Pakkausrakenteenmateriaalinvalinta ja rakennesuunnittelu

Epäherkkien räjähteiden teknologian käyttö mahdollistaa räjähdeturvallisuuden ja sa-malla sotilaallisen suorituskyvyn parantumisen. Suomen Puolustusvoimat päätti IM-teknologian käyttöönotosta vuonna 2004, mikä on edellyttänyt räjähdevalmistajilta tuotteidensa kehitystoimenpiteitä. Yksi osa-alue erään räjähdevalmistajan ajopanostuotteen kehitystyöstä on Exel Oyj:n valmistama panospakkaus, joka pyritään kehittämään uudistuneiden vaatimusten mukaiseksi. Tässä diplomityössä selvitettiin IM-tuotteen vaatimukset ja laadittiin panospakkauksen vaatimusprofiili, jonka perusteella tehtiinkirjallisen selvitys ballistisista materiaaleista. Panospakkauksen rakenneratkaisut perustuivat materiaalinvalintaan, joka toteutettiin ominaisarvovertailulla.Rakenneratkaisuja testattiin sekä ballistisesti että mekaanisilla testausmenetelmillä. Lisäksi testausmenetelmien välille tehtiin korrelaatiovertailuja, joidentulokset ovat lupaavia. Projektin lopputuloksena saatiin kehitettyä Exel Oyj:lle panospakkausratkaisu, jolla voidaan edistää suojattavan tuotteen IM-vaatimusten täyttymistä. Rakenteelle toteutetun lujuusanalyysin perusteella pakkausrakennetta voidaan pitää käyttökohteeseen soveltuvana.

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.

Törmäysystävällisen valaisinpylvään tuotteistaminen

Euroopan unioni on tiukentanut teiden laitteiden ja tukirakenteiden törmäysturvallisuusvaatimuksia. Uuden standardoinnin tarkoituksena on lieventää ajoneuvon kuljettajan ja matkustajan vammojen vakavuutta ajoneuvon törmätessä tielaitteiden pysyviin rakenteisiin. Käytännössä rakenteiden tulee hidastaa ajoneuvon nopeutta hallitusti eri törmäysnopeuksilla, jolloin matkustajaan kohdistuvat kiihtyvyydet eivät aiheuta vakavaa loukkaantumisriskiä. Vuonna 2005 Mikkelin ammattikorkeakoulun YTI-tutkimuskeskus ja Tehomet Oy kehittivät ensimmäisen version törmäysystävällisestä valaisinpylväästä. Tässä diplomityössä tavoitteena oli kehittää aikaisemmin tehdystä versiosta helpommin valmistettava versio sekä parantaa pylvään törmäyskäyttäytymistä. Valmistusmenetelmistä valittiin pultruusio, kuitukelaus, alipaineinjektio ja RTM. Menetelmille suunniteltiin soveltuvat rakenteet ja laskettiin rakenteiden valmistuskustannukset. Pultruusiolla, alipaineinjektiolla ja RTM:11ä valmistettiin koe-erä esitörmäyskokeita varten. Esitörmäyskokeiden jälkeen valittiin valmistusmenetelmäksi RTM. TