Evaluation of Steel Bridges, Volumes I & II, TR-493, 2007

This report is divided into two volumes. This volume (Volume I) summarizes a structural health monitoring (SHM) system that was developed for the Iowa DOT to remotely and continuously monitor fatigue critical bridges (FCB) to aid in the detection of crack formation. The developed FCB SHM system enables bridge owners to remotely monitor FCB for gradual or sudden damage formation. The SHM system utilizes fiber bragg grating (FBG) fiber optic sensors (FOSs) to measure strains at critical locations. The strain-based SHM system is trained with measured performance data to identify typical bridge response when subjected to ambient traffic loads, and that knowledge is used to evaluate newly collected data. At specified intervals, the SHM system autonomously generates evaluation reports that summarize the current behavior of the bridge. The evaluation reports are collected and distributed to the bridge owner for interpretation and decision making. Volume II summarizes the development and demonstration of an autonomous, continuous SHM system that can be used to monitor typical girder bridges. The developed SHM system can be grouped into two main categories: an office component and a field component. The office component is a structural analysis software program that can be used to generate thresholds which are used for identifying isolated events. The field component includes hardware and field monitoring software which performs data processing and evaluation. The hardware system consists of sensors, data acquisition equipment, and a communication system backbone. The field monitoring software has been developed such that, once started, it will operate autonomously with minimal user interaction. In general, the SHM system features two key uses. First, the system can be integrated into an active bridge management system that tracks usage and structural changes. Second, the system helps owners to identify damage and deterioration.

Creació d’un model de simulació pels propulsors del robot submarí Girona 500 mitjançant CFD

S’arriba a un acord entre el grup de recerca GREFEMA i ViCOROB per estudiar els propulsors de palesutilitzats fins a l’actualitat en el robot submarí Girona 500, de forma que el model creatserveixi d’eina per apoder estudiar qualsevol tipus de propulsor que es vulgui fer servir.Es crearà un model de simulació amb CFD d’ANSYS per tal de poder recrear qualsevol situació ambqualsevol model de propulsor que es vulgui emprar, estalviant en costos de compra o fabricació, a mésd’evitar un muntatge experimental que pot no ser del tot fiable.A partir de geometries de propulsors de pales comercials existents es realitzarà una simulació amb elprograma de dinàmica de fluids computacional (CFD) d’ANSYS.La informació proporcionada per l’eina de simulació es compararan amb els resultats obtinguts de formaempírica a les instal•lacions del Parc Científic i Tecnològic de la Universitat de Girona i amb el model teòric.D’aquesta forma, es comprovarà la bondat de la simulació i es validarà el model numèric utilitzat

Anàlisi hidrodinàmic de vehicles submarins mitjançant eines de simulació CFD

El grup VICOROB de la UdG té una àmplia experiència en l’àmbit dels vehicles irobots submarins, amb diferents prototips degudament validats experimentalment.L’interès d’aquest grup de recerca és anar més enllà i conèixer exactament elcomportament del vehicle dins de l’aigua.El grup VICOROB disposa d’un vehicle subaquàtic, l’anomenat GIRONA 500 que haestat dissenyat com una plataformad'investigació amb capacitat per tornara configurar-se per a moltes aplicacionsdiferents, que van des dels clàssicssonar i servei d’imatges de vídeo fins atasques d'intervenció autònomesdifícilsL’objectiu és d’aquest projecte és obtenir a partir de la geometria real del vehicleGIRONA 500 els coeficients hidrodinàmics del submarí complet i de solamentl’estructura per així conèixer l’efecte hidrodinàmic del nombre de propulsors acoblats alrespectiu vehicle aquàtic

Remote Continuous Evaluation of a Bridge Constructed Using High-Performance Steel, 2006

