Komposiittivaipan moderni optimisuunnittelu ja toteutus

Tavoitteena tällä tutkimuksella on soveltaa modernin optimisuunnittelun keinoja komposiittimuovisen nestesäiliön lieriömäisen vaipparakenteen suunnittelemiseksi optimaalisen tyydyttäviksi valmistustekniikan ja kustannusten kannalta. Kuormituksia on kahdenlaisia. Säiliön sisällä on neste, joka tuottaa hydrostaattisen painekuorman ja järjestelmään kytketty puhallin tuottaa ulkoisen ylipaineen. Säiliöt ovat pystysäiliöitä ja ne tukeutuvat alustaan suoran pohjalaatan avulla. FEM- malleissa kuoren alaosat ovat jäykästi kiinnitettyjä ja yläosissa säteensuuntaiset siirtymät ovat estettyjä. Materiaaleiksi kuoreen on valittu kahdella eri menetelmällä lujitetut komposiittimateriaalit. Kantavan kerroksen toimintona on kantaa kuormat. Sulkukerros toimii korroosiosuojana ja sen lujuus on kantavaa kerrosta pienempi. Keinoina käytetään ensin innovatiivista suunnittelua optimaalisten lähtövaihtoehtojen ideoimiseksi ja valitsemiseksi jatkokehittelyä varten. Tavoitteena on asiakkaan tyytyväisyyden maksimointi huomioiden tuotteen kustannukset ja kesto. Yhtenä suunnittelun keinona on käytetty kuoriteoriaa ja komposiittien materiaalimalleja. Kestoehtoina on sovellettu komposiiteille soveltuvia kriteerejä. Toisena keinona käytetään FEM-laskentaa. Elementtityypiksi on valittu kaksiulotteinen kuorielementti, jossa on ortotrooppisen ainemallin mukaiset materiaaliominaisuudet. Jännitystuloksien merkittävyys keston kannalta selvitettiin Tsai-Hillin kriteerillä. Tuloksina saatiin ensin innovoitua rakenteelle kaksi päävaihtoehtoa, joita alettiin optimoida. Valitussa ratkaisussa on huomioitu kokonaisuus ja eri yksityiskohdat, kuten paino, jäykisteet kustannustehokkuus, valmistusnopeus, laatu, hävikit, päästöt, lujuus ja kilpailukykyinen myyntihinta. Yhteenvetona voidaan todeta, että käytetyt keinot ovat hyvin tehokkaita ja niillä voidaan suunnitella ja toteuttaa komposiittirakenteita, jotka tyydyttävät optimaalisesti loppukäyttäjän teknis- taloudelliset vaatimukset. Lisäksi tulokset osoittavat, että standardin ja FEM-laskennan ennustukset ovat lähellä toisiaan sylinterimäisillä kuoriosilla, mutta standardit suosittavat suurempia mittoja itse jäykisteille.

Observation of VHE γ-rays from Cassiopeia A with the MAGIC telescope

Aims:We searched for very high energy (VHE) γ-ray emission from the supernova remnant Cassiopeia A Methods: The shell-type supernova remnant Cassiopeia A was observed with the 17 m MAGIC telescope between July 2006 and January 2007 for a total time of 47 h. Results: The source was detected above an energy of 250 GeV with a significance of 5.2σ and a photon flux above 1 TeV of (7.3 ± 0.7_stat ± 2.2_sys) × 10-13 cm-2s-1. The photon spectrum is compatible with a power law dN/dE ∝ E-Γ with a photon index Γ = 2.3 ± 0.2_stat ± 0.2_sys. The source is point-like within the angular resolution of the telescope.

