Synapses on motoneuron dendrites in the brachial section of the frog spinal cord: a computer-aided electron microscopic study of cobalt-filled cells.

Cobalt-labelled motoneuron dendrites of the frog spinal cord at the level of the second spinal nerve were photographed in the electron microscope from long series of ultrathin sections. Three-dimensional computer reconstructions of 120 dendrite segments were analysed. The samples were taken from two locations: proximal to cell body and distal, as defined in a transverse plane of the spinal cord. The dendrites showed highly irregular outlines with many 1-2 microns-long 'thorns' (on average 8.5 thorns per 100 microns 2 of dendritic area). Taken together, the reconstructed dendrite segments from the proximal sites had a total length of about 250 microns; those from the distal locations, 180 microns. On all segments together there were 699 synapses. Nine percent of the synapses were on thorns, and many more close to their base on the dendritic shaft. The synapses were classified in four groups. One third of the synapses were asymmetric with spherical vesicles; one half were symmetric with spherical vesicles; and one tenth were symmetric with flattened vesicles. A fourth, small class of asymmetric synapses had dense-core vesicles. The area of the active zones was large for the asymmetric synapses (median value 0.20 microns 2), and small for the symmetric ones (median value 0.10 microns 2), and the difference was significant. On average, the areas of the active zones of the synapses on thin dendrites were larger than those of synapses on large calibre dendrites. About every 4 microns 2 of dendritic area received one contact. There was a significant difference between the areas of the active zones of the synapses at the two locations. Moreover, the number per unit dendritic length was correlated with dendrite calibre. On average, the active zones covered more than 4% of the dendritic area; this value for thin dendrites was about twice as large as that of large calibre dendrites. We suggest that the larger active zones and the larger synaptic coverage of the thin dendrites compensate for the longer electrotonic distance of these synapses from the soma.

Development of Preliminary Load and Resistance Factor Design of Drilled Shafts in Iowa, RB03-012, 2014

The Federal Highway Administration (FHWA) mandated utilizing the Load and Resistance Factor Design (LRFD) approach for all new bridges initiated in the United States after October 1, 2007. To achieve part of this goal, a database for Drilled Shaft Foundation Testing (DSHAFT) was developed and reported on by Garder, Ng, Sritharan, and Roling in 2012. DSHAFT is aimed at assimilating high-quality drilled shaft test data from Iowa and the surrounding regions. DSHAFT is currently housed on a project website (http://srg.cce.iastate.edu/dshaft) and contains data for 41 drilled shaft tests. The objective of this research was to utilize the DSHAFT database and develop a regional LRFD procedure for drilled shafts in Iowa with preliminary resistance factors using a probability-based reliability theory. This was done by examining current design and construction practices used by the Iowa Department of Transportation (DOT) as well as recommendations given in the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) LRFD Bridge Design Specifications and the FHWA drilled shaft guidelines. Various analytical methods were used to estimate side resistance and end bearing of drilled shafts in clay, sand, intermediate geomaterial (IGM), and rock. Since most of the load test results obtained from O-cell do not pass the 1-in. top displacement criterion used by the Iowa DOT and the 5% of shaft diameter for top displacement criterion recommended by AASHTO, three improved procedures are proposed to generate and extend equivalent top load-displacement curves that enable the quantification of measured resistances corresponding to the displacement criteria. Using the estimated and measured resistances, regional resistance factors were calibrated following the AASHTO LRFD framework and adjusted to resolve any anomalies observed among the factors. To illustrate the potential and successful use of drilled shafts in Iowa, the design procedures of drilled shaft foundations were demonstrated and the advantages of drilled shafts over driven piles were addressed in two case studies.