Of the approximately 25,000 bridges in Iowa, 28% are classified as structurally deficient, functionally obsolete, or both. The state of Iowa thus follows the national trend of an aging infrastructure in dire need of repair or replacement with a relatively limited funding base. Therefore, there is a need to develop new materials with properties that may lead to longer life spans and reduced life-cycle costs. In addition, new methods for determining the condition of structures are needed to monitor the structures effectively and identify when the useful life of the structure has expired or other maintenance is needed. High-performance steel (HPS) has emerged as a material with enhanced weldability, weathering capabilities, and fracture toughness compared to conventional structural steels. In 2004, the Iowa Department of Transportation opened Iowa's first HPS girder bridge, the East 12th Street Bridge over I-235 in Des Moines, Iowa. The objective of this project was to evaluate HPS as a viable option for use in Iowa bridges with a continuous structural health monitoring (SHM) system. The scope of the project included documenting the construction of the East 12th Street Bridge and concurrently developing a remote, continuous SHM system using fiber-optic sensing technology to evaluate the structural performance of the bridge. The SHM system included bridge evaluation parameters, similar to design parameters used by bridge engineers, for evaluating the structure. Through the successful completion of this project, a baseline of bridge performance was established that can be used for continued long-term monitoring of the structure. In general, the structural performance of the HPS bridge exceeded the design parameters and is performing well. Although some problems were encountered with the SHM system, the system functions well and recommendations for improving the system have been made.

Consequences of gestational stress on GABAergic modulation of respiratory activity in developing newborn pups.

The GABAergic system modulates respiratory activity and undergoes substantial changes during early life. Because this maturation process is sensitive to stress, we tested the hypothesis that gestational stress (GS) alters development of GABAergic modulation of respiratory control in rat pups. The respiratory responses to the selective GABAA receptor agonist muscimol were compared between pups born to dams subjected to GS (bright light and predator odor; 20 min/day from G9 to G19) or maintained under standard (control) conditions. Respiratory activity was measured on 1 and 4 days old pups of both sexes using in vivo (whole body plethysmography) and in vitro (isolated brainstem-spinal cord preparation) approaches. In intact pups, muscimol injection (0.75 mg/kg; i.p.) depressed minute ventilation; this response was less in GS pups, and at P4, muscimol augmented minute ventilation in GS females. Bath application of muscimol (0.01-0.5 μM) onto brainstem preparations decreased inspiratory (C4) burst frequency and amplitude in a dose-dependent manner; the responsiveness decreased with age. However, GS had limited effects on these results. We conclude that the results obtained in vivo are consistent with our hypothesis and show that GS delays maturation of GABAergic modulation of respiratory activity. The differences in the results observed between experimental approaches (in vivo versus in vitro) indicate that the effect of prenatal stress on maturation of GABAergic modulation of respiratory control mainly affects the peripheral/metabolic components of the respiratory control system.

Contact force transitions in regrasp tasks of planar objects

This paper presents a simple and fast solution to the problem of finding the time variations of the forces that keep the object equilibrium when a finger is removed from a three contact point grasp or a finger is added to a two contact point grasp, assuming the existence of an external perturbation force (that can be the object weight itself). The procedure returns force set points for the control system of a manipulator device in a regrasping action. The approach was implemented and a numerical example is included in the paper to illustrate how it works.

Power quality improving with virtual flux-based voltage source line converter

Line converters have become an attractive AC/DC power conversion solution in industrial applications. Line converters are based on controllable semiconductor switches, typically insulated gate bipolar transistors. Compared to the traditional diode bridge-based power converters line converters have many advantageous characteristics, including bidirectional power flow, controllable de-link voltage and power factor and sinusoidal line current. This thesis considers the control of the lineconverter and its application to power quality improving. The line converter control system studied is based on the virtual flux linkage orientation and the direct torque control (DTC) principle. A new DTC-based current control scheme is introduced and analyzed. The overmodulation characteristics of the DTC converter are considered and an analytical equation for the maximum modulation index is derived. The integration of the active filtering features to the line converter isconsidered. Three different active filtering methods are implemented. A frequency-domain method, which is based on selective harmonic sequence elimination, anda time-domain method, which is effective in a wider frequency band, are used inharmonic current compensation. Also, a voltage feedback active filtering method, which mitigates harmonic sequences of the grid voltage, is implemented. The frequency-domain and the voltage feedback active filtering control systems are analyzed and controllers are designed. The designs are verified with practical measurements. The performance and the characteristics of the implemented active filtering methods are compared and the effect of the L- and the LCL-type line filteris discussed. The importance of the correct grid impedance estimate in the voltage feedback active filter control system is discussed and a new measurement-based method to obtain it is proposed. Also, a power conditioning system (PCS) application of the line converter is considered. A new method for correcting the voltage unbalance of the PCS-fed island network is proposed and experimentally validated.

