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.

Energiantuotanto kuivalla puupolttoaineella

Diplomityössä esitetään taustatietona puupolttoaineen ominaisuuksien vaikutusta energiantuotantolaitoksen mitoitukseen ja käyttöön. Työssä esitellään ensimmäisessä vaiheessa tehty laskentamalli, jolla on tehty 20 MW laitoksen mitoitus kolmelle eri polttoaineen kosteudelle. Mitoitustulosten perusteella määritellään jokaiselle laitokselle energiantuotantohinta, joita vertaillaan. Vertailun avulla saadaan tieto siitä, onko uusi laitos syytä mitoittaa kuivatulle puupolttoaineelle investointisäästöjen vuoksi. Työssä tarkastellaan myös risutukkien ominaisuuksia, hyödyntämismahdollisuuksia sekä niiden varastokuivatuksen taloudellisuutta.

Yhtenäistetyn mallinnuskielen hyödyntäminen betoniaseman ohjausjärjestelmän kehityksessä

Yhtenäistetty mallinnuskieli, Unified Modeling Language (UML), on saavuttanut ohjelmistoteollisuudessa defacto standardin mallinnuskielen aseman. UML:n pääasiallinen käyttökohde on ollut ohjelmistojärjestelmien mallinnus, mutta sitä on sovellettu myös muillakin ongelma-alueilla, kuten erilaisten prosessien mallinnuksessa. Tässä diplomityössä mallinnetaan eräs betoniaseman ohjausjärjestelmä käyttäen UML:ää. Työssä perehdytään alan kirjallisuuden avulla siihen, miten teollisuus on hyödyntänyt UML:ää prosessien ohjausjärjestelmien mallinnuksessa. Kirjallisuudesta saatua tietoa sovelletaan betoniaseman ohjausjärjestelmän mallinnuksessa. Luotua mallia analysoidaan sen oikeellisuuden ja käytettävyyden perusteella. Työssä havaittiin, että UML soveltuu hyvin betoniaseman ohjausjärjestelmän kaltaisen teollisuusprosessin ohjauksen mallinnukseen. UML-mallilla voidaan kuvata järjestelmän rakenne ja toiminta kattavasti. Luotua mallia voidaan hyödyntää suoraan ohjausjärjestelmän jatkokehityksessä. Julkista tutkimustietoa aiheesta on kuitenkin niukasti saatavilla, joten lisätarve julkiselle tutkimukselle on olemassa.

Sinkkirikasteen liuotusprosessin kineettinen mallinnus

Työssä on tehty kineettinen simulointimalli sinkkirikasteen liuotusprosessista. Prosessi on pieni osa Kokkolan sinkinvalmistusprosessia, jonka muita osia ovat: pasutus, neutraaliliuotus, konversio, liuospuhdistus ja elektrolyysi. Rikasteen liuotukseen tulee konversioprosessin liuos ja liuotuksesta lähtevä neste menee takaisin neutraaliliuotukseen. Saostunut jarosiitti läjitetään. Kokkolan liuotusprosessi koostuu liettoreaktorista ja kahdesta neljän liuotusreaktorin sarjasta. Liuotukseen syötetään paluuhappoa liettoreaktoriin ja liuotuspiirien ensimmäisiin liuotusreaktoreihin. Happea syötetään kaikkiin liuotusreaktoreihin. Prosessin mallintamiseen käytettiin Aspen Plus-simulointiohjelmaa, johon pystyttiin syöttämään kineettisiä yhtälöitä. Reaktionopeusyhtälöitä käytettiin raudan hapetuksen, sulfidien liuotuksen ja jarosiitiin saostumisen mallintamiseen, eli kaikkiin liuotusreaktoreissa tapahtuviin reaktioihin. Kineettiset yhtälöt etsittiin kirjallisuudesta. Liettoreaktori puolestaan mallinnettiin syöttämällä ohjelmaan reaktioyhtälöt ja antamalla niille etenemisasteet. Jarosiitin liukenemisesta työssä on tehty laboratoriokokeita, koska aiheesta ei kirjallisuudesta löytynyt kineettistä tietoa. Liuotuskokeissa käytetyn kiintoaineen kuitenkin todettiin sisältävän liikaa götiittiä, että tuloksista olisi voitu laskea kinetiikkaa jarosiitin liukenemiselle. Simulointimallilla laskettiin yksi tapaus vertailukohdaksi, johon malliin tehtyjä muutoksia verrattiin. Mallilla tutkittiin konversiosta tulevan jarosiitin määrän vaikutusta, reaktorikoon merkitystä ja rikasteen liuotuksen sekä jarosiitin saostuksen reaktionopeuksien muutoksen vaikutuksia. Käytetyillä kineettisillä yhtälöillä reaktioiden todettiin tarvitsevan vain ¾ käytetystä reaktiotilavuudesta, rikasteen liuotusnopeuden kohtalaisen pienellä hidastamisen todettiin vähentävän sinkin saantoa ja jarosiitin saostuksen reaktionopeuden kasvulla todettiin myös olevan negatiivinen vaikutus sinkin saantoon. Simulointimallissa käytettyjen reaktionopeusyhtälöiden varmentaminen kokeilla todettiin tarpeelliseksi, sillä jo kohtalaisen pienillä muutoksilla havaittiin olevan merkitystä prosessin toimivuuteen. Lisäksi todettiin jarosiitin liukenemisen huomioimisen olevan tarpeen.

