden käyttäytymistä tutkitaan jänniteportaittain ja pyritään löytämään ne helposti mitattavissa olevat tekijät, jotka korreloivat parhaiten häviöiden kanssa. Koronahäviöiden osalta pyritään selvittämään ne olosuhteet, jolloin koronaa todennäköisimmin esiintyy ja vastaavasti olosuhteet, jolloin koronan esiintyminen on epätodennäköistä. Työn lopussa muodostetaan analysoinnista saatujen tulosten pohjalta häviöennuste tulevan talven osalle. Ennustemallia kokeillaan myös edellisen talven osalle ja tarkastellaan mallin tuomia kustannusvaikutuksia.

DW-kannan kehittäminen myynnin ja logistiikan järjestelmässä

Viimeisten vuosien aikana eri yritysten ja organisaatioiden tietokantoihin talletetun tie-don määrä on kasvanut lähes eksponentiaalisesti. Sen seurauksena perusjärjestelmät eivät ole enää pystyneet tuottamaan halutunlaisia analysointi- ja raportointipalveluja, mistä on syntynyt tarve tietokannoille, jotka hoitavat suurimittaisen tiedon varastoinnin perusjärjestelmistä eriytettyinä. Näistä mahdollisesti lukuisista perusjärjestelmistä tieto siirretään keskitettyyn tietokantaan, eli tietovarastoon (Data Warehouse, DW). Tässä työssä on tutkittu DW-kantoja, ja niihin liittyviä siirto-, päivitys- ja analysointityökalu-ja. Erityistä huomiota on kiinnitetty niiden soveltumiseen Stora Enson Fenix-järjestelmään, ja vanhojen omatekoisten järjestelmien korvaamiseen valmisratkaisuilla.

Hakevirrasta otettavan näytteen luotettavuus ja näytteenottimen kehittäminen

Työn tavoitteena oli saada tietoa yleisesti partikkelivirtauksessa tapahtuvasta näytteenotosta ja näytteenottomenetelmistä. Työssä tutkittiin UPM-Kymmenen Kaukaan tehtaan nykyisen ostohakkeen automaattisen näytteenottimen toimintaa sekä sen ottamien näytteiden luotettavuutta kokeellisesti ja tilastollisesti. Lopuksi tutkimuksessa ideoitiin uusi näytteenottimen konstruktio. Uuden konstruktion suunnittelun lähtökohtana oli, että näytteenottimen konstruktiolla tulisi voida ottaa toistuvasti ja turvallisesti luotettavia hakenäytteitä aiheuttamatta muulle vastaanottoaseman toiminnalle häiriöitä Tutkimusta varten tehtiin eri haketoimittajien kanssa koenäytteenottoja. Hakenäytteet otettiin kolmessa eri haketoimituksen vaiheessa niiden keskinäistä vertailua varten. Hakenäytteistä määritettiin kuiva-ainepitoisuus ja laatuanalyysin tekoa varten palakokojakauma koeseulonnoilla. Palakokojakauma-analyysistä saatuja jakaumapainoprosenttiosuuksien ja niistä laskettujen laatuarvojen pohjalta tutkittiin automaattisen näytteenottimen ottaman näytteen luotettavuutta ja näytteenottimen toimintaa. Konstruointityössä noudatettiin pääpiirteittäin ohjeistoa VDI 2221. Uuden näytteenottimen suunnittelutyön tavoitteet määriteltiin tutkimuksessa tehtyjen päätelmien ja kokeiden pohjalta. Uudelle näytteenottimen konstruktiolle etsittiin toteutuskelpoisia ratkaisuja jo olemassa olevista laitteistoista ja uusista ideoista. Uudet konstruktiovaihtoehdot suunniteltiin noudattamaan näytteenottoteoriaa ja sijoituspaikan asettamia vaatimuksia.

Liikesimulaattorialustan kehittäminen virtuaaliprototyypin avulla

Työn tarkoituksena oli kehittää kuuden vapausasteen liikesimulaattorialusta virtuaaliprototyypin avulla siten, että alustan dynamiikka mallinnetaan Adams-ohjelmistolla ja ohjaus- ja säätöpiiri Matlab Simulink:llä. Tarkoituksena oli tutkia dynaamisen mallin ja säätöteknisen mallin yhdistämistä ja niiden yhteen toimimista. Tarkoituksena oli myös selvittää tulevaisuudessa rakennettavan Stewart:n alustan mekaniikan mitat ja hydraulikomponenttien koot. Työssä tutkittiin alustan käyttäytymistä halutulla liikealueella, nopeuksia joita saavutetaan ja mekaanisia rajoitteita. Työn tuloksesta on tarkoitus rakentaa fyysinen prototyyppi liittyen KONSI-projektiin, jossa kehitetään satamanosturisimulaattori nosturiohjaajan koulutuksen tueksi. Malli tullaan kytkemään Teppo Lehtisen diplomityönä tehtyyn satamanosturi kontin simulointimalliin ja koko järjestelmän on tarkoitus toimia reaaliaikaisena.