Absoluuttisten solmukoordinaattien menetelmä kuorimaisten kappaleiden mallinnuksessa

Työn tavoitteena oli kehittää nopeasti konvergoiva kuorielementti epälineaarisesti joustavien kappaleiden analysointiin. Kuorielementti perustuu absoluuttisten solmukoordinaattien menetelmään ja se hyödyntää kaarevuuden kuvausta elastisten voimien määrityksessä. Kehitettyä elementtiä verrattiin kontinuumimekaniikalla kehitettyyn kuorielementtiin ja kaupallisen elementtimenetelmän kuorielementtiin. Yksinkertaisimman kuormitustapauksen tuloksia verrattiin teknisen taivutusteorian mukaiseen analyyttiseen ratkaisuun. Staattisten testien tulokset tässä työssä kehitetyllä kuorielementillä vastasivat hyvin kaupallisella elementtimenetelmällä saatuja tuloksia. Deformaatioiden ollessa geometrisesti lineaarisella alueella, kehitetyllä kuorielementillä saadut tulokset vastasivat paremmin sekä analyyttistä ratkaisua että kaupallisella elementtimenetelmällä saatuja tuloksia kuin aiemman kontinuumimekaniikkaan perustuvan kuorielementin tulokset. Kehitetyn kuorielementin ongelmana verrattuna kontinuumimekaniikkaan perustuvaan elementtiin on monimutkaisempi kinematiikan kuvaus. Tästä on seurauksena laskenta-ajan huomattava kasvaminen. Jatkossa kannattaisi keskittyä numeeristen ratkaisumenetelmien kehittämiseen.

Microscopic-macroscopic approach for binding energies with the Wigner-Kirkwood method. II. Deformed nuclei

The binding energies of deformed even-even nuclei have been analyzed within the framework of a recently proposed microscopic-macroscopic model. We have used the semiclassical Wigner-Kirkwood ̄h expansion up to fourth order, instead of the usual Strutinsky averaging scheme, to compute the shell corrections in a deformed Woods-Saxon potential including the spin-orbit contribution. For a large set of 561 even-even nuclei with Z 8 and N 8, we find an rms deviation from the experiment of 610 keV in binding energies, comparable to the one found for the same set of nuclei using the finite range droplet model of Moller and Nix (656 keV). As applications of our model, we explore its predictive power near the proton and neutron drip lines as well as in the superheavy mass region. Next, we systematically explore the fourth-order Wigner-Kirkwood corrections to the smooth part of the energy. It is found that the ratio of the fourth-order to the second-order corrections behaves in a very regular manner as a function of the asymmetry parameter I=(N−Z)/A. This allows us to absorb the fourth-order corrections into the second-order contributions to the binding energy, which enables us us to simplify and speed up the calculation of deformed nuclei.

Thomas-Fermi theory for atomic nuclei revisited

The recently developed semiclassical variational Wigner-Kirkwood (VWK) approach is applied to finite nuclei using external potentials and self-consistent mean fields derived from Skyrme inter-actions and from relativistic mean field theory. VWK consist s of the Thomas-Fermi part plus a pure, perturbative h 2 correction. In external potentials, VWK passes through the average of the quantal values of the accumulated level density and total en energy as a function of the Fermi energy. However, there is a problem of overbinding when the energy per particle is displayed as a function of the particle number. The situation is analyzed comparing spherical and deformed harmonic oscillator potentials. In the self-consistent case, we show for Skyrme forces that VWK binding energies are very close to those obtained from extended Thomas-Fermi functionals of h 4 order, pointing to the rapid convergence of the VWK theory. This satisfying result, however, does not cure the overbinding problem, i.e., the semiclassical energies show more binding than they should. This feature is more pronounced in the case of Skyrme forces than with the relativistic mean field approach. However, even in the latter case the shell correction energy for e.g.208 Pb turns out to be only ∼ −6 MeV what is about a factor two or three off the generally accepted value. As an adhoc remedy, increasing the kinetic energy by 2.5%, leads to shell correction energies well acceptable throughout the periodic table. The general importance of the present studies for other finite Fermi systems, self-bound or in external potentials, is pointed out.