Tiimien ja virtuaalitiimien johtaminen

Tutkimus etsii vastauksia siihen, kuinka henkilöitä pitäisi johtaa tiimeissä ja virtuaalitiimeissä. Tarkastelunäkökulmana on kahdeksan henkilöjohtamisen haastetta. Teoriaosassa esitellään tärkeimmät haasteet ja kerätään johtamiskirjallisuudesta tutkimustietoa erityisesti virtuaalitiimien johtamiseen. Empiriaosa liittyy WM-data Novossa kesäkuussa 2004 tehtyyn tiimikyselyyn. Siinä pääasiassa avoimin kysymyksin selvitettiin vastaajilta heidän mielipiteitään johtamisesta, tiimityöskentelystä, yhteishengestä ja motiiveista. Tutkimus osoittaa, että virtuaalitiimit ovat tehokkaita oikeissa olosuhteissa. Toisaalta virtuaalitiimeissä on vaikeaa luoda suhteita ja hallita sellaisia henkilöresursseja, jotka ovat vastuussa muistakin töistä virtuaalitiimin ohessa. Tutkimustuloksena syntyy malli haasteiden voittamisesta. Siihen on koottu käytännön toimenpiteitä, joilla johtamista voi mainituissa haastealueissa parantaa.

Estimating 750 years of temperature variations and uncertainties in the Pyrenees by tree-ring reconstructions and climate simulations.

Past temperature variations are usually inferred from proxy data or estimated using general circulation models. Comparisons between climate estimations derived from proxy records and from model simulations help to better understand mechanisms driving climate variations, and also offer the possibility to identify deficiencies in both approaches. This paper presents regional temperature reconstructions based on tree-ring maximum density series in the Pyrenees, and compares them with the output of global simulations for this region and with regional climate model simulations conducted for the target region. An ensemble of 24 reconstructions of May-to-September regional mean temperature was derived from 22 maximum density tree-ring site chronologies distributed over the larger Pyrenees area. Four different tree-ring series standardization procedures were applied, combining two detrending methods: 300-yr spline and the regional curve standardization (RCS). Additionally, different methodological variants for the regional chronology were generated by using three different aggregation methods. Calibration verification trials were performed in split periods and using two methods: regression and a simple variance matching. The resulting set of temperature reconstructions was compared with climate simulations performed with global (ECHO-G) and regional (MM5) climate models. The 24 variants of May-to-September temperature reconstructions reveal a generally coherent pattern of inter-annual to multi-centennial temperature variations in the Pyrenees region for the last 750 yr. However, some reconstructions display a marked positive trend for the entire length of the reconstruction, pointing out that the application of the RCS method to a suboptimal set of samples may lead to unreliable results. Climate model simulations agree with the tree-ring based reconstructions at multi-decadal time scales, suggesting solar variability and volcanism as the main factors controlling preindustrial mean temperature variations in the Pyrenees. Nevertheless, the comparison also highlights differences with the reconstructions, mainly in the amplitude of past temperature variations and in the 20th century trends. Neither proxy-based reconstructions nor model simulations are able to perfectly track the temperature variations of the instrumental record, suggesting that both approximations still need further improvements.