KUNNOSSAPIDON SUORITUSKYVYN SEURANTA JA KEHITTÄMINEN

Työn tavoitteena oli kehittää kunnossapitoyritykselle toiminnan tuottavuuden ja tehokkuuden mittausjärjestelmä. Ensin etsittiin teorian avulla ne sopivat suorituskykymittarit ja tekijät, joiden avulla yrityksen suorituskykyä voidaan luotettavasti ja ymmärrettävästi seurata. Apuna työnkulussa käytettiin kunnossapidon henkilökunnalle suunnattuja kirjallisia ja suullisia haastatteluja. Haastatteluiden avulla selvitettiin kunnossapidon suorituskyvyn mittauksen nykytila sekä mahdollisia kehityskohteita. Haastatteluihin ja kirjallisuuteen pohjautuen päätettiin yritykselle rakentaa suorituskykymittaristo. Mittaristoksi valittiin tuottavuus- eli tavoitematriisi, joka on toimiva työkalu mittareiden seurantaan. Se on helppokäyttöinen ja selkeä. Lisäksi matriisi antaa tulosindeksin avulla kokonaiskuvan kunnossapidon tasosta. Tavoitematriisi koostuu eri menestystekijöistä sekä näiden menestystekijöiden tunnusluvuista eli mittareista. Menestystekijöiksi valittiin: taloudellisuus, tuotantojärjestelmän tehokkuus, kustannusrakenne, kunnossapidon suunnittelu sekä häiriönkorjaus. Menestystekijöillä on jokaisella kolmesta kuuteen mittaria. Tavoitematriisin käyttö ja seuranta tapahtuu yksinkertaisen sovellusohjelman avulla. Mittariston kehittäminen on pitkä ja vaativa prosessi. Mittareita, niiden tavoitearvoja sekä menestystekijöitä tulee säännöllisin väliajoin tarkastaa, jotta kehitys on oikean suuntaista. Mittariston käyttöönotto ja käyttö edellyttävät kaikilta työntekijöiltä motivaatiota toiminnan kehitykseen sekä pitkäjänteisyyttä, sillä matriisin tarjoamat hyödyt ovat näkyvissä vasta kuukausien päästä.

Sähkölieden paistouunin energiatalouden analysointi ja parannusehdotusten kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää nykyisen sähkölieden paistouunin energiankulutuksen kriittisimmät kohteet sekä pohtia tulevaisuuden liesissä mahdollisesti käyttöön otettavia uusia, lieden energiatalouden kannalta edullisia ratkaisuja. Työn keskeisenä osana oli tutustua kotitalousliesien energiankulutuksen CENELEC:n EN 50304 standardiin, jonka perusteella uuneja tullaan tulevaisuudessa testaamaan energiamerkkiä varten. Standardin mukaisia kokeita tehtiin useilla nykytuotannossa olevilla sähköliesillä sekä lisäksi joillakin protomalleilla. Lisäksi diplomityössä määritettiin kokeellisesti uunin luukun osuus energiankulutuksesta, uunin lämpökapasiteetin pienentämisen vaikutus energiankulutukseen sekä vertailtiin eri eristemateriaaleja. Sähköliesien kilpailutilanne markkinoilla on kiristynyt vuosi vuodelta. Näin ollen pienet valmistuskustannukset ovat liesien kannattavan tuotannon edellytys. Onkin vaikea tehtävä määrittää uunin energiataloutta parantavia kehitysratkaisuja, jotka olisivat myös taloudellisesti kannattavia.