Wavelet Analysis in Turbulence

The objective of this thesis is to study wavelets and their role in turbulence applications. Under scrutiny in the thesis is the intermittency in turbulence models. Wavelets are used as a mathematical tool to study the intermittent activities that turbulence models produce. The first section generally introduces wavelets and wavelet transforms as a mathematical tool. Moreover, the basic properties of turbulence are discussed and classical methods for modeling turbulent flows are explained. Wavelets are implemented to model the turbulence as well as to analyze turbulent signals. The model studied here is the GOY (Gledzer 1973, Ohkitani & Yamada 1989) shell model of turbulence, which is a popular model for explaining intermittency based on the cascade of kinetic energy. The goal is to introduce better quantification method for intermittency obtained in a shell model. Wavelets are localized in both space (time) and scale, therefore, they are suitable candidates for the study of singular bursts, that interrupt the calm periods of an energy flow through various scales. The study concerns two questions, namely the frequency of the occurrence as well as the intensity of the singular bursts at various Reynolds numbers. The results gave an insight that singularities become more local as Reynolds number increases. The singularities become more local also when the shell number is increased at certain Reynolds number. The study revealed that the singular bursts are more frequent at Re ~ 107 than other cases with lower Re. The intermittency of bursts for the cases with Re ~ 106 and Re ~ 105 was similar, but for the case with Re ~ 104 bursts occured after long waiting time in a different fashion so that it could not be scaled with higher Re.

Sähköisen liiketoiminnan vaikutukset suurten energiayhtiöiden myyntitoimintaan

Työn tavoitteena oli selvittää tutkimukseen valittujen energiayhtiöiden TXU Europen, Centrican, RWE:n, Vattenfallin, Royal Dutch/Shellin ja Statoilin sähköisen liiketoiminnan tavoitteita ja tarkoitusta. Ensin käytiin läpi sähköisen liiketoiminnan käsitteitä ja Internetin merkitystä. Seuraavaksi selvitettiin energiamarkkinoilla tapahtuneita muutoksia, joiden puitteissa sähköinen liiketoiminta energiamarkkinoilla tulisi ymmärtää. Lopuksi energiayhtiöiden sähköiset palvelut analysoitiin perusteellisesti tutkimuksessa rakennettua viitekehystä apuna käyttämällä. Tutkimus perustuu täysin julkiseen informaatioon.Tällä hetkellä koko energianmyyntiprosessin suorittaminen alusta loppuun on energiayhtiöiden verkkosivuilla mahdollista. Sivut ovat kehittyneet pelkistä kotisivuista tarjous-, sopimus- ja laskutusprosessitoiminnot sisältäviksi sähköisiksi kauppapaikoiksi. Palveluita on myös vähitellen alettu integroimaan yritysten operatiivisiin järjestelmiin ja räätälöityjen palveluiden kehitys korostuu tulevaisuudessa. Asiakkaan itsepalvelumahdollisuudet lisääntyvät. Lisäarvoa tuovia palveluita kehitetään asiakassuhdetta vähitellen uusilla tuotteilla vahvistaen, laajaan energiayhtiöpohjaan perustuen tai viemällä useita uusia energiaan liittyviä tuotteita ja myös uusia energiatuotteita kerralla markkinoille. Yhteistyön merkitys tuotepakettien kehittämisessä korostuu.

Kipsin kiteytymiseen vaikuttavat tekijät ammoniumsulfaattikiteyttämön lämmönvaihtimissa

Työssä pyrittiin selvittämään syitä kipsin saostumiseen ammoniumsulfaattikiteyttämön putkilämmönvaihtimien pinnalle ja miten epätoivottua saostumista voitaisiin estää. Lämmönvaihtimissa virtaa ammoniumsulfaattia, jossa on epäpuhtautena kalsiumia, joka saostuu pinnoille kalsiumsulfaattina. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin kiteytymisen mekanismia ja kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä. Saostumien estoaineita ja niiden vaikutusta kipsin kiteytymiseen sekä kipsin liukoisuutta ammoniumsulfaattiliuoksessa käsiteltiin myös kirjallisuusosassa. Kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä selvitettiin laboratoriokokeilla, joissa pyrittiin simuloimaan lämmönvaihdinta lämpövastuksella. Laboratoriokokeissa kokeiltiin erilaisia saostuman estoaineita ja pyrittiin löytämään prosessiin mahdollisimman tehokas kipsin kiteytymisen estoaine. Lämmönvaihtimien toiminnan tehokkuutta eli muodostuneen saostuman vaikutusta lämmönsiirtymiseen tutkittiin veden luovuttaman lämpövirran avulla. Lämmönvaihtimien tukkeutumista selvitettiin putkien vaihdon tarpeen perusteella. Kalsiumpitoisuuden vaihteluja prosessivirroissa selvitettiin kalsiumtaseen avulla. Saostumiseen vaikuttavien tekijöiden lisäksi selvitettiin mistä ja kuinka paljon kalsiumia kulkeutuu prosessiin ja poistuu sieltä. Työn tarkoituksena oli löytää ratkaisu, jolla epätoivottua saostumista lämmönvaihdin-ten pinnoille pystyttäisiin vähentämään joko kemiallisesti tai muuttamalla prosessi-muuttujia. Kalsiumia havaittiin olevan eniten pelkistämön sisäisissä ammoniumsul-faattiliuoskierroissa. Kalsiumtaseen perusteella kalsiumia poistuu pelkistämöltä eniten kipsinä ammoniumsulfaattituotteen mukana. Laboratoriokokeissa havaittiin polykar-boksylaattien estävän kipsin kasvua parhaiten, joskin estoaineen oikealla annostuksel-la havaittiin olevan suuri vaikutus. Lämmönvaihtimien saostuman havaittiin olevan kipsin ja glauberiitin seos. Vaippapuolen luovuttamien lämpövirran arvojen perusteel-la pystyttiin seuraamaan putkien tukkeutumista.

Microscopic-macroscopic approach for binding energies with the Wigner-Kirkwood method

The semiclassical Wigner-Kirkwood ̄h expansion method is used to calculate shell corrections for spherical and deformed nuclei. The expansion is carried out up to fourth order in ̄h. A systematic study of Wigner-Kirkwood averaged energies is presented as a function of the deformation degrees of freedom. The shell corrections, along with the pairing energies obtained by using the Lipkin-Nogami scheme, are used in the microscopic-macroscopic approach to calculate binding energies. The macroscopic part is obtained from a liquid drop formula with six adjustable parameters. Considering a set of 367 spherical nuclei, the liquid drop parameters are adjusted to reproduce the experimental binding energies, which yields a root mean square (rms) deviation of 630 keV. It is shown that the proposed approach is indeed promising for the prediction of nuclear masses.

Ultrastructure of vitellogenesis and vitellocytes in the trypanorhynch cestode Aporhynchus menezesi, a parasite of the velvet belly lanternshark Etmopterus spinax

This is the first TEM examination of vitellogenesis in the cestode Aporhynchus menezesi, a parasite of the velvet belly lanternshark Etmopterus spinax and a member of a little-studied trypanorhynch family, the Aporhynchidae. The synthetic activity of vitellocytes plays two important functions in the developmental biology of cestodes: (1) their shell-globules serve in eggshell formation; and (2) their accumulated reserves of glycogen and lipids represent a food source for the developing embryo. In A. menezesi, vitelline follicles consist of cells at various stages of development, from peripheral, immature cells of the gonial type to mature cells towards the centre of the follicle. These stages are: (I) immature; (II) early differentiation; (III) advanced maturation; and (IV) mature. Gradual changes involved in this process occur within each stage. Vitellogenesis involves: (1) an increase in cell volume; (2) the development of a smooth endoplasmic reticulum and an accelerated formation and accumulation of both unsaturated and saturated lipid droplets, along with their continuous enlargement and fusion; (3) the formation of individual β-glycogen particles and their accumulation in the form of glycogen islands scattered among lipid droplets in the cytoplasm of maturing and mature vitellocytes; (4) the rapid accumulation of large, moderately saturated lipid droplets accompanied by dense accumulations of β-glycogen along with proteinaceous shell-globules or shell-globule clusters in the peripheral layer during the advanced stage of maturation; (5) the development of cisternae of granular endoplasmic reticulum that produce dense, proteinaceous shell-globules; (6) the development of Golgi complexes engaged in the packaging of this material; and (7) the progressive and continuous enlargement of shell-globules into very large clusters in the peripheral layer during the advanced stage of maturation. Vitellogenesis in A. menezesi, only to some extent, resembles that previously described for four other trypanorhynchs. It differs in: (i) the reversed order of secretory activities in the differentiating vitellocytes, namely the accumulation of large lipid droplets accompanied by glycogenesis or β-glycogen formation during early differentiation (stage II), i.e. before the secretory activity, which is predominantly protein synthesis for shell-globule formation (stage III); (ii) the very heavy accumulation of large lipid droplets during the final stage of cytodifferentiation (stage IV); and (iii) the small number of β-glycogen particles present in mature vitellocytes. Ultracytochemical staining with PA-TCH-SP for glycogen proved positive for a small number of β-glycogen particles in differentiating and mature vitellocytes. Hypotheses, concerning the interrelationships of patterns of vitellogenesis, possible modes of egg formation, embryonic development and life-cycles, are commented upon.