Ilmastonmuutoksen vaikutus energialiiketoimintaan

Tässä kandidaatin työssä tarkasteltiin ilmastonmuutoksen vaikutuksia energialiiketoimintaan Suomessa. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia on tutkittu RCAO- ilmastomallilla, missä luotiin ilmaston muuttumisen skenaariot eri ilmastotekijöille ajanjaksolle 2016- 2045. Mallin avulla saadut tulokset ovat suuntaa antavia ja niihin on suhtauduttava kriittisesti. Ilmastonmuutoksen myötä on odotettavissa, että vikojen määrä tulee lisääntymään. Suomessa suuri osa keskijänniteverkosta on rakennettu metsien läpi ja ne ovat erittäin vika-alttiita. Tuulisuuden lisääntyminen, ukkosmäärien kasvu ja tykkylumi lisäävät tulevaisuudessa metsien keskelle rakennettujen verkkojen vikoja ellei niitä kehitetä vikavarmemmiksi. Verkkojen siirtäminen teiden varsiin ja kaapelointiasteen lisääminen ovat varmasti oikeita ratkaisuja tulevaisuuden kannalta. Verkkoyhtiöille ilmastonmuutos aiheuttaa luultavasti enemmän haittoja kuin hyötyjä. Vikojen lisääntyminen ja kunnossapidon kasvu aiheuttavat kuluja ja heikentävät energialiiketoiminnan kannattavuutta. Verkon luotettavuuden parantaminen näkyy investointikustannusten kasvuna. Sadannan lisääntyminen ja routaantumisen vähentyminen pehmentää maata ja heikentää kunnossapitoon käytettävien koneiden liikkumista maastossa.

Anatomical UV Exposure in French Outdoor Workers.

BACKGROUND: Solar ultraviolet has been recognized as the main causative factor for skin cancer and is currently classified as a carcinogenic agent by International Agency for Research on Cancer. METHOD: Results from a previous phone survey conducted in 2012 in France were used to assess exposure conditions to sun among outdoor workers. Satellite data were used in combination with an exposure model to assess anatomical exposure. RESULT: The yearly median exposure of the outdoor worker population is 77  kJ/m2 to 116  kJ/m2. Road workers, building workers, and gardeners are the more exposed. About 70% of the yearly dose estimate is due to the cumulative summer and spring exposures. CONCLUSIONS: This study highlights the role of individual factors in anatomical exposure and ranks the most exposed body parts and outdoor occupations. Prevention messages should put emphasis on spring exposure, which is an important contributor to the yearly dose.

Generative models of the human connectome.

The human connectome represents a network map of the brain's wiring diagram and the pattern into which its connections are organized is thought to play an important role in cognitive function. The generative rules that shape the topology of the human connectome remain incompletely understood. Earlier work in model organisms has suggested that wiring rules based on geometric relationships (distance) can account for many but likely not all topological features. Here we systematically explore a family of generative models of the human connectome that yield synthetic networks designed according to different wiring rules combining geometric and a broad range of topological factors. We find that a combination of geometric constraints with a homophilic attachment mechanism can create synthetic networks that closely match many topological characteristics of individual human connectomes, including features that were not included in the optimization of the generative model itself. We use these models to investigate a lifespan dataset and show that, with age, the model parameters undergo progressive changes, suggesting a rebalancing of the generative factors underlying the connectome across the lifespan.

Lineaarisen hammashihnaservokäytön tilasäätö

Tuotantotehokkuus näyttelee yhä suurempaa roolia teollisuudessa, minkä vuoksi myös pakkauslinjas­toille joudutaan asettamaan suuria vaatimuksia. Usein leik­kaus- ja kappaleensiirtosovelluksissa käyte­tään lineaarisia ruuvikäyttöjä, jotka voitaisiin tietyin edellytyksin korvata halvemmilla ja osittain suori­tuskykyisimmillä hammashihnavetoisilla johteilla. Yleensä paikkasäädetty työsolu muodostuu kahden tai kolmen eri koordinaatisto­akselin suuntaan asen­netuista johteista. Tällaisen työsolun paikoitustarkkuuteen vaikuttavat muun muassa käytetty säätöra­kenne, moottorisäätöketjun viiveet, sekä laitteiston eri epälineaarisuudet, kuten kitka. Tässä työssä esitetään lineaarisen hammashihnaservokäytön dynaamista käytöstä kuvaava matemaatti­nen malli ja laaditaan mallin pohjalta laitteen simulointimalli. Mallin toimivuus varmistetaan käytän­nön identifiointitesteillä. Lisäksi työssä tut­kitaan, kuinka hyvään suorituskykyyn lineaarinen hammas­hihnaservokäyttö kyke­nee, jos teollisuudessa paikoitussäätörakenteena tyypillisesti käytetty kaskadira­kenne tai PID-rakenne korvataan kehittyneemmällä mallipohjaisella tilasäädinra­kenteella. Säädön toi­mintaa arvioidaan simulointien ja koelaitteistolla suoritetta­vien mittaus­ten perusteella.

