Multivariable regression analysis and hot-spot stress approach into fatigue life estimations of welded joints

Kolmen eri hitsausliitoksen väsymisikä arvio on analysoitu monimuuttuja regressio analyysin avulla. Regression perustana on laaja S-N tietokanta joka on kerätty kirjallisuudesta. Tarkastellut liitokset ovat tasalevy liitos, krusiformi liitos ja pitkittäisripa levyssä. Muuttujina ovat jännitysvaihtelu, kuormitetun levyn paksuus ja kuormitus tapa. Paksuus effekti on käsitelty uudelleen kaikkia kolmea liitosta ajatellen. Uudelleen käsittelyn avulla on varmistettu paksuus effektin olemassa olo ennen monimuuttuja regressioon siirtymistä. Lineaariset väsymisikä yhtalöt on ajettu kolmelle hitsausliitokselle ottaen huomioon kuormitetun levyn paksuus sekä kuormitus tapa. Väsymisikä yhtalöitä on verrattu ja keskusteltu testitulosten valossa, jotka on kerätty kirjallisuudesta. Neljä tutkimustaon tehty kerättyjen väsymistestien joukosta ja erilaisia väsymisikä arvio metodeja on käytetty väsymisiän arviointiin. Tuloksia on tarkasteltu ja niistä keskusteltu oikeiden testien valossa. Tutkimuksissa on katsottu 2mm ja 6mm symmetristäpitkittäisripaa levyssä, 12.7mm epäsymmetristä pitkittäisripaa, 38mm symmetristä pitkittäisripaa vääntökuormituksessa ja 25mm/38mm kuorman kantavaa krusiformi liitosta vääntökuormituksessa. Mallinnus on tehty niin lähelle testi liitosta kuin mahdollista. Väsymisikä arviointi metodit sisältävät hot-spot metodin jossa hot-spot jännitys on laskettu kahta lineaarista ja epälineaarista ekstrapolointiakäyttäen sekä paksuuden läpi integrointia käyttäen. Lovijännitys ja murtumismekaniikka metodeja on käytetty krusiformi liitosta laskiessa.

Siltanosturin teräsrakenteen suunnittelun avuksi luodun ohjelman jatkokehitys

Diplomityössä tehdään jatkokehitystä KCI Konecranes yrityksen siltanosturin laskentaohjelmaan. Ohjelman tärkeimmät jatkokehityskohteet kartoitettiin käyttäjäkyselyn avulla ja niistä valittiin toivotuimmat, sekä diplomityön lujuusopilliseen aihepiiriin parhaiten soveltuvat. Työhön valitut kaksi aihetta ovat koteloprofiilin kaksiosaisen uuman lujuuslaskennan selvittäminen ja siltanosturin kahdeksanpyöräisenpäätykannattajan elementtimallin suunnittelu. Diplomityössä selvitetään jatkokehityskohteisiin liittyvä teoria, mutta varsinainen ohjelmointi jätetään työn ulkopuolelle. Kaksiosaisella uumalla varustetussa koteloprofiilissa nostovaunun kulkukiskon alla olevan uuman yläosa tehdään paksummaksi, jotta uuma kestäisi nostovaunun pyöräkuormasta aiheutuvan paikallisen jännityksen, eliniin sanotun rusennusjännityksen. Rusennusjännityksen määrittäminen uumalevyissä on kaksiosaisen uuman lujuuslaskennan tärkein tehtävä. Rusennuksen aiheuttamankalvojännityksen ja jännityskeskittymien määrittämiseen erilaisissa konstruktioissa etsittiin sopivimmat menetelmät kirjallisuudesta ja standardeista. Kalvojännitys voidaan määrittää luotettavasti käyttäen joko 45 asteen sääntöä tai standardin mukaista menetelmää ja jännityskonsentraatioiden suuruus saadaan kertomallakalvojännitys jännityskonsentraatiokertoimilla. Menetelmien toimivuus verifioitiin tekemällä kymmeniä uuman elementtimalleja erilaisin dimensioin ja reunaehdoin ja vertaamalla elementtimallien tuloksia käsin laskettuihin. Käsin lasketut jännitykset saatiin vastaamaan tarkasti elementtimallien tuloksia. Kaksiosaisen uuman lommahdus- ja väsymislaskentaa tutkittiin alustavasti. Kahdeksanpyöräisiä päätykannattajia käytetään suurissa siltanostureissa pienentämään pyöräkuormia ja radan rusennusjännityksiä. Kahdeksanpyöräiselle siltanosturin päätykannattajalle suunniteltiin elementtimallit molempiin rakenteesta käytettyihin konstruktioihin: nivelöityyn ja jäykkäkehäiseen malliin. Elementtimallien rakentamisessa hyödynnettiin jo olemassa olevia malleja, jolloin niiden lisääminen ohjelmakoodiin nopeutuu ja ne ovat varmasti yhteensopivia muiden laskentamoduuleiden kanssa. Elementtimallien värähtelyanalyysin reunaehtoja tarkasteltiin. Värähtelyanalyysin reunaehtoihin ei tutkimuksen perusteella tarvitse tehdä muutoksia, mutta staattisen analyysin reunaehdot kaipaavat vielä lisätutkimusta.