Laboratory Investigation of Grouted Coupler Connection Details for ABC Bridge Projects, RB07-013, 2015

With an ever increasing desire to utilize accelerated bridge construction (ABC) techniques, it is becoming critical that bridge designers and contractors have confidence in typical details. The Keg Creek Bridge on US 6 in Iowa was a recent ABC example that utilized connection details that had been utilized elsewhere. The connection details used between the drilled shaft and pier column and between the pier column and the pier cap were details needing evaluation. These connection details utilized grouted couplers that have been tested by others with mixed results—some indicating quality performance and others indicating questionable performance. There was a need to test these couplers to gain an understanding of their performance in likely Iowa details and to understand how their performance might be impacted by different construction processes. The objective of the work was to perform laboratory testing and evaluation of the grouted coupler connection details utilized on precast concrete elements for the Keg Creek Bridge. The Bridge Engineering Center (BEC), with the assistance of the Iowa Department of Transportation (DOT) Office of Bridges and Structures, developed specimens representative of the Keg Creek Bridge connections for testing under static and fatigue loads in the structures laboratory. The specimens were also evaluated for their ability to resist the intrusion of water and chlorides. Evaluation of their performance was made through comparisons with design assumptions and previous research, as well as the physical performance of the coupled connections.

Performance Characteristics of an Axial-Flux Solid-Rotor-Core Induction Motor

The integration of electric motors and industrial appliances such as pumps, fans, and compressors is rapidly increasing. For instance, the integration of an electric motor and a centrifugal pump provides cost savings and improved performance characteristics. Material cost savings are achieved when an electric motor is integrated into the shaft of a centrifugal pump, and the motor utilizes the bearings of the pump. This arrangement leads to a smaller configuration that occupies less floor space. The performance characteristics of a pump drive can be improved by using the variable-speed technology. This enables the full speed control of the drive and the absence of a mechanical gearbox and couplers. When using rotational speeds higher than those that can be directly achieved by the network frequency the structure of the rotor has to be mechanically durable. In this thesis the performance characteristics of an axial-flux solid-rotor-core induction motor are determined. The motor studied is a one-rotor-one-stator axial-flux induction motor, and thus, there is only one air-gap between the rotor and the stator. The motor was designed for higher rotational speeds, and therefore a good mechanical strength of the solid-rotor-core rotor is required to withstand the mechanical stresses. The construction of the rotor and the high rotational speeds together produce a feature, which is not typical of traditional induction motors: the dominating loss component of the motor is the rotor eddy current loss. In the case of a typical industrial induction motor instead the dominating loss component is the stator copper loss. In this thesis, several methods to decrease the rotor eddy current losses in the case of axial-flux induction motors are presented. A prototype motor with 45 kW output power at 6000 min-1 was designed and constructed for ascertaining the results obtained from the numerical FEM calculations. In general, this thesis concentrates on the methods for improving the electromagnetic properties of an axial-flux solid-rotor-core induction motor and examines the methods for decreasing the harmonic eddy currents of the rotor. The target is to improve the efficiency of the motor and to reach the efficiency standard of the present-day industrial induction motors equipped with laminated rotors.

Development of a simulation tool for torsional vibration of branched power transmission system

In this master's thesis a mechanical model that is driven with variable speed synchronous machine was developed. The developed mechanical model simulates the mechanics of power transmission and its torsional vibrations. The mechanical model was developed for the need of the branched mechanics of a rolling mill and the propulsion system of a tanker. First, the scope of the thesis was to clarify the concepts connected to the mechanical model. The clarified concepts are the variable speed drive, the mechanics of power transmission and the vibrationsin the power transmission. Next, the mechanical model with straight shaft line and twelve moments of inertia that existed in the beginning was developed to be branched considering the case of parallel machines and the case of parallel rolls. Additionally, the model was expanded for the need of moreaccurate simulation to up to thirty moments of inertia. The model was also enhanced to enable three phase short circuit situation of the simulated machine. After that the mechanical model was validated by comparing the results of the developed simulation tool to results of other simulation tools. The compared results are the natural frequencies and mode shapes of torsional vibration, the response of the load torque step and the stress in the mechanical system occurred by the permutation of the magnetic field that is arisen from the three phase short circuit situation. The comparisons were accomplished well and the mechanical model was validated for the compared cases. Further development to be made is to develop the load torque to be time-dependent and to install two frequency converters and two FEM modeled machines to be simulated parallel.