Fat oxidation over a range of exercise intensities: fitness versus fatness.

Maximal fat oxidation (MFO), as well as the exercise intensity at which it occurs (Fatmax), have been reported as lower in sedentary overweight individuals but have not been studied in trained overweight individuals. The aim of this study was to compare Fatmax and MFO in lean and overweight recreationally trained males matched for cardiorespiratory fitness (CRF) and to study the relationships between these variables, anthropometric characteristics, and CRF. Twelve recreationally trained overweight (high fatness (HiFat) group, 30.0% ± 5.3% body fat) and 12 lean males (low fatness (LoFat), 17.2% ± 5.7% body fat) matched for CRF (maximal oxygen consumption (V̇O2max) 39.0 ± 5.5 vs. 41.4 ± 7.6 mL·kg(-1)·min(-1), p = 0.31) and age (p = 0.93) performed a graded exercise test on a cycle ergometer. V̇O2max and fat and carbohydrate oxidation rates were determined using indirect calorimetry; Fatmax and MFO were determined with a mathematical model (SIN); and % body fat was assessed by air displacement plethysmography. MFO (0.38 ± 0.19 vs. 0.42 ± 0.16 g·min(-1), p = 0.58), Fatmax (46.7% ± 8.6% vs. 45.4% ± 7.2% V̇O2max, p = 0.71), and fat oxidation rates over a wide range of exercise intensities were not significantly different (p > 0.05) between HiFat and LoFat groups. In the overall cohort (n = 24), MFO and Fatmax were correlated with V̇O2max (r = 0.46, p = 0.02; r = 0.61, p = 0.002) but not with % body fat or body mass index (p > 0.05). Fat oxidation during exercise was similar in recreationally trained overweight and lean males matched for CRF. Consistently, substrate oxidation rates during exercise were not related to adiposity (% body fat) but were related to CRF. The benefits of high CRF independent of body weight and % body fat should be further highlighted in the management of obesity.

On Variational Ensemble Kalman Filtering

The Extended Kalman Filter (EKF) and four dimensional assimilation variational method (4D-VAR) are both advanced data assimilation methods. The EKF is impractical in large scale problems and 4D-VAR needs much effort in building the adjoint model. In this work we have formulated a data assimilation method that will tackle the above difficulties. The method will be later called the Variational Ensemble Kalman Filter (VEnKF). The method has been tested with the Lorenz95 model. Data has been simulated from the solution of the Lorenz95 equation with normally distributed noise. Two experiments have been conducted, first with full observations and the other one with partial observations. In each experiment we assimilate data with three-hour and six-hour time windows. Different ensemble sizes have been tested to examine the method. There is no strong difference between the results shown by the two time windows in either experiment. Experiment I gave similar results for all ensemble sizes tested while in experiment II, higher ensembles produce better results. In experiment I, a small ensemble size was enough to produce nice results while in experiment II the size had to be larger. Computational speed is not as good as we would want. The use of the Limited memory BFGS method instead of the current BFGS method might improve this. The method has proven succesful. Even if, it is unable to match the quality of analyses of EKF, it attains significant skill in forecasts ensuing from the analysis it has produced. It has two advantages over EKF; VEnKF does not require an adjoint model and it can be easily parallelized.

Syväjohtaminen kokonaisvaltaisen oppimisen tukena Peikko Finland Oy:ssä

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on ymmärtää yritystä oppivana organisaationa ja selvittää onko Syväjohtamisen valmennusmalli ja työkalu Peik-ko Finland Oy:lle organisaation ja yksilön oppimista tukevaa. Tutkimus on laadullinen tutkimus, jossa tutkimusaineiston muodostavat Peikko Finland Oy:n johdon ja esimiestehtävissä olevien henkilöiden teemahaastattelut. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että Syväjohtamisen valmen-nusmalli on yrityksen ja yksilön oppimisen kannalta toimiva työkalu, joka ulkoisen valmennuksen jälkeen tulisi ylläpitää sisäisellä toimintamallilla. Oleellista on ulkoisen valmennuksen jatkamisen yhteydessä lisätä etukäteisinfon osuutta ennen valmennuksen alkamista. Peikko Finland Oy:ssä organisaation ja yksilön oma oppiminen edellyttää yritykseltä oppimista tukevien työkalujen ja yrityksen sisäisen toimintamallin toteuttamista, jonka avulla mahdollisestaan koko organisaation oppiminen ja yhteisten tavoitteiden ymmärtäminen.