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.

Väsyttävästi kuormitettujen hitsattujen rakenteiden suunnittelukäytännön kehittäminen

Hitsatuilla rakenteilla väsyminen on keskeinen vauriotekijä. Väsymiskestoiän laskentaan on olemassa useita erilaisia menetelmiä, joista hot spot ﷓menetelmä on hitsattujen rakenteiden yhteydessä yhä yleistyvä ja sangen käyttökelpoinen. Hot spot menetelmässä kestoikälaskenta perustuu rakenteellisen jännityksen vaihteluun ja pieneen joukkoon kokeellisesti määrättyjä Wöhler-käyriä. Rakenteellinen jännitys voidaan määrittää joko prototyypistä mittaamalla, elementtimenetelmällä laskemalla tai parametristen kerrointen avulla. Suunnittelukäytännön kehittämisessä tutkittiin esimerkkirakenteena Rammer RC 22 leikkurimurskainta. Tarkoituksena oli mitata murskaimesta voimasuureita, joita voitaisiin käyttää kuormitustietona laskettaessa jännityksiä elementtimenetelmällä. Myöhempien laskentatulosten verifiointia varten mitattiin lisäksi muutamia hot spot ﷓jännityksiä. Työn kokeellinen puoli keskittyi voimasuuremittauksiin ja niistä saatavien tulosten saattamiseen sopusointuun vapaakappalemallien kanssa. Suoritettiin lukuisia kalibrointimittauksia ja mittausjärjestelyä kehitettiin, kunnes syyt aluksi saatujen mittaustulosten virheellisyyteen selvisivät. Leikkausvoimamittausten osalta tuloksia verifioitiin elementtimenetelmälaskelmin. Työn tuloksena saatiin luotua toimiva pohja voimasuure- ja hot spot ﷓mittauksille. Jatkossa voidaan siirtyä tekemään mittauksia todellisissa työskentelytilanteissa.