Ultrastructure of vitellogenesis and vitellocytes in the trypanorhynch cestode Aporhynchus menezesi, a parasite of the velvet belly lanternshark Etmopterus spinax

This is the first TEM examination of vitellogenesis in the cestode Aporhynchus menezesi, a parasite of the velvet belly lanternshark Etmopterus spinax and a member of a little-studied trypanorhynch family, the Aporhynchidae. The synthetic activity of vitellocytes plays two important functions in the developmental biology of cestodes: (1) their shell-globules serve in eggshell formation; and (2) their accumulated reserves of glycogen and lipids represent a food source for the developing embryo. In A. menezesi, vitelline follicles consist of cells at various stages of development, from peripheral, immature cells of the gonial type to mature cells towards the centre of the follicle. These stages are: (I) immature; (II) early differentiation; (III) advanced maturation; and (IV) mature. Gradual changes involved in this process occur within each stage. Vitellogenesis involves: (1) an increase in cell volume; (2) the development of a smooth endoplasmic reticulum and an accelerated formation and accumulation of both unsaturated and saturated lipid droplets, along with their continuous enlargement and fusion; (3) the formation of individual β-glycogen particles and their accumulation in the form of glycogen islands scattered among lipid droplets in the cytoplasm of maturing and mature vitellocytes; (4) the rapid accumulation of large, moderately saturated lipid droplets accompanied by dense accumulations of β-glycogen along with proteinaceous shell-globules or shell-globule clusters in the peripheral layer during the advanced stage of maturation; (5) the development of cisternae of granular endoplasmic reticulum that produce dense, proteinaceous shell-globules; (6) the development of Golgi complexes engaged in the packaging of this material; and (7) the progressive and continuous enlargement of shell-globules into very large clusters in the peripheral layer during the advanced stage of maturation. Vitellogenesis in A. menezesi, only to some extent, resembles that previously described for four other trypanorhynchs. It differs in: (i) the reversed order of secretory activities in the differentiating vitellocytes, namely the accumulation of large lipid droplets accompanied by glycogenesis or β-glycogen formation during early differentiation (stage II), i.e. before the secretory activity, which is predominantly protein synthesis for shell-globule formation (stage III); (ii) the very heavy accumulation of large lipid droplets during the final stage of cytodifferentiation (stage IV); and (iii) the small number of β-glycogen particles present in mature vitellocytes. Ultracytochemical staining with PA-TCH-SP for glycogen proved positive for a small number of β-glycogen particles in differentiating and mature vitellocytes. Hypotheses, concerning the interrelationships of patterns of vitellogenesis, possible modes of egg formation, embryonic development and life-cycles, are commented upon.

Titaanisen valkaisutornin korjaussuunnitelma

Tämän työn tarkoituksena on poistaa toistuvasti esiintyneet vauriot titaanisessa valkaisutornissa Kuusankosken paperitehtailla. Vauriot esiintyivät melko pian käyttöönoton jälkeen ja niitä esiintyi toistuvasti jokaisen korjauksen jälkeen. Jatkuvatoimisen prosessin vuoksi käyttökatkokset eivät olleet suotavia. Aikataulu suunnittelulle ja korjaukselle oli erittäin tiukka, jolloin kenttämittauksia ei ollut mahdollista tehdä laskelmien tueksi. Tämän vuoksi tähän työtön parhaiten soveltuvaksi menetelmäksi valittiin FEA. Alkuperäisessä rakenteessa pääsäiliöön oli hitsattu pintatasku, jota käytettiin välisäiliönä varastoimaan suuri määrä vaarallista nestettä. Tämä aiheutti valkaisutornin vaipalle murtumia ja vuotoja sekä suuronnettomuuden riskin koko valkaisutornille. Kuormitustietojen puutteesta johtuen kuormitukset mallinnettiin virtuaalisesti FE-menetelmällä ja analyyttisin keinoin. Kuormitusten suuruudet arvioitiin konservatiivisesti. Tämän työn tärkein oivallus oli määritellä uudelleen pintataskun toiminto siten, että sitä ei enää käytetty nesteen välivarastona, vaan ohjaimena nesteelle. Tämä innovatiivinen ongelmankorjauskonsepti on havaittu onnistuneeksi, koska vaurioita ei ole enää esiintynyt viimeisimmän korjauksen jälkeen.