Hissikuiluelementtien soveltuvuus kerrostalojen saneerauskohteisiin

Työn tavoitteena oli kartoittaa hissikuiluelementtien markkinapotentiaali kerrostalojen saneerauskohteissa, arvioida yhtiön markkinointi- ja suunnitteluresursseja, tehdä tuotannon kehittämissuunnitelma ja analysoida elementtiliiketoiminnan kannattavuus. Tutkimus sisältää sekä teoreettisen että empiirisen osan. Teoreettisessa osassa tutkittiin markkinoita ja niihin vaikuttamista sekä markkinoiden kilpailukeinoja ja toteuttamistapoja teoreettisesti kirjallisuuden avulla. Markkinaselvityksessä saatiin selville toteutuneiden kohteiden kautta potentiaaliset toimitusmäärät tulevaisuudessa. Tarkasteltiin yhtiön kykyä vastata kysyntään markkinointi-, suunnittelu- sekä valmistuskapasiteetin osalta. Lopuksi laskettiin kysynnän aiheuttama lisäinvestointikustannus ja määriteltiintuotteen hinta. Näin pystyttiin laskemaan liiketoiminnan kannattavuuskalkyyli, mikä kannusti panostamaan markkinaan. Saneeraushissikuilutoiminta osoittautui kannattavaksi Specifinn Oy:ssä määriteltyjen investointien tuottotavoitteen kannalta.

Yhteismuotosuodatus taajuusmuuttajan lähdössä

Tässädiplomityössä selvitettiin taajuusmuuttajan synnyttämien yhteismuotoisten häiriöiden syntyä, ominaisuuksia, kulkureittejä sekä erilaisia tekniikoita toteuttaa yhteismuotosuodatus taajuusmuuttajan lähdössä. Työssä suunniteltiin ja mitoitettiin yhteismuotosuodatin, josta valmistettiin prototyyppi. Suodatinta testattiin laboratoriossa ja mittauksissa käytettiin erilaisia suodattimen kapasitanssin arvoja ja neutraalin pisteen kytkennän variaatioita. Mittauksilla selvitettiin suodattimen kyky suodattaa myös yhteismuotoisten jännitteiden lisäksi eromuotoista jännitettä, akselijännitettä ja vaihevirtaa. Mittaustulosten perusteella voitiin todeta suunnitellun suodattimen parantavan merkittävästi taajuusmuuttajalta moottorille syötettävän sähkön laatua ja loiventavan ennen kaikkea yhteismuotoisen jännitepulssin nousureunaa.

On the Reversed Brayton Cycle with High Speed Machinery

This work was carried out in the laboratory of Fluid Dynamics, at Lappeenranta University of Technology during the years 1991-1996. The research was a part of larger high speed technology development research. First, there was the idea of making high speed machinery applications with the Brayton cycle. There was a clear need to deepen theknowledge of the cycle itself and to make a new approach in the field of the research. Also, the removal of water from the humid air seemed very interesting. The goal of this work was to study methods of designing high speed machinery to the reversed Brayton cycle, from theoretical principles to practical applications. The reversed Brayton cycle can be employed as an air dryer, a heat pump or a refrigerating machine. In this research the use of humid air as a working fluid has an environmental advantage, as well. A new calculation method for the Braytoncycle is developed. In this method especially the expansion process in the turbine is important because of the condensation of the water vapour in the humid air. This physical phenomena can have significant effects on the level of performance of the application. Also, the influence of calculating the process with actual, achievable process equipment efficiencies is essential for the development of the future machinery. The above theoretical calculations are confirmed with two different laboratory prototypes. The high speed machinery concept allows one to build an application with only one rotating shaft including all the major parts: the high speed motor, the compressor and the turbine wheel. The use of oil free bearings and high rotational speed outlines give several advantages compared to conventional machineries: light weight, compact structure, safe operation andhigher efficiency at a large operational region. There are always problems whentheory is applied to practice. The calibrations of pressure, temperature and humidity probes were made with care but still measurable errors were not negligible. Several different separators were examined and in all cases the content of the separated water was not exact. Due to the compact sizes and structures of the prototypes, the process measurement was slightly difficult. The experimental results agree well with the theoretical calculations. These experiments prove the operation of the process and lay a ground for the further development. The results of this work give very promising possibilities for the design of new, commercially competitive applications that use high speed machinery and the reversed Brayton cycle.

Humeral development from neonatal period to skeletal maturity—application in age and sex assessment

The goal of the present study is to examine cross-sectional information on the growth of the humerus based on the analysis of four measurements, namely, diaphyseal length, transversal diameter of the proximal (metaphyseal) end of the shaft, epicondylar breadth and vertical diameter of the head. This analysis was performed in 181 individuals (90 ♂ and 91 ♀) ranging from birth to 25 years of age and belonging to three documented Western European skeletal collections (Coimbra, Lisbon and St. Bride). After testing the homogeneity of the sample, the existence of sexual differences (Student"s t- and Mann-Whitney U-test) and the growth of the variables (polynomial regression) were evaluated. The results showed the presence of sexual differences in epicondylar breadth above 20 years of age and vertical diameter of the head from 15 years of age, thus indicating that these two variables may be of use in determining sex from that age onward. The growth pattern of the variables showed a continuous increase and followed first- and second-degree polynomials. However, growth of the transversal diameter of the proximal end of the shaft followed a fourth-degree polynomial. Strong correlation coefficients were identified between humeral size and age for each of the four metric variables. These results indicate that any of the humeral measurements studied herein is likely to serve as a useful means of estimating sub-adult age in forensic samples.

DTC-OHJATUN TAHTIKONEKÄYTÖN PYÖRIMISNOPEUSSÄÄDÖN ANALYYSI INTEGROIDUN SIMULOINTIMALLIN AVULLA

Työssä rakennettiin integroitu simulointimalli sähkökäytölle, jonka mekaniikka koostuu joustava-akselisesta kaksimassa systeemistä. Lisäksi tarkasteltiin kyseiselle sähkökäytölle ominaisia piirteitä ja niiden aiheuttamia ongelmia eri sovelluksissa, sekä tutkittiin teollisuudessa yleisesti esiintyvän pyörimisnopeussäädön, PI-säädön, parametrien vaikutusta kyseisen mekaniikan omaaviin sähkökäyttöihin. Taajuusmuuttajalle kehiteltiin yksinkertaistettu simulointimalli, jolla pystytään pienentämään merkittävästi simuloinnin laskenta-aikaa. Vääntövärähtelyiden kompensointiin tutkittiin optimaalista tilasäätöä, jossa Kalman suotimella estimoidaan systeemin tilojen lisäksi myös kuormamomentti ja jossa nopeussäätö suunnitellaan lineaarisella neliöllisellä menetelmällä (Linear Quadratic).