Nuorisorikollisuuden esiintyvyys, taustatekijät ja sovittelu

Tausta Vaikka nuorisorikollisuus on kriminologisen tutkimuksen perinteinen kohde, on edelleen tarvetta pitkittäistutkimuksille, joissa on laaja, koko väestöä edustava otos. Kriminaalipolitiikan alalla puolestaan rikosten sovittelu ja muut restoratiivisen oikeuden muodot ovat nousseet Suomessakin haastamaan perinteiset rikoskontrollin paradigmat, rangaistuksen ja hoidon. Tutkimuskysymykset Tutkimuksen pääkysymyksenä oli, mitkä lapsuudessa (8 v.) ja nuoruudessa (18 v.) mitatut psykososiaaliset tekijät ovat yhteydessä nuorisorikollisuuden (16-20 v.) määrään ja lajiin. Lisäksi yhtenä kysymyksenä oli, miten varusmiespalvelun aikaiset psykiatriset diagnoosit liittyvät nuorisorikollisuuteen. Lisäksi tutkimme nuorisorikollisuuden esiintyvyyttä ja palvelujen käyttöä, ja vertailimme eri informanttien (tutkimushenkilöt itse, vanhemmat ja opettajat) vastausten ennusvoimaa lasten tulevan rikollisuuden suhteen. Rikosten sovittelun osalta kysymyksenä oli, miten suomalainen sovittelukäytäntö vastaa restoratiivisen oikeuden teoriaa ja miten sovittelua pitäisi kehittää. Aineisto ja metodit Pitkittäistutkimuksemme aineistona oli valtakunnallisesti edustava satunnaisotos, joka vastasi 10% vuonna 1981 Suomessa syntyneistä suomenkielisistä pojista. Ensimmäinen tiedonkeruu tapahtui 1989, kun pojat olivat 8-vuotiaita. Tietoa kerättiin lomakekyselyin pojilta itseltään sekä heidän vanhemmiltaan ja opettajiltaan. Tietoja saatiin 2946 pojasta. Lasten lomakkeena oli Children’s Depression Inventory, vanhemman lomakkeena Rutter A2 ja opettajan lomakkeena Rutter B2. Toinen tiedonkeruu järjestettiin, kun pojat osallistuivat kutsuntoihin 1999. Tietoja saatiin 2330 pojasta. Lomakkeena oli Young Adult Self-Report . Puolustusvoimien rekisteristä saatiin tiedot poikien kutsunnoissa ja palvelusaikana (vuosina 1999-04) saamista psykiatrisista diagnooseista, jotka luokiteltiin kuuteen luokkaan: antisosiaalinen persoonallisuushäiriö, päihdehäiriöt, psykoottiset häiriöt, ahdistuneisuushäiriöt, masennustilat ja sopeutumishäiriöt. Tieto mahdollisesta diagnoosista saatiin 2712 pojasta. Rikollisuus operationalisoitiin poliisin ns. RIKI-rekisteriin vuosina 1998-2001 rekisteröityjen tekojen avulla, kun pojat olivat pääasiassa 16-20-vuotiaita. Rikosten määrän mukaan pojat jaettiin neljään ryhmään: ei rikoksia, 1-2 rikosta (satunnainen rikollisuus), 3-5 rikosta (uusintarikollisuus) ja yli 5 rikosta (aktiivinen uusintarikollisuus). Rikoslajeista muodostettiin viisi kategoriaa: huume-, väkivalta-, omaisuus-, liikenne- ja rattijuopumusrikollisuus. Analyysivaiheessa rekisteridatasta poistettiin liikennerikkomukset. Kaikkiaan tiedot mahdollisista poliisikontakteista saatiin 2866 pojasta. Sovitteludata koostui 16 sovittelujutun havainnoinnista Turussa vuosina 2001- 2003. Tulokset Kaikkiaan 23% pojista oli rekisteröity rikoksesta (poissulkien liikennerikkomukset) nelivuotisen tutkimusperiodin aikana 16-20-vuotiaana. Satunnaisia rikoksentekijöitä oli 15%, uusijoita 4% ja moninkertaisia uusijoita 4%. Rikokset kasautuivat moninkertaisille uusijoille: tämä 4%:n ryhmä teki 72% kaikista rikoksista . Omaisuus- ja liikennerikollisia oli eniten (kumpiakin 11%), ja huumerikollisia vähiten (4%). Kaikki rikoslajit korreloivat keskenään tilastollisesti merkitsevästi. Nuorisorikollisuuden itsenäisiä ennustekijöitä lapsuudessa olivat rikkinäinen perherakenne, vanhempien alhainen koulutustaso, lapsen käytösongelmat ja hyperaktiivisuus. Kun verrattiin eri informantteja (lapset itse ja heidän vanhempansa ja