Pituusleikkurin turvaväylät ja koneturvallisuus

Turvallisuuteen liittyvän ohjausjärjestelmän tehtävänä on siirtää ja käsitellä turvallisuuskriittistä tietoa. Esimerkiksi anturin (turvalaitteen) havaitessa vaaravyöhykkeelle pyrkivän ihmisen tulee ensimmäisenä tiedon välittyä ohjausjärjestelmään. Ohjausjärjestelmän on muodostettava saapuneen tiedon perusteella käsky tehonohjauselimille. Tehonohjauselimillä säädellään koneen käyttöenergian syöttöä ja sitä kautta on mahdollista pysäyttää koneen liike ennen mahdollisen vahingon sattumista. Perinteiset turvaratkaisut ovat perustuneet pakkotoimintaisiin releisiin ja kahdennuksiin. Tällämenetelmällä on toteutettu varmatoimintaisia turvaratkaisuja, joissa yksittäiset viat ovat paljastuneet. Nykyisin on kuitenkin yhä enemmän tarvetta integroida turvatoiminnot automaatiojärjestelmään ja toteuttaa turvaratkaisut hajautetuillajärjestelmillä. Hajautetut järjestelmät sisältävät osittain ohjelmoitavien järjestelmien etuja ja haittoja, mutta tuovat mukanaan myös uudenlaisia vikoja. Työn tarkoitus oli selvittää, millaisia rajoituksia koneturvallisuus asettaa paperiteollisuuden pituusleikkurien turvallisuuteen liittyville ohjausjärjestelmille, sekä selvittää turvallisuuteen liittyvien järjestelmien rakennetta ja ominaisuuksia. Tässä työssä tutkittiin AS-i, EsaLan ja ProfiSafe turvajärjestelmiä teknisten tietojen perusteella. Tutkitut järjestelmät ovat erilaisia ja soveltuvat tämän vuoksi hieman erilaisiin kohteisiin. Kaikilla näillä järjestelmillä on kuitenkin mahdollista toteuttaa pituusleikkurin turvaväyläjärjestelmässä riittävä turvallisuuden taso koneturvallisuuden näkökulmasta. Tämä edellyttää oikein tehtyä riskianalyysiä ja oikeita suunnittelumenetelmiä. Teknisten tietojen perusteella otettiin testattavaksi AS-i safety at workja EsaLan:in Compact järjestelmät, joille suoritettiin sähkömagneettiseen yhteensopivuuteen (EMC) ja toiminnallisuuteen liittyviä testejä.

Designing Digital Filters for Servo Systems

The aim of this work was to select an appropriate digital filter for a servo application and to filter the noise from the measurement devices. Low pass filter attenuates the high frequency noise beyond the specified cut-off frequency. Digital lowpass filters in both IIR and FIR responses were designed and experimentally compared to understand their characteristics from the corresponding step responses of the system. Kaiser Windowing and Equiripple methods were selected for FIR response, whereas Butterworth, Chebyshev, InverseChebyshev and Elliptic methods were designed for IIR case. Limitations in digital filter design for a servo system were analysed. Especially the dynamic influences of each designed filter on the control stabilityof the electrical servo drive were observed. The criterion for the selection ofparameters in designing digital filters for servo systems was studied. Control system dynamics was given significant importance and the use of FIR and IIR responses in different situations were compared to justify the selection of suitableresponse in each case. The software used in the filter design was MatLab/Simulink® and dSPACE's DSP application. A speed controlled Permanent Magnet Linear synchronous Motor was used in the experimental work.