Sähkömoottorin rakenteen analysointi tärisevässä käytössä

Tämän työn tavoitteena oli suunnitella esimerkkirakenne vaikeisiin olosuhteisiin tarkoitetusta sähkömoottorista. Ensisijaisesti tarkasteltavia osia sähkömoottorin rakenteessa olivat roottoriakseli, laakerointi sekä laakerikilvet. Laakeroinnista tarkasteltiin laakerivaurioiden syntymistä, tarvittavaa esijännitysvoimaa sekä jälkivoitelua. Lisäksi momenttiakselista tarkasteltiin sen vääntövärähtelyominaisuuksia sekä rungosta ja laakerikilvistä niiden jännityksiä B5-kiinnitysasennossa, eli laippakiinnityksessä. Työstä pyrittiin tekemään suunnitteluohje vastaavanlaisiin suunnittelutehtäviin. Tämän työn kirjallisessa osassa tarkasteltiin oikosulkumoottorin rakennetta ja laakerointia, josta perehdyttiin erityisesti erilaisiin kuormitustilanteisiin, voiteluun sekä kestoiänlaskentaan. Lisäksi tarkasteltiin roottoridynamiikkaa ja ominaismuotojen laskentaa. Kokonaisen roottorin, sisältäen roottoriakselin, –levypaketin, laakeroinnin ja ylikuormitussuojan, pienimmäksi ominaistaajuudeksi saatiin 62,1 Hz:ä, joka oli kuitenkin lähes kaksinkertainen verrattaessa roottorin käyntinopeuteen (33,3 Hz:ä). On siis varmaa, että roottorin kestoikä ei heikkene sen ominaistaajuuksien aiheuttamasta resonanssista. Pelkän roottoriakselin pienimmäksi ominaistaajuudeksi saatiin 448,0 Hz:ä. Verrattaessa tätä taajuutta roottorin käyntinopeuteen nähtiin, että roottoriakselin ominaistaajuuksien puolesta rakenne oli selvästi alikriittinen. Tarkasteltaessa roottoriakselin vääntövärähtelyn ominaistaajuutta 12,6 Hz:ä nähtiin, että se oli pienempi kuin moottorin pyörimisnopeus. Tämä ei kuitenkaan ollut moottorin kestoiän kannalta vakavaa. Koska todellisista sähkömoottorin käyttöolosuhteista ei ollut tarkkaa tietoa, tutkittiin laakeroinnin kestoikää kahdessa ääriolosuhteessa, joko moottoriin kohdistuva tärinä oli kokoajan suurin mahdollinen tunnettu tai tärinää ei ollut ollenkaan. Todellinen tilanne on jossakin näiden kahden ääriolosuhteen välissä. Oli kuitenkin varmaa, että tarkasteltava rakenne kestää halutun kestoiän eli 10000 tuntia laakeroinnin puolesta. Laakerikilpien ominaistaajuudet olivat korkeita eikä niillä ollut vaikutusta rakenteen kestoikään. Laakerikilpien korkeat ominaistaajuudet johtuivat niiden jäykästä rakenteesta ja suuresta materiaalipaksuudesta. Tarkasteltaessa momenttiakselin vääntövärähtelyn ominaistaajuutta 7,2 Hz:ä nähtiin, että se oli pienempi kuin moottorin pyörimisnopeus. Tämä ei kuitenkaan ollut moottorin kestoiän kannalta vakavaa, jos ominaistaajuus ja sen kerrannaiset ohitettaisiin sähkömoottorin käytössä hetkellisesti eikä moottoria käytettäisi vääntövärähtelyn taajuudella. Tarkasteltaessa B5-asennon jännityksiä nähdään, että ne kasvoivat rungon ja laakerikilven välisissä kiinnitysruuveissa yllättävän suuriksi. Normaalin ruuvin murtoraja on 640 MPa:a, kun jännitys rungon ja laakerikilven välisissä kiinnitysruuveissa oli suurimmillaan 400 MPa:a. Rakenne oli kuitenkin varmalla puolella kestävyyden suhteen, koska keskimääräinen vetojännitys ruuveissa oli noin 200 MPa:a. Ruuvien jännityksiä voidaan pienentää lisäämällä kiinnitys-ruuvien lukumäärää tai kasvattamalla niiden kokoa. Koko moottorin kiinnitysruuveissa jännitys oli vain 4 MPa:a, koska osan kuormituksesta kantoi laakerikilven olakkeet.

Väsymismitoitusperusteiden ja kuormitusten määrittäminen hitsatuille sekoitinakseleille

Työssä selvitettiin vastusvenymäliuskamittausten avulla sekoitinakselin kuormitukset sekä perehdyttiin väsymisilmiöön ja hitsattujen rakenteiden väsymismitoitukseen. Kuormitusten mittauksessa rekisteröitiin akselin kriittisen kohdan taivutus- ja vääntövenymät. Mittaustulosten avulla tutkittiin kuormituksia ja kuormitusten luonnetta sekä johdettiin väsymismitoitusperusteet sekoitinakseleille. Väsymismitoitus perustuu kahteen eri menetelmään. Vakioamplitudiseen väsymisrajaan perustuvassa menetelmässä vaihtuva-amplitudisella jännityksellä suurinkin jännitysheilahdus jää väsymisrajan alle. Kokonaisväsymisvaurioon perustuvassa mitoituksessa puolestaan sallitaan vakioamplitudisen väsymisrajan ylitys. Kestoikä on käytetty loppuun, kun väsymisvaurio saavuttaa väsymiskestävyyden arvon. Menetelmän valinta riippuu käytettävästä sekoitinelintyypistä ja käytön aikana ilmenevistä väsymisen kannalta vaarallisista tilanteista.