opettajansa), etenkin opettajien vastaukset ennustivat lasten tulevaa rikollisuutta. Nuoruudessa rikollisuuden itsenäisiä korrelaatteja olivat pienellä paikkakunnalla asuminen, vanhempien ero, seurustelu, itse ilmoitettu antisosiaalisuus ja säännöllinen tupakointi ja humalajuominen. Ennus- ja taustatekijöille oli tyypillistä se, että ne olivat lineaarisessa yhteydessä rikosten määrään (ongelmat ja rikosten määrä lisääntyivät käsi kädessä) ja että ne liittyivät useaan rikoslajiin yhtä aikaa. Huumerikollisuudella oli kuitenkin vähemmän itsenäisiä ennus- ja taustatekijöitä kuin muilla rikoslajeilla. Joka kymmenes poika kärsi psykiatrisista häiriöistä. Tämä ryhmä teki noin puolet kaikista rikoksista, ja lähes joka toinen poika, jolla oli psykiatrinen häiriö, oli rekisteröity rikoksista. Rikolliseen käytökseen liittyivät etenkin antisosiaalinen persoonallisuushäiriö ja päihdehäiriöt. Masennustilat olivat kuitenkin ainoa diagnoosiryhmä, joka ei ollut yhteydessä rikollisuuteen. Myös psykiatristen häiriöiden esiintyvyys kasvoi lineaarisesti rikosten määrän kanssa; aktiivisista uusintarikollisista yli puolella (59%) oli psykiatrinen diagnoosi. Rikollisuuden lisäksi erilaiset psykososiaaliset ongelmat kasautuivat pienelle vähemmistölle. Aktiivisten uusijoiden ryhmään olivat tilastollisesti merkitsevästi yhteydessä lähes kaikki ongelmat mitä tutkimme. Kuitenkin tästä ryhmästä vain alle 3% oli käyttänyt mielenterveyspalveluja viimeisen vuoden aikana. Rikossovittelun havainnointitutkimuksen perusteella sovittelussa monet perusasiat ovat kunnossa, ja toiminta on mielekästä niin asianosaisten kuin yhteiskunnankin kannalta. Useimmiten osapuolet kohtasivat ja saivat aikaan sopimuksen, johon he vaikuttivat tyytyväisiltä. Rikoksentekijät olivat motivoituneita korvaamaan aiheuttamansa vahingot. Osapuolet saivat kertoa tarinansa omin sanoin, heitä kuunneltiin ja he ymmärsivät mitä sovittelussa puhutaan ja sovitaan. Sovittelun kuluessa jännitys väheni ja asiat saatiin loppuunkäsiteltyä. Asianosaiset saivat vaikuttaa prosessiin ja sopimukseen, ja uhrin oikeudet olivat sovittelussa keskeisellä sijalla. Restoratiivisen teorian perusteella sovittelussa havaittiin myös kehittämisen varaa: Etenkin nuoria rikoksentekijöitä oli hankala saada osallistumaan tosissaan, ja aikuiset helposti hallitsivat keskustelua. Etukäteistapaamisia ja tukihenkilöitä ei juuri hyödynnetty. Sovitteluja hallitsi puhe sopimuksesta ja rahasta. Työkorvauksia ei käytetty eikä rehabilitaatiota käsitelty. Sekä sovitteluun pääsy että sovittelumenettely riippuivat yksittäisistä henkilöistä. Johtopäätökset Rikosten tekeminen nuoruudessa on melko yleistä ja monimuotoista. Rikokset ja psykososiaaliset ongelmat kasautuvat pienelle ryhmälle ja kulkevat käsi kädessä. Myös psykiatriset häiriöt ovat lineaarisessa yhteydessä rikosten määrään. Rikosriskiä voidaan ennustaa jo lapsuudessa, ja etenkin opettajat ovat tarkkanäköisiä lasten ongelmien suhteen. Eri rikoslajeilla on varsin samanlaisia taustatekijöitä. Aktiiviset rikoksentekijät vastaavat suuresta osasta kokonaisrikollisuutta, tarvitsevat eniten apua, mutta eivät kuitenkaan hakeudu psykososiaalisten palvelujen piiriin. Rikosten sovittelu tarjoaa keinon puuttua ongelmiin varhaisessa vaiheessa ilman leimaamista. Sovittelun kehitystehtävät liittyvät etenkin dialogiin, valmisteluihin, tukihenkilöihin, työkorvauksiin, palveluunohjaukseen ja sovittelun sovellusalaan. Sovittelua ja muita restoratiivisia menettelyjä on kehitettävä ja laajennettava esimerkiksi niin, että niitä voitaisiin käyttää palveluunohjauksen välineenä.