Erään hienopaperikoneen paksuusprofiilin hallinta

Työn kirjallisuusosassa perehdytään paperikoneen online-mittarien toimintaan, poikkisuuntaisten profiilien säätämiseen ja kalanterointiin. Työn tavoitteena oli löytää syyt erään hienopaperikoneen heikkoon paksuusprofiiliin ja siitä aiheutuvaan suureen rullahylkymäärään. Syitä heikkoon paksuusprofiiliin on haettu kalanterin, päällystysasemien ja laatusäätöjärjestelmän toiminnoista. Työssä on tutkittu myös karheusprofiilin vaikutusta paksuusmittaukseen. Työssä löydettiin selvä yhteys paperin karheusprofiilin ja paperikoneen paksuusmittarin mittaaman paksuusprofiilin välille. Radan reuna-alueiden karheus suurentaa online-paksuusmittarin mittaustulosta. Karheusprofiili ei kuitenkaan vaikuta laboratoriomittareilla mitattuun paksuusprofiiliin. Paperikoneen onlinepaksuusmittarin mittausvirhe on kompensoitava, jotta paperin todellinen paksuusprofiili saadaan suoraksi. Työssä tehtyjen tutkimusten perusteella muodostettiin ajomalli, jolla ajettiin koeajojakso. Ajomallin päällimmäinen tarkoitus oli kompensoida paperikoneen online- paksuusmittarin mittausvirhe. Koeajo onnistui hyvin. Koeajojakson profiilivioista johtuva rullahylyn määräoli merkittävästi pienempi kuin referenssijakson profiilivioista johtuva rullahylyn määrä.

Tuotannon kehittäminen aihiotehtaassa

Työn tavoitteena oli kuvata Artowood Oy:ssä toteutettu tuotannon kehittämishanke sekä arvioida sen nykyistä tuotantoa. Lisäksi käsiteltiin yrityksen asemaa alihankintayrityksenä. Teoriaosuudessa verrattiin eri tuotannonohjausteorioita, käsiteltiin tuotannon ajoitukseen liittyviä kysymyksiä sekä paneuduttiin tuotannon kehittämiseen ja laatuun. Johtopäätöksenä, kehitetty tuotannonohjausjärjestelmä on toimiva nykyisissä olosuhteissa, mutta yrityksen kasvaessaon kiinnitettävä enemmän huomiota tuotannon ajoitusongelmien hallintaan. Lisäksi tuotannon laatua on joka tapauksessa kehitettävä. Artowood Oy on käynnistänyt toimenpiteet oman suoran viennin aloittamiseksi, sillä kotimaan markkinat ovat epävakaat kausivaihteluiden ja kiristyneen kilpailun seurauksena. Vientiprojektinonnistuminen on tärkeää, sillä kotimaassa on liian vähän sellaisia asiakkaita, joilla on tarve Artowood Oy:n tuotantoteknologian kannalta riittävän suurille valmistuserille.

Tuotannonohjauksen kehittäminen levytuotetehtaassa

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää ohutlevytuotteita valmistavan yrityksen tuotannonohjauksen nykytila ja kehitystä vaativat kohteet sekä laatia kehitysehdotuksia. Yrityksessävalmisteltiin samaan aikaan tutkimuksen aikana huomattavia tuotannonohjaukseen liittyviä kehitystoimia. Tutkimus käsitteli toiminnanohjaukseen sisältyviä aiheita, kuten tuotannonohjausta, tuotannon ohjattavuutta, varastoja ja organisaation kehittämistä. Tutkimustulokset osoittivat, että yrityksen on otettava käyttöön jatkuvan kehittämisen kulttuuri ja panostettava erityisesti suomalaiselle ohutlevyalalle tärkeisiin asioihin lukuisien

Virtuaalitodellisuuslaboratorion laiteympäristön kehittäminen - ohjaimet ja ohjelmistot