Sähkökäyttöisen konejärjestelmän vuorovaikutteinen simulointi

Työn tavoitteena oli toteuttaa simulointimalli, jolla pystytään tutkimaan kestomagnetoidun tahtikoneen aiheuttaman vääntömomenttivärähtelyn vaikutuksia sähkömoottoriin liitetyssä mekaniikassa. Tarkoitus oli lisäksi selvittää kuinka kyseinen simulointimalli voidaan toteuttaa nykyaikaisia simulointiohjelmia käyttäen. Saatujen simulointitulosten oikeellisuus varmistettiin tätä työtä varten rakennetulla verifiointilaitteistolla. Tutkittava rakenne koostui akselista, johon kiinnitettiin epäkeskotanko. Epäkeskotankoon kiinnitettiin massa, jonka sijaintia voitiin muunnella. Massan asemaa muuttamalla saatiin rakenteelle erilaisia ominaistaajuuksia. Epäkeskotanko mallinnettiin joustavana elementtimenetelmää apuna käyttäen. Mekaniikka mallinnettiin dynamiikan simulointiin tarkoitetussa ADAMS –ohjelmistossa, johon joustavana mallinnettu epäkeskotanko tuotiin ANSYS –elementtimenetelmäohjelmasta. Mekaniikan malli siirrettiin SIMULINK –ohjelmistoon, jossa mallinnettiin myös sähkökäyttö. SIMULINK –ohjelmassa mallinnettiin sähkökäyttö, joka kuvaa kestomagnetoitua tahtikonetta. Kestomagnetoidun tahtikoneen yhtälöt perustuvat lineaarisiin differentiaaliyhtälöihin, joihin hammasvääntömomentin vaikutus on lisätty häiriösignaalina. Sähkökäytön malli tuottaa vääntömomenttia, joka syötetään ADAMS –ohjelmistolla mallinnettuun mekaniikkaan. Mekaniikan mallista otetaan roottorin kulmakiihtyvyyden arvo takaisinkytkentänä sähkömoottorin malliin. Näin saadaan aikaiseksi yhdistetty simulointi, joka koostuu sähkötoimilaitekäytöstä ja mekaniikasta. Tulosten perusteella voidaan todeta, että sähkökäyttöjen ja mekaniikan yhdistetty simulointi on mahdollista toteuttaa valituilla menetelmillä. Simuloimalla saadut tulokset vastaavat hyvin mitattuja tuloksia.

Estimating the Ontogenetic Status of an Enantiornithine Bird from the Lower Barremian of El Montsec, Central Pyrenees, Spain.

An Enantiornithes specimen from El Montsec was initially described as an immature individual based upon qualitative traits such as its relatively large orbit and overall proportions of the skull and the postcranium. In this study we re-evaluate the precise determination of the ontogenetic stage of this individual, establishing a cross-talk among taphonomic, anatomic, and morphometric data. The exceptional preservation of the specimen has allowed pondering ontogenetic influence versus preservational bias in features like the external patterns of bone surfaces, instead of being aprioristically considered due to taphonomic alterations only. The rough texture of the periosteal bone associated with pores in the distal, proximal and mid-shaft areas of the humeral shaft, indicates a subadult stage when compared with long bones of modern birds. Forelimb proportions of embryo and juvenile Enanthiornithes are equivalent to those of adult individuals of other taxa within this clade, though this is not a reliable criterion for establishing a precise ontogenetic stage. The El Montsec specimen may be attributed a close adulthood, yet only if growth regimes in Enantiornithes are considered equivalent to those in Neornithes birds.

Loistehon tuottaminen painehiomon tahtimoottoreilla

Tämän työn tavoitteena on selvittää, millaisia häviöitä loistehon tuottaminen Stora Enson Anjalankosken tehtaiden hiomorakennuksessa sijaitsevilla kuudella 14 MW tahtimoottorilla aiheuttaa. Lähtötietoina käytettiin moottoreiden valmistajalta saatuja rkistotietoja ja niiden perusteella laadittiin äivitetty akselitehon ja loistehotuotannon ilaa kuvaava PQ-diagrammi digitaaliseen muotoon. Saatujen tulosten avulla on mahdollista suunnitella kustannustehokas tapa käyttää painehiomon tahtimoottoreita koko tehdasalueen loistehon säätöön.