Uusien polyuretaanimateriaalien kehittäminen

Polyuretaanielastomeerit ovat jaksottaisia sekapolymeerejä, jotka muodostuvat vuoroittaisista joustavien ketjujen segmenteistä ja hyvin polaarisista kovista segmenteistä. Kemiallinen rakenne ja ominaisuudet riippuvat käytetyistä reaktiokomponenteista. Pehmeän segmentin muodostaa polyoli ja kovan segmentin muodostaa yleensä di-isosyanaatti ja ketjunjatkaja. Polyuretaanielastomeerien valmistus tapahtuu valamalla, jolloin reaktiokomponentit ovat nestemäisiä. Työssä tutkittiin kahta perusmateriaalia ja yhden lisäaineen vaikutusta niiden ominaisuuksiin. Erityisesti kiinnitettiin huomiota dynaamisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin ja verrattiin aineita keskenään. Käytettyjä karakterisointimenetelmiä olivat kontaktikulmamittaukset, DMTA-mittaukset, dynaaminen rasittaminen pyörityslaitteella, elektronimikroskopia, hydrolyysitesti, vetotesti ja kulutustesti. Tutkittujen materiaalien pääasiallinen käyttökohde on pyörä- tai telapinnoitteena. Työn aikana kehitettiin pyörityslaite, jolla voitiin tutkia pinnoitemateriaalin käyttäytymistä halutuissa rasitusolosuhteissa. Lisäaineen vaikutus dynaamisiin ominaisuuksiin oli negatiivinen tai olematon, sillä DMTA-testien perusteella lisäaine kasvatti materiaalien häviötekijää (tan d). Pyöritystestien perusteella lisäaineella ei ollut vaikutusta hystereesiin eli pinnoitemateriaalin lämpenemiseen testin aikana. Uusi tutkittu materiaali osoittautui dynaamisissa kokeissa paremmaksi kuin vanha tuotantomateriaali. Lisäaine kasvatti molempien tutkittujen aineiden pintaenergiaa kontaktikulmamittausten perusteella. Tuotantoaineen vetomurtolujuus kasvoi lisäaineen vaikutuksesta, mutta uuden aineen vetomurtolujuus pieneni. Lisäaineella oli lievä hydrolyysiltä suojaava vaikutus tutkituilla perusaineilla. Uusi tutkittu perusmateriaali sieti hydrolyysiä paremmin kuin tuotantomateriaali, koska sen valmistuksessa käytettiin polyeetteripolyolia ja tuotantomateriaalissa polyesteripolyolia.

Väsyttävästi kuormitettujen hitsattujen rakenteiden suunnittelukäytännön kehittäminen

Hitsatuilla rakenteilla väsyminen on keskeinen vauriotekijä. Väsymiskestoiän laskentaan on olemassa useita erilaisia menetelmiä, joista hot spot ﷓menetelmä on hitsattujen rakenteiden yhteydessä yhä yleistyvä ja sangen käyttökelpoinen. Hot spot menetelmässä kestoikälaskenta perustuu rakenteellisen jännityksen vaihteluun ja pieneen joukkoon kokeellisesti määrättyjä Wöhler-käyriä. Rakenteellinen jännitys voidaan määrittää joko prototyypistä mittaamalla, elementtimenetelmällä laskemalla tai parametristen kerrointen avulla. Suunnittelukäytännön kehittämisessä tutkittiin esimerkkirakenteena Rammer RC 22 leikkurimurskainta. Tarkoituksena oli mitata murskaimesta voimasuureita, joita voitaisiin käyttää kuormitustietona laskettaessa jännityksiä elementtimenetelmällä. Myöhempien laskentatulosten verifiointia varten mitattiin lisäksi muutamia hot spot ﷓jännityksiä. Työn kokeellinen puoli keskittyi voimasuuremittauksiin ja niistä saatavien tulosten saattamiseen sopusointuun vapaakappalemallien kanssa. Suoritettiin lukuisia kalibrointimittauksia ja mittausjärjestelyä kehitettiin, kunnes syyt aluksi saatujen mittaustulosten virheellisyyteen selvisivät. Leikkausvoimamittausten osalta tuloksia verifioitiin elementtimenetelmälaskelmin. Työn tuloksena saatiin luotua toimiva pohja voimasuure- ja hot spot ﷓mittauksille. Jatkossa voidaan siirtyä tekemään mittauksia todellisissa työskentelytilanteissa.

Savukaasujen mittausjärjestelmän kehittäminen jätteen rinnakkaispolttolaitoksessa

Virtain kaupungissa sijaitseva vuodesta –79 toiminut lämpövoimala on pääasiassa kotimaisia polttoaineita käyttävä kaukolämpöä tuottava voimalaitos. Jätemurskeen (REF) osuus on tällä hetkellä noin 10 % laitoksen lämmöntuotosta. REF valmistetaan paikallisesti ja sen tuotantoa on tarkoitus lisätä lähivuosina voimakkaasti. EU:n uusi todennäköisesti loppuvuodesta-2000 hyväksyttävä jätteenpolttoa koskeva direktiivi asettaa jätteen rinnakkaispolttolaitoksille tiukat päästörajat ja mittausvelvoitteet. Tämä lisää tuntuvasti kustannuksia Virtain laitoksen kaltaisissa pienissä kierrätyspolttoainetta hyödyntävissä laitoksissa. Työssä selvitettiin jätteenpolttodirektiivistä aiheutuvat savukaasujen mittaamisen kokonaiskustannukset Virroilla. Taloudellisimman mittausjärjestelmän vuo-tuisiksi kokonaiskustannuksiksi saatiin 180 000 mk jakautuen seuraavasti: Jatkuvatoimiset mittauslaitteet käyttökuluineen 90 000 mk, jaksottaiset HF, HCl ja SO2 -mittaukset 20 000 mk, raskasmetallien, dioksiinien ja furaanien määräaikainen mittaaminen 40 000 mk ja vertailumittaukset 30 000 mk.