O modelo AM1 na previsão de frequências vibracionais

We analyse vibrational frequencies of 168 compounds with the AM1 model concerning its experimentally observed gaseous frequencies. Stretching of CH, NH, OH and CO bonds, its related bending frequencies, and the CC frame movements are the studied vibrations. The results show problems with the AM1 vibrational splittings. Often symmetric stretching frequencies, like in CH3, CH2 and NH3, appear switched with the corresponding antisymmetrical ones. Among the studied vibrations many stretchings are overestimated, while bendings oscillate around experimental values. Fluorine stretchings, NN, OO, CH, double and triples CC bonds and cyclic hydrocarbon breathing modes are always overestimated while torsions, umbrella modes and OH/SH stretching are, in average, underestimated. Graphical analysis show that compounds with the lowest molecular masses are the ones with the largest difference to the experimental values. From our results it is not possible to fit confortably the calculated frequencies by a simple linear relationship of the type, n(obs)=a*n(AM1). Better aggreement is obtained when different curves are adjusted for the stretching and bending modes, and when a complete linear function is used. Among our studies the best obtained statistical results are for CH, NH and OH. The conclusions obtained in this work will improve the AM1 calculated frequencies leading to accurate results for these properties.

Sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen vaikuttavat tekijät ja sinkkirikasteen suoraliuotuksen mallintaminen

Työn kirjallisuusosassa selvitettiin eri tekijöiden (lämpötila, paine, mineralogia, partikkelikoko, sekoitus, kiintoainepitoisuus, liuoksen happo-, rauta- ja happipitoisuus) vaikutusta sinkkirikasteen suoraliuotusprosessin tärkeimpiin ilmiöihin (diffuusio, aineensiirto, reaktiokinetiikka). Kirjallisuusosassa kartoitettiin myös tämän hetkistä tietämystä niistä tekijöistä, jotka ovat oleellisia, kun sinkkirikasteen suoraliuotusprosessia mallinnetaan. Näitä tekijöitä ovat: sinkkirikasteiden liuotuksen kemia, sinkkirikasteiden liuotuksen kinetiikka ja mekanismit, kaasuneste aineensiirto ja kiinteäneste aineensiirto. Lisäksi selvitettiin millä tavoin aikaisemmissa tutkimuksissa sinkkirikasteiden suoraliuotusta on mallinnettu. Mallinnusosassa käsiteltiin atmosfääristä sinkkirikasteen suoraliuotusta, jossa hapettimena toimi ferri(III)rauta. Mallintamisessa käytettiin kirjallisuudessa esitettyjä mittaustuloksia ja mallintaminen tehtiin Modest tietokoneohjelmistolla. Työssä tehty atmosfäärisen suoraliuotuksen mallintaminen labo-ratoriomittakaavassa (laimeat liuokset ja pienet kiintoainepitoisuudet) antoi lupaavia tuloksia. Ongelmia mallin ennustuksen kanssa esiintyi pienissä happopitoisuuksissa, alhaisissa lämpötiloissa sekä pienillä ja suurilla partikkeleilla. Työn kirjallisuusosassa tunnistettiin ne ongelmakohdat, jotka vaativat lisätutkimuksia, jotta sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle pystytään kehittämään simulointimalli. Näitä ovat: 1. Hapen liukoisuus ja aineensiirto teollisuuden käyttämissä sinkkirikastelietteissä, 2. Sopivien mittaustulosten puuttuminen, jotta atmosfääristä suoraliuotusta, jossa O2 ja Fe3+ toimivat hapettimena voitaisiin mallintaa, 3. Kiinteäneste aineensiirron merkitys sinkkirikasteen suoraliuotuksessa. Mallinnusosassa osoitettiin, että mekanistisella mallintamisella voidaan simuloida sinkkirikasteen atmosfääristä suoraliuotusta ainakin laboratoriomittakaavassa. Työn perusteella voidaan todeta, että sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle voidaan työssä ehdotettujen jatkotutkimusten avulla kehittää numeerinen mekanistinen malli, jolla atmosfääristä sinkkirikasteiden suoraliuotusprosessia voidaan simuloida eri olosuhteissa.