Tämä diplomityö on tehty osana HumanICT-projektia, jonka tavoitteena on kehittää uusi, virtuaalitekniikoita hyödyntävä, työkoneiden käyttäjäliityntöjen suunnittelumenetelmä. Työn tarkoituksena oli kehittää VTT:n Tuotteet ja tuotanto tutkimusyksikköön kuluvan Ihminen-kone-turvallisuus ryhmän nykyistä virtuaalitodellisuuslaboratoriota siten, että sitä voidaan käyttää työkoneiden suunnittelussa sekä monipuolisissa ergonomiatarkasteluissa. Itse ympäristön kehittäminen pitää sisällään uuden ohjainjärjestelmän suunnittelun sekä sen implementoinnin nykyisin käytössä olevaan virtuaaliympäristöön. Perinteisesti ohjaamosimulaattorit ovat olleet sovelluskohteisiin räätälöityjä, joten ne ovat kalliita ja niiden konfiguroinnin muuttaminen on vaikeaa, joskus jopa mahdotonta. Tämän työntarkoituksena oli kehittää PC-tietokoneeseen ja yleiseen käyttöjärjestelmään perustuva ohjainjärjestelmä, joka on nopeasti kytkettävissä erilaisiin virtuaaliympäristön sovelluksiin, kuten ohjaamomalleihin. Työssä tarkasteltiin myös tapoja mallintaa fysikaalisia ilmiöitä reaaliaikasovelluksissa, eli on-line simuloinnissa. Tämän tarkastelun perusteella etsittiin ja valittiin jatkokäsittelyyn ohjelmistoja, joiden reaaliaikaisen dynamiikan simulointialgoritmitolivat kaikkein kehittyneimpiä ja monipuolisia.

Sarjakytkentäisen taajuusmuuttajan ohjauksen toteutus FPGA-piireillä

Tässä diplomityössä tutustutaan sarjakytkentäisen taajuusmuuttajan rakenteeseen ja ohjaukseen. Työssä tarkastellaan myös hajautetun järjestelmän testaamista ja ohjelmointia. Työssä toteutettiin sarjakytkentäisen taajuusmuuttajan modulaattori hajautetusti FPGA-piireille. Lisäksi diplomityössä kehitettiin ja toteutettiin optinen JTAG-rajapinta hajautetun järjestelmän testaukseen ja ohjelmointiin. Laboratoriokoelaitteisto koostui yhdeksästä taajuusmuuttajan ohjauskortista, LUT Master -ohjausyksiköstä ja dSPACE-ohjausjärjestelmästä. Laboratoriomittaukset tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston Säätötekniikan laboratoriossa.

Tuotantotiedon hallinnan tietotekniset ratkaisut

Tiedonhallinta on yritykselle yhtä tärkeää kuin esimerkiksi materiaalien- tai henkilöstönhallinta. Tällä hetkellä yritykset eivät kuitenkaan vieläusein hyödynnä kaikkia tietotekniikan tarjoamia mahdollisuuksia. Useat valmistajat tekevät laitteita jotka on suunniteltu toimimaan vaativissa olosuhteissa. Myös tuotannonohjaus-ohjelmistoissa on alettu kiinnittää entistä enemmän huomiota niiden ulottumisessa tuotantotyöntekijöiden käyttöön asti. Tietoteknisten ratkaisuiden suorituskyky ei enää aseta rajoituksia tuotantotiedon hallinnan kehittämiselle. Työssä kartoitettiin valmistavan teollisuuden tuotantotiedon hallinnan tietoteknisiä ratkaisuja ja niiden tarjoamia mahdollisuuksia tiedon keräämiseen, käsittelyyn ja välittämiseen oikeaan paikkaan oikeaan aikaan.Erityistä huomiota kiinnitettiin ratkaisujen ulottuvuudesta tuotantotyöntekijöille asti. Tutkimus on osa Tuotantotiedon Hallinta-tutkimushanketta ja työn toteutuksessa huomioitiin tutkimushankkeessa mukana olevien yritysten tarpeita tuotantotiedon hallinnan apuvälineille. Tietoteknisten ratkaisuiden perustekniikka on jo kypsää ja se ei aseta rajoituksia pilottihankkeen toteutukselle. Työssä kartoitettiin myös pilottihankkeeseen soveltuvia, markkinoilla olevia tuotannonohjausohjelmistoja. Ohjelmistot vaativat kuitenkin vielä jatkokehitystä täyttääkseen kaikki hankkeen tavoitteet.