The Effects of Some Furnish and Paper Structure Related Factors on Wet Web Tensile and Relaxation Characteristics

The objective of this thesis was to identify the effects of different factors on the tension and tension relaxation of wet paper web after high-speed straining. The study was motivated by the plausible connection between wet web mechanical properties and wet web runnability on paper machines shown by previous studies. The mechanical properties of wet paper were examined using a fast tensile test rig with a strain rate of 1000%/s. Most of the tests were carried out with laboratory handsheets, but samples from a pilot paper machine were also used. The tension relaxation of paper was evaluated as the tension remaining after 0.475 s of relaxation (residual tension). The tensile and relaxation properties of wet webs were found to be strongly dependent on the quality and amount of fines. With low fines content, the tensile strength and residual tension of wet paper was mainly determined by the mechanical interactions between fibres at their contact points. As the fines strengthen the mechanical interaction in the network, the fibre properties also become important. Fibre deformations caused by the mechanical treatment of pulp were shown to reduce the mechanical properties of both dry and wet paper. However, the effect was significantly higher for wet paper. An increase of filler content from 10% to 25% greatly reduced the tensile strength of dry paper, but did not significantly impair wet web tensile strength or residual tension. Increased filler content in wet web was shown to increase the dryness of the wet web after the press section, which partly compensates for the reduction of fibrous material in the web. It is also presumable that fillers increase entanglement friction between fibres, which is beneficial for wet web strength. Different contaminants present in white water during sheet formation resulted in lowered surface tension and increased dryness after wet pressing. The addition of different contaminants reduced the tensile strength of the dry paper. The reduction of dry paper tensile strength could not be explained by the reduced surface tension, but rather on the tendency of different contaminants to interfere with the inter-fibre bonding. Additionally, wet web strength was not affected by the changes in the surface tension of white water or possible changes in the hydrophilicity of fibres caused by the addition of different contaminants. The spraying of different polymers on wet paper before wet pressing had a significant effect on both dry and wet web tensile strength, whereas wet web elastic modulus and residual tension were basically not affected. We suggest that the increase of dry and wet paper strength could be affected by the molecular level interactions between these chemicals and fibres. The most significant increases in dry and wet paper strength were achieved with a dual application of anionic and cationic polymers. Furthermore, selectively adding papermaking chemicals to different fibre fractions (as opposed to adding chemicals to the whole pulp) improved the wet web mechanical properties and the drainage of the pulp suspension.

Virtuaalitekniikoiden ja riskianalyysin käyttö kivenmurskainten tuotekehityksessä

Tässä työssä keskitytään Metso Mineralsin valmistamien tuotteiden suunnitteluympäristöön ja erityisesti sen kehittämismahdollisuuksiin uusien teknologioiden avulla. Käyttövarmuuden parantamiseksi yksi potentiaalisimmista keinoista on parantaa laitteiden huollettavuutta. Tyypillisesti huollettavuuden verifiointi tapahtuu vasta prototyyppien testauksessa työmaaolosuhteissa, jolloin havaittujen ongelmien muuttaminen on hankalaa. Siksi huollettavuuteen tulisi kiinnittää enemmän huomiota jo tuotekehitysvaiheessa. Tässä työssä selvitetään virtuaalitekniikoiden tarjoamia mahdollisuuksia em. asioiden parantamiseksi. Työn toisena osakokonaisuutena tutkitaan riskianalyysien kehittämismahdollisuuksia. Tavoitteena on kehittää toimiva menetelmä riskianalyysin suorittamiseen virtuaaliprototyyppien avulla ja testata kaupallisten riskianalyysiin tarkoitettujen sovellusten käyttöä. Lopuksi tarkastellaan vielä uusien menetelmien integrointia osaksi tuotekehitysprosessia. Tehtyjen Case-tutkimusten perusteella havaittiin, että virtuaaliympäristöjen ja -tekniikoiden avulla saavutetaan hyötyä tuotekehityksen varhaisessa vaiheessa. Kyselytutkimuksesta saadun palautteen perusteella virtuaalitekniikoiden sovelluksille annettiin asteikolla 1–5 yleisarvosanaksi keskimäärin kolme. Virtuaalitekniikoiden ja riskianalyysien yhteiskäyttöä testattiin onnistuneesti, mutta tämä vaatii vielä kehittämistä.

Rasitusten älykäs seuranta

Tässä diplomityössä käsitellään monikappalesysteeminä mallinnetun toimilaitteen tai mekaanisen systeemin kappaleissa vaikuttavien rasitusten, siirtymien ja jännitysten laskentamenetelmiä. Työhön sisällytettyjen menetelmien valinta on toteutettu 2000-luvulla virtuaalisuunnittelua käsittelevissä tiedelehdissä julkaistujen artikkelien pohjalta. Työn tarkoituksena on muodostaa kirjallisuuskatsaus uusien laskentamenetelmien ominaisuuksista ja metodiikasta, mitä voidaan tarvittaessa soveltaa virtuaalisuunnittelun tarpeisiin. Kaksi esiteltävistä menetelmistä on optimointimenetelmiä (RBDO ja ESL). Muissa menetelmissä käsitellään muun muassa venymien rekonstruointia ja hankauskitkasta komponentteihin kohdistuvia jännityksiä. Moving frame-menetelmässä sovelletaan kelluvan koordinaatiston periaatetta, yksi menetelmistä perustuu selkeästi osarakennetekniikkaan ja yhdessä kappaleiden joustokäyttäytymistä mallinnetaan muotofunktioiden avulla. Lisäksi on kolme soveltavaa esimerkkiä rasitusten seurannasta teollisuuskoneissa. Laskentamenetelmät ovat luonteeltaan ja sovelluskelpoisuudeltaan erilaisia. Optimointimenetelmät ovat parhaimmillaan rakenteiden jatkokehitystyössä, siinä missä muut menetelmät soveltuvat joko olemassa olevien rakenteiden mallintamiseen tai kokonaan uusien systeemien suunnittelutyökaluiksi. Tätä eroavuutta voidaan pitää hyvänä asiana, jotta voidaan valita parhaiten omiin tarkoituksiin soveltuva menetelmä.