Automated formulation of optimisation models for steel beam structures

Over 70% of the total costs of an end product are consequences of decisions that are made during the design process. A search for optimal cross-sections will often have only a marginal effect on the amount of material used if the geometry of a structure is fixed and if the cross-sectional characteristics of its elements are property designed by conventional methods. In recent years, optimalgeometry has become a central area of research in the automated design of structures. It is generally accepted that no single optimisation algorithm is suitable for all engineering design problems. An appropriate algorithm, therefore, mustbe selected individually for each optimisation situation. Modelling is the mosttime consuming phase in the optimisation of steel and metal structures. In thisresearch, the goal was to develop a method and computer program, which reduces the modelling and optimisation time for structural design. The program needed anoptimisation algorithm that is suitable for various engineering design problems. Because Finite Element modelling is commonly used in the design of steel and metal structures, the interaction between a finite element tool and optimisation tool needed a practical solution. The developed method and computer programs were tested with standard optimisation tests and practical design optimisation cases. Three generations of computer programs are developed. The programs combine anoptimisation problem modelling tool and FE-modelling program using three alternate methdos. The modelling and optimisation was demonstrated in the design of a new boom construction and steel structures of flat and ridge roofs. This thesis demonstrates that the most time consuming modelling time is significantly reduced. Modelling errors are reduced and the results are more reliable. A new selection rule for the evolution algorithm, which eliminates the need for constraint weight factors is tested with optimisation cases of the steel structures that include hundreds of constraints. It is seen that the tested algorithm can be used nearly as a black box without parameter settings and penalty factors of the constraints.

Plantar flexor neuromuscular adjustments following match-play football in hot and cool conditions.

We assessed neuromuscular fatigue and recovery of the plantar flexors after playing football with or without severe heat stress. Neuromuscular characteristics of the plantar flexors were assessed in 17 male players at baseline and ∼30 min, 24, and 48 h after two 90-min football matches in temperate (∼20 °C and 55% rH) and hot (∼43 °C and 20% rH) environments. Measurements included maximal voluntary strength, muscle activation, twitch contractile properties, and rate of torque development and soleus EMG (i.e., root mean square activity) rise from 0 to 30, -50, -100, and -200 ms during maximal isometric contractions for plantar flexors. Voluntary activation and peak twitch torque were equally reduced (-1.5% and -16.5%, respectively; P < 0.05) post-matches relative to baseline in both conditions, the latter persisting for at least 48 h, whereas strength losses (∼5%) were not significant. Absolute explosive force production declined (P < 0.05) 30 ms after contraction onset independently of condition, with no change at any other epochs. Globally, normalized rate of force development and soleus EMG activity rise values remained unchanged. In football, match-induced alterations in maximal and rapid torque production capacities of the plantar flexors are moderate and do not differ after competing in temperate and hot environments.

Progress in a-Si:H/c-Si heterojunction emitters obtained by Hot-Wire CVD at 200°C

In this work, we investigate heterojunction emitters deposited by Hot-Wire CVD on p-type crystalline silicon. The emitter structure consists of an n-doped film (20 nm) combined with a thin intrinsic hydrogenated amorphous silicon buffer layer (5 nm). The microstructure of these films has been studied by spectroscopic ellipsometry in the UV-visible range. These measurements reveal that the microstructure of the n-doped film is strongly influenced by the amorphous silicon buffer. The Quasy-Steady-State Photoconductance (QSS-PC) technique allows us to estimate implicit open-circuit voltages near 700 mV for heterojunction emitters on p-type (0.8 Ω·cm) FZ silicon wafers. Finally, 1 cm 2 heterojunction solar cells with 15.4% conversion efficiencies (total area) have been fabricated on flat p-type (14 Ω·cm) CZ silicon wafers with aluminum back-surface-field contact.

Investigation of defect formation and electronic transport in microcrystalline silicon deposited by hot-wire CVD

We have investigated doped and undoped layers of microcrystalline silicon prepared by hot-wire chemical vapour deposition optically, electrically and by means of transmission electron microscopy. Besides needle-like crystals grown perpendicular to the substrate's surface, all of the layers contained a noncrystalline phase with a volume fraction between 4% and 25%. A high oxygen content of several per cent in the porous phase was detected by electron energy loss spectrometry. Deep-level transient spectroscopy of the crystals suggests that the concentration of electrically active defects is less than 1% of the undoped background concentration of typically 10^17 cm -3. Frequency-dependent measurements of the conductance and capacitance perpendicular to the substrate surface showed that a hopping process takes place within the noncrystalline phase parallel to the conduction in the crystals. The parasitic contribution to the electrical circuit arising from the porous phase is believed to be an important loss mechanism in the output of a pin-structured photovoltaic solar cell deposited by hot-wire CVD.

Studies on grain boundaries in nanocrystalline silicon grown by Hot-Wire CVD

The use of a tantalum wire in hot-wire chemical vapour deposition (HWCVD) has allowed the deposition of dense nanocrystalline silicon at low filament temperatures (1550 °C). A transition in the crystalline preferential orientation from (2 2 0) to (1 1 1) was observed around 1700 °C. Transmission electron microscopy (TEM) images, together with secondary ion mass spectrometry (SIMS) measurements, suggested that no oxidation occurred in materials obtained at low filament temperature due to the high density of the tissue surrounding grain boundaries. A greater concentration of SiH 3 radicals formed at these temperatures seemed to be responsible for the higher density.

Mitta-anturin mittauselektroniikan kehittäminen teräksen puutislepinnoituksen ohjaukseen

Työn tarkoituksena oli kehittää mittauselektroniikka puutislepinnoitusprosessin ohjaukseen. Mittauselektroniikalla on tarkoitus mitata pikoampeeriluokan virtoja mittaanturilta, jossa virtaa kuuma, noin 250 ºC asteinen kaasu. Mitta-anturin toiminta perustuu ioniliikkuvuusspektrometriaan. Työssä tutkitaan pikoampeeriluokan virtojen mittaamista sekä mittauskytkennöissä käytetyn virta-jännitemuuntimen ominaisuuksia ja mitoittamista. Työ tarkastelee myös T-kytkennän käyttöä vahvistimen takaisinkytkennässä. Jännitekertojakytkentöjä käsitellään teoreettisesti mitta-anturin biasjännitteiden luomiseksi vähäisellä piirilevypinta-alalla. Työssä suunniteltiin mittauselektroniikan esivahvistinprototyypit sekä mitta-anturin biasjännitekytkentä. Mitta-anturin kuumien olosuhteiden vuoksi on mittauselektroniikka siirrettävä etäämmäksi mitta-anturista. Prototyyppikytkennöillä sekä laboratoriomittauksilla selvitettiin mittauselektroniikan esivahvistimien siirtämiseen liittyviä ongelmia. Biasjännitekytkennän suunnittelussa pyrittiin kytkentä toteuttamaan mahdollisimman vähällä piirilevypinta-alalla. Mittauselektroniikka todettiin laboratoriomittausten perusteella toimivaksi puutislepinnoitusprosessissa suoritettavia koemittauksia varten.

Dysménorrhée: patience, pilules ou bouillotte [Dysmenorrhea: patience, pills or hot-water bottle?].

Which treatments are used for dysmenorrhea and with what reported outcome? A questionnaire was sent to 2400 students and apprentices, following the "retrospective treatment-outcome" method. The response rate was 22%. Most frequent treatments used are ibuprofene (53%), paracetamol (51%), hormonal contraception (40%), hot-water bottle (or hot pad) (35%), food supplements or medicinal plants (23%). Physicians only discuss a tiny proportion of dysmenorrhea treatment in their consultation, because it is mostly a matter of self-treatment, with the family as the source of information in 80% of the cases. Rather surprising because not mentioned in most official guidelines, hot-water bottle (or hot pad) appears as the treatment followed by the best reported outcome (satisfactory in 92% of users).

Tandem-GMA Welding of Low Alloy Structural Steel

The Tandem-GMAW method is the latest development as the consequences of improvements in the welding methods. The twin-wire and then the Tandem-method with the separate power sources has got a remarkable place in the welding of many types of materials with different joint types. The biggest advantage of Tandem welding method is the flexibility of choosing both the electrodes of different types from each other according to the type of the parent material. This is possible because of the feasibility of setting the separate welding parameters for both the wires. In this thesis work the effect of the variation in three parameters on the weld bead in Tandem-GMA welding method is studied. Theses three parameters are the wire feed rate in the slave wire, the wire feed rate in the master wire and the voltage difference in both the wires. The results are then compared to study the behaviour of the weld bead with the change in these parameters.

Hot wire configuration for depositing device grade nano-crystalline silicon at high deposition rate

The University of Barcelona is developing a pilot-scale hot wire chemical vapor deposition (HW-CVD) set up for the deposition of nano-crystalline silicon (nc-Si:H) on 10 cm × 10 cm glass substrate at high deposition rate. The system manages 12 thin wires of 0.15-0.2 mm diameter in a very dense configuration. This permits depositing very uniform films, with inhomogeneities lower than 2.5%, at high deposition rate (1.5-3 nm/s), and maintaining the substrate temperature relatively low (250 °C). The wire configuration design, based on radicals' diffusion simulation, is exposed and the predicted homogeneity is validated with optical transmission scanning measurements of the deposited samples. Different deposition series were carried out by varying the substrate temperature, the silane to hydrogen dilution and the deposition pressure. By means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), the evolution in time of the nc-Si:H vibrational modes was monitored. Particular importance has been given to the study of the material stability against post-deposition oxidation.

Progress in single junction microcrystalline silicon solar cells deposited by Hot-Wire CVD

Hot-Wire Chemical Vapor Deposition has led to microcrystalline silicon solar cell efficiencies similar to those obtained with Plasma Enhanced CVD. The light-induced degradation behavior of microcrystalline silicon solar cells critically depends on the properties of their active layer. In the regime close to the transition to amorphous growth (around 60% of amorphous volume fraction), cells incorporating an intrinsic layer with slightly higher crystalline fraction and [220] preferential orientation are stable after more than 7000 h of AM1.5 light soaking. On the contrary, solar cells whose intrinsic layer has a slightly lower crystalline fraction and random or [111] preferential orientation exhibit clear light-induced degradation effects. A revision of the efficiencies of Hot-Wire deposited microcrystalline silicon solar cells is presented and the potential efficiency of this technology is also evaluated.

Immersioultraäänitutkimuksen kehittäminen

Teräksenvalmistajilta edellytetään jatkuvasti panostusta laadun ja laadunvarmistuksen kehittämiseen. Teräksen laatu ja puhtaus korostuvat varsinkin silloin, kun terästä käytetään vaativiin käyttökohteisiin, kuten autoteollisuuden tarpeisiin. Ultraäänitarkastusmenetelmää käytetään laadun-varmistuksessa teräksen sisävikojen etsimiseen. Ultraäänitarkastuksessa lähetetään suuritaajuuksista ääntä kappaleeseen. Ääni etenee materiaalissa ja heijastuu erilaisista epäjatkuvuuskohdista. Luotaimeen palaavaa ääntä analysoimalla saadaan tietoa teräksestä ja sen sisävioista. Ultraäänitarkastuksen ongelmana on vian tyypin määrittäminen hankaluus sekä herkkyys tutkittavan materiaalin aineominaisuuksille. Työn tavoitteena oli immersioultraäänitarkastuksen kehittäminen sovellettuna teräksenvalmistajan tarpeisiin. Materiaalin aineominaisuuksista tutkittiin seostuksen vaikutusta. Teräslajit tarkastettiin valssitilaisena, karkaistuna ja normalisoituna. Lisäksi tutkittiin kappaleen pinnankarheuden ja -muodon vaikutusta tarkastukseen. Vikatyyppien tunnistamisen mahdollisuuksia ultra-äänitarkastuksessa selvitettiin käyttäen FFT- taajuusanalyysiä. Erilailla lämpökäsitellyillä teräslajeilla näytti eniten tuloksiin vaikuttavan terästen raekoko. Valssitilaisilla teräksillä raekoko on suuri, jolloin ultraääni vaimenee voimakkaasti teräksessä. Huomattavaa kuitenkin oli, että mikäli lämpö-käsittelyillä ei teräksen raekokoa saada juuri pienennettyä, ei myöskään vaimeneminen vähene. Tämän vuoksi lämpökäsittely ei välttämättä ole aina tarpeellinen valmisteltaessa ultraääninäytteitä. Fourier’n taajuusanalyysissä huomattiin olevan eroavaisuuksia verrattaessa huokosista ja sulkeumista palaavien kaikujen taajuusspektrejä. Näiden tulosten perusteella näyttäisi olevan mahdollista käyttää FFT- menetelmää ultraääni-tarkastuksessa vikojen luokitteluun.