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.

Kalsinaattorin siirtymien ja teräskuoren murtumien tutkiminen

Sementti on yksi eniten maailmassa käytetty rakennusmateriaali ja Suomessa sementin valmistuksesta vastaa Finnsementti Oy kahden tehtaan voimin. Lappeenrannan tehtaalle investoitiin uusi uunilinja vuonna 2007, joka on aikansa kehittyneintä tekniikkaa. Järjes-telmän esilämmitysvaiheen laitteissa, erityisesti kalsinaattorissa, on esiintynyt luvattoman paljon plastisoitumista ja murtumia. Tässä työssä tutkittiin lämpötilan ja sen vaihtelun vaikutusta järjestelmässä syntyneisiin siirtymiin ja murtumiin. Työn alussa luotiin katsaus erilaisiin murtumisilmiöihin ja niiden syntyyn. Vuorauksessa käytettyihin tiilien käyttäytymistä tutkittiin myös, koska ne ovat olennainen osa esilämmi-tysjärjestelmää. Työn kokeellisessa osuudessa aluksi määriteltiin järjestelmässä käytetylle teräkselle lujuusominaisuudet tutkimalla mikrorakennetta sekä suorittamalla veto- että kovuuskokeet materiaalille. Toisessa osiossa mitattiin järjestelmän alasajon aikana tapah-tuneet siirtymät. Laskennallisessa osuudessa tutkittiin väsymismurtuman mahdollisuutta sekä määritettiin kuoressa esiintyvän särön vaikutusta puhkeamis- ja murtumiskuormituk-seen. FEM- analyysissä tarkasteltiin lämpötilan vaikutusta siirtymien suuruuksiin ja pyrittiin löytämään perusteluita, miksi rakenne on todellisuudessa siirtynyt eri suuntiin kuin alun perin oli tarkoitettu. Lisäksi analysoitiin FEM- mallit tiilihyllystä ja kalsinaattorin kuoren tukikehästä, joista tutkittiin lämpökuorman aiheuttamia jännityksiä. Materiaalin osalta selvisi, että kyseessä oli hyvin yleinen rakenneteräs S235 tai sitä vas-taava teräslaatu. Teräs ei ominaisuuksiltaan sovellu kuumiin olosuhteisiin, jonka vuoksi järjestelmässä käytettävän eristevuorauksen kunto on erityisen tärkeä rakenteen käyttöiän kannalta. Vuorauksen kunnosta riippuu, kuinka suuren lämpökuorman teräskuori saa. Väsymismurtuman mahdollisuus jäi minimaalisen pieneksi lämpötilan muutoksen vaiku-tuksesta. Analysoinnin tulosten perusteella voitiin todeta, että lämpötilan hitaasti mutta kohtalaisen suurella vaihteluvälillä sekä tiilien turpoamisen vaikutuksella on erittäin suuri merkitys järjestelmässä esiintyviin murtumiin.