Disseny de les llantes en material compòsit de les rodes davanteres i roda posterior del vehicle de baix consum "Àguila"

Durant els últims dos anys un grup d’estudiants de l’Escola Politècnica Superior de laUniversitat de Girona han construït i evolucionat un prototip per competir en la Shell EcoMarathon, una cursa de caràcter internacional que es celebra cada any a Nogaro (França) ia on l’objectiu primordial és aconseguir el mínim consum. Equips de diferents països delmón recorren amb els seus prototips la mateixa distància i el guanyador és qui en finalitzarhagi fet servir menys quantitat de combustible. La intenció de l’equip és continuar competint en aquest cursa durant els propers anys, peraquest motiu cada any es plantegen noves modificacions a realitzar per tal d’aconseguir unprototip més competitiu. Una de les modificacions consisteix en substituir les actuals llantesd’alumini equipades en el vehicle per unes llantes lenticulars fabricades en fibra de carboni.Aquestes llantes en material compòsit representen una millora en prestacions respecte lesllantes convencionals en reduir la inèrcia.Escollir la fibra de carboni com el material a emprar no ha estat a l’atzar. Els avantatges quecomporta la fibra de carboni en referència als rati rigidesa/pes i resistència/pes sónindiscutibles. La resistència a la fatiga d’aquest tipus de material és més elevada que la del’alumini, material utilitzat en les actuals llantes, a més, la voluntat d’entendre millor elcomportament i els processos de fabricació d’aquest material per part dels membres del’equip posicionen a la fibra de carboni com el material més idoni.La solució final adoptada pel disseny de les llantes consta per la unió adhesiva de duespeces iguals fabricades en fibra de carboni. La facilitat de poder fabricar dos “plats” simètricsresulta el punt fort d’aquest disseny, el qual, amb un únic motllo s’arriben a construir latotalitat de les llantes

On evaluating the accuracy and biological plausibility of diffusion MRI tractograms

In diffusion MRI, traditional tractography algorithms do not recover truly quantitative tractograms and the structural connectivity has to be estimated indirectly by counting the number of fiber tracts or averaging scalar maps along them. Recently, global and efficient methods have emerged to estimate more quantitative tractograms by combining tractography with local models for the diffusion signal, like the Convex Optimization Modeling for Microstructure Informed Tractography (COMMIT) framework. In this abstract, we show the importance of using both (i) proper multi-compartment diffusion models and (ii) adequate multi-shell acquisitions, in order to evaluate the accuracy and the biological plausibility of the tractograms.

Age-Related Tooth Wear Differs between Forest and Savanna Primates

Tooth wear in primates is caused by aging and ecological factors. However, comparative data that would allow us to delineate the contribution of each of these factors are lacking. Here, we contrast age-dependent molar tooth wear by scoring percent of dentine exposure (PDE) in two wild African primate populations from Gabonese forest and Kenyan savanna habitats. We found that forest-dwelling mandrills exhibited significantly higher PDE with age than savanna yellow baboons. Mandrills mainly feed on large tough food items, such as hard-shell fruits, and inhabit an ecosystem with a high presence of mineral quartz. By contrast, baboons consume large amounts of exogenous grit that adheres to underground storage organs but the proportion of quartz in the soils where baboons live is low. Our results support the hypothesis that not only age but also physical food properties and soil composition, particularly quartz richness, are factors that significantly impact tooth wear. We further propose that the accelerated dental wear in mandrills resulting in flatter molars with old age may represent an adaptation to process hard food items present in their environment.