Assessing intellectual capital in a research institute environment in steel industry

Diplomityön tavoitteena oli tutkia aineettoman pääoman hallintaa terästeollisuuden tutkimuslaitosympäristössä, sekä luoda mittaristo kuvaamaan sen tilaa ja kehitystä. Työn rajausten mukaan aineeton pääoma jaettiin Annie Brookingin jaottelun mukaan, ja tarkasteluun valittiin teollisoikeudet sekä henkilöstövoimavarat. Empiirinen osa työstä perustui pääasiassa haastatteluihin sekä Case –yrityksen sisäisiin julkaisuihin. Näitä pyrittiin tulkitsemaan kvalitatiivisten tutkimusmenetelmien oppien mukaan. Tutkimustulosten perusteella voidaan todeta teollisoikeuksien hyödyntämisen olevan suhteellisen vähäistä terästeollisuuden parissa. Syitä tähän on työssä käsitelty melko laajasti. Henkilöstön kehittäminen pitkällä tähtäimellä sekä tiedonkulun tehostaminen henkilöstön keskuudessa ovat puolestaan asioita, joihin kiinnitetään kyseisellä teollisuudenalalla kiitettävässä määrin huomiota. Työn loppupuolella esitelty aineettoman pääoman mittaristo tarjoaa yritykselle työkalun, jonka avulla voidaan monipuolisesti arvioida tätä yrityksille nykyisin elintärkeää asiaa. Lopullista ratkaisumallia se ei aineettoman pääoman mittaamiseen tarjoa, mutta luo kuitenkin tärkeän ensiaskeleen kohti tulevaisuuden yhä kehittyneempiä mittausmenetelmiä.

Optoelectronic studies in nanocrystalline silicon Schottky diodes obtained by Hot-Wire Chemical Vapour Deposition

The very usual columnar growth of nanocrystalline silicon leads to electronic transport anisotropies. Whereas electrical measurements with coplanar electrodes only provide information about the electronic transport parallel to the substrate, it is the transverse transport which determines the collection efficiency in thin film solar cells. Hence, Schottky diodes on transparent electrodes were obtained by hot-wire CVD in order to perform external quantum efficiency and surface photovoltage studies in sandwich configuration. These measurements allowed to calculate a transverse collection length, which must correlate with the photovoltaic performance of thin film solar cells. Furthermore, the density of charge trapped at localized states in the bandgap was estimated from the voltage dependence of the depletion capacitance of these rectifying contacts.

Roolit, vuorovaikutus ja päätöksenteko johtoryhmätyöskentelyssä, case Imatra Steel Imatran terästehdas

Tutkimus on luonteeltaan laadullinen ja sen tavoitteena on tarkastella johtoryhmätyöskentelyä ja päätöksentekoa roolien ja vuorovaikutuksen kautta. Roolit perustuvat havainnointitutkimukselle Imatra Steelin Imatran terästehtaan johtoryhmässä. Tutkimuksessa on lisäksi hyödynnetty teemahaastatteluja ja yrityksen dokumentteja, ja näin ollen aineistotriangulaatiota. Tutkimuksen painotus on empiirisellä osalla. Tutkimuksen avulla todetaan, että johtoryhmätyöskentely kohdeyrityksessä on perinteitä noudattelevaa ja keskittynyt informaation jakamiseen sekä toiminnan koordinointiin. Strateginen päätöksenteko ja dynaaminen johtoryhmätyöskentely ovat vähemmän painottuneita. Päätökset johtoryhmän kokouksissa syntyvät keskustelujen tuloksena puheenjohtajan tehdessä lopullisen ratkaisun.

Amorphous silicon thin film solar cells deposited entirely by Hot-Wire Chemical Vapour Deposition at low temperature (<150 ºC)

Amorphous silicon n-i-p solar cells have been fabricated entirely by Hot-Wire Chemical Vapour Deposition (HW-CVD) at low process temperature < 150 °C. A textured-Ag/ZnO back reflector deposited on Corning 1737F by rf magnetron sputtering was used as the substrate. Doped layers with very good conductivity and a very less defective intrinsic a-Si:H layer were used for the cell fabrication. A double n-layer (μc-Si:H/a-Si:H) and μc-Si:H p-layer were used for the cell. In this paper, we report the characterization of these layers and the integration of these layers in a solar cell fabricated at low temperature. An initial efficiency of 4.62% has been achieved for the n-i-p cell deposited at temperatures below 150 °C over glass/Ag/ZnO textured back reflector.