Jännityssuhteen vaikutus ultralujan teräksen hitsausliitoksen väsymislujuuteen

Aiempien ultralujia teräksiä koskevien tutkimusten jatkoksi tässä diplomityössä keskityttiin jännityssuhteen varioinnin tuomien ilmiöiden esille tuomiseen koesauvojen väsytyskoestuk-sessa. Pohjana diplomityölle ovat mm. Timo Björkin tutkimustulokset ULTRASTEEL-hankkeesta sekä Tuomas Skrikon kandidaatintyöhönsä koostamat väsytyskoetulokset. Testattujen 12 koesauvan väsytyskoetulosten perusteella jännityssuhteen kasvattaminen alen-taa hitsattujen ultralujien teräsrakenteiden FAT-luokitusta. FAT-luokkien ja jännityssuhteen välillä on havaittu säännönmukaisuutta ja huomattavaa FAT-luokituksen lasku on jännitys-suhteen 0.35 jälkeen. Jälkikäsiteltyjen koesauvojen FAT-luokat ovat jälkikäsittelemättömiä parempia. Myös käsit-telemättömillä sauvoilla päästään mekanisoidussa MAG-hitsauksessa keskimääräisen kone-pajalaadun FAT = 100 MPa yläpuolelle.

Thermal Stress in a Roll-to-Roll Printed Electronics Substrate

The Roll-to-Roll process makes it possible to print electronic products continuously onto a uniform substrate. Printing components on flexible surfaces can bring down the costs of simple electronic devices such as RFID tags, antennas and transistors. The possibility of quickly printing flexible electronic components opens up a wide array of novel products previously too expensive to produce on a large scale. Several different printing methods can be used in Roll-to-Roll printing, such as gravure, spray, offset, flexographic and others. Most of the methods can also be mixed in one production line. Most of them still require years of research to reach a significant commercial level. The research for this thesis was carried out at the Konkuk University Flexible Display Research Center (KU-FDRC) in Seoul, Korea. A system using Roll-to-Roll printing requires that the motion of the web can be controlled in every direction in order to align different layers of ink properly. Between printers the ink is dried with hot air. The effects of thermal expansion on the tension of the web are studied in this work, and a mathematical model was constructed on Matlab and Simulink. Simulations and experiments lead to the conclusion that the thermal expansion of the web has a great influence on the tension of the web. Also, experimental evidence was gained that the particular printing machine used for these experiments at KU-FDRC may have a problem in controlling the speeds of the cylinders which pull the web.

Eri laskentamenetelmien vertailu hitsatun rakenteen väsymislaskennassa

Tässä työssä tutkittiin eri mitoitusmenetelmien soveltuvuutta hitsattujen rakenteiden vä-symislaskennassa. Käytetyt menetelmät olivat rakenteellinen jännityksen menetelmä, te-hollisen lovijännityksen menetelmä ja murtumismekaniikka. Lisäksi rakenteellisen jänni-tyksen määrittämiseksi käytettiin kolmea eri menetelmää. Menetelmät olivat pintaa pitkin ekstrapolointi, paksuuden yli linearisointi ja Dongin menetelmä. Väsymiskestävyys määritettiin kahdelle hitsiliitoksen yksityiskohdalle. Laskenta tehtiin käyttäen elementtimenetelmää rakenteen 3D-mallille. Tutkittavasta aggregaattirungosta oli olemassa FE-malli mutta alimallinnustekniikkaa hyödyntämällä pystyttiin yksityiskohtai-semmin tutkimaan vain pientä osaa koko rungon mallista. Rakenteellisen jännityksen menetelmä perustuu nimellisiin jännityksiin. Kyseinen mene-telmä ei vaadi geometrian muokkausta. Yleensä rakenteellisen jännityksen menetelmää käytetään hitsin rajaviivan väsymislaskennassa, mutta joissain tapauksissa sitä on käytetty juuren puolen laskennassa. Tässä työssä rakenteellisen jännityksen menetelmää käytettiin myös juuren puolen tutkimisessa. Tehollista lovijännitystä tutkitaan mallintamalla 1 mm fiktiiviset pyöristykset sekä rajaviivalle että juuren puolelle. Murtumismekaniikan so-veltuvuutta tutkittiin käyttämällä Franc2D särön kasvun simulointiohjelmaa. Väsymislaskennan tulokset eivät merkittävästi poikkea eri laskentamenetelmien välillä. Ainoastaan rakenteellisen jännityksen Dongin menetelmällä saadaan poikkeavia tuloksia. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että menetelmän laskentaetäisyydestä ei ole tietoa. Raken-teellisen jännityksen menetelmällä, tehollisen lovijännityksen menetelmällä ja murtumis-mekaniikalla saadaan samansuuntaiset tulokset. Suurin ero menetelmien välillä on mal-linnuksen ja laskennan vaatima työmäärä.

FAT-luokkien määritys hitsatuille levyliitoksille käyttämällä lineaarisen murtumismekaniikan särönkasvun simulointia

Työssä tutkittiin hitsattujen levyliitosten väsymiskestävyyden mitoitusarvoja. Hitsien väsymiskestävyyden mitoitusarvot määritettiin lineaarista murtumismekaniikkaa soveltavalla 2D FEM-laskentaohjelmalla. Murtumismekaanisen laskennan tuloksista määriteltiin, eri liitosgeometrioiden ja kuormitustyyppien mukaisia, nimellisen jännityksen väsymismitoitusmenetelmää vastaavia FAT-luokkia, joissa on huomioitu rakenteellinen jännitys hitsiä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Tutkittujen liitosten geometriat olivat pääsääntöisesti poikkeavia mitoitusstandardien ja ohjeiden sisältämistä taulukkotapauksista. Laskennassa otettiin huomioon hitsien liittymiskulma perusaineeseen, rajaviivan pyöristykset ja vajaa hitsautumissyvyys. Kuormitustyyppien vaihtelua tutkittiin rakenteellisen jännityksen taivutusosuuden muutoksilla ja kuormaa kantavien X-liitosten risteävien kuormituksien suhteellisilla suuruuksilla. Väsymiskestävyydet määritettiin kuormituskohtaisille kalvo- ja taivutusjännityksille sekä näiden jännitysjakaumien keskiarvoille. Työssä saatuja FAT-luokkia voidaan hyödyntää vastaavien geometrioiden ja kuormitusten yhteydessä, sekä interpoloimalla myös tuloksien väliarvoissa. Työssä käytetyillä menetelmillä voidaan parantaa nimellisen jännityksen mitoitusmenetelmän tarkkuutta ja laajentaa sitä koskemaan myös taulukkotapausten ulkopuolisia liitoksia. Työn tuloksissa on esitetty FAT-luokkia T-, X- ja päittäisliitoksille ja näiden eri kuormitusyhdistelmille.

Sotilaslentäjien stressi ja voimavarat HW1-koulutusohjelmassa

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää mitä stressitekijöitä sotilaslentäjillä on lentopalveluksessa ja muussa elämässä. Tarkoituksena on selvittää, miten stressi ilmenee sekä millaisia stressinhallintamenetelmiä ja uusien voimavarojen hankintakeinoja tutkittavilla on. Tutkimuksen avulla pyritään myös arvioimaan eri lentolajien stressaavuutta sekä millainen stressitaso tutkittavilla on eri lentolajien aikana. Tutkimukseen osallistui 14 ohjaajalinjan kadettia, jotka opiskelevat ilmavoiminen kadettikurssilla 89. Aineisto kerättiin teemoitetun päiväkirjan ja avointen kysymysten avulla. Aineisto analysoitiin kvalitatiivisin menetelmin niin, että päiväkirjojen osalta käytettiin diskursiivista tarkastelutapaa ja kyselyn analysoinnissa käytettiin assosiatiivista menetelmää. Merkittävimmät stressitekijät lentopalveluksessa olivat hajanainen koulutus, epävarmuus ja kokemattomuus uuden konetyypin kanssa, karttojen piirtäminen, tarkastuslennot, koulutuksen liian suuri nousujohteisuus, väsymys, opettajien toiminta sekä uusimuotoinen koulutusjärjestelmä. Stressin todettiin ilmenevän pääasiassa psyykkisinä oireina, joita olivat esimerkiksi ärtymys ja jännitys. Voimavarojen hankintakeinoista tärkeimpinä pidettiin liikuntaa ja riittävää lepoa. Lentolajeista simulaattorivaihe koettiin stressaavimmaksi ja tutkittavien oma stressitaso oli kyseisessä lentovaiheessa korkeimmillaan. Tuloksia voidaan pitää mielenkiintoisina ajatellen koulutuksen kehittämistä jatkossa.

Improvement of wet and dry web properties in papermaking by controlling water and fiber quality

Pappersindustrin står inför många utmaningar och bör uppfylla krav som ställs av t.ex. marknadstrender och slutanvändare. Snabbare och effektivare processer ställer även större krav på pappersbanans mekaniska egenskaper. Avbrott i produktionen sker inte enbart pga. låg styrka utan orsaken kan även vara en för låg spänning i pappersbanan. De flesta problemen sker vid våtpressen och/eller i början av torkpartiet då papprets torrhalt är 30-70 %. Spänningen hålls inte konstant efter töjning, utan sjunker pga. papprets relaxering, som till största delen sker då pappret flyttas från pressen till torkpartiet. Ur forskningssynvinkel öppnar en smidigt fungerande verksamhet med potentiella energibesparingar upp möjligheterna för förbättring av befintliga processer. I detta arbete undersöktes hur olika faktorer inverkar på fibernätverkets avvattning, initiala våtstyrka och relaxering samt också på slutproduktens mekaniska egenskaper och ytegenskaper. I första delen ändrades processvattnets egenskaper, såsom pH, konduktivitet och ytspänning. Ytspänningen varierades genom tillsatts av ett nonjoniskt ytaktivt ämne, s.k. surfaktant. Fiberegenskaperna modifierades också. Fibern maldes antingen genom en mild eller genom en hård process. Effekten av finmaterial undersöktes genom att tillsätta finmaterial till den ursprungliga massan eller genom att avlägsna finmaterialet från den malda massan. I den sista delen användes en hemicellulosa, som finns i stora mängder i gran, som tillsatsmedel. Förutom naturliga galaktoglukomannaner (GGM), tillverkades också en katjoniserad, en karboximetylerad samt en iminerad, amfifil GGM. Dessa användes i pappersmassa eller sprayades på ytan av ett nybildat ark. Resultaten, som erhölls i denna avhandling, bildar en värdefull kunskapsbas, som kan användas för kontroll och reglering av pappersmaskinens körbarhet och papperskvalitet.

Rivan kärjen jännityskomponentit

Tässä kandidaatin työssä on tutkitti miten eri jännityskomponentit käyttäytyvät rivan kärjen läheisyydessä. Työssä tutkittiin kahta eri mallia, rivallista levyä ja rivallista levyä hitsauksesta johtuvalla kulmavetäymällä. Tutkimus suoritettiin FEA-analyysin avulla. Komponenttien käyttäytymistä tutkittiin sekä veto- että taivutuskuormituksella. Tuloksissa on verrattu miten kulmavetäymä vaikuttaa komponenttien syntyyn ja miten eri kuormituksilla saadut tulokset poikkeavat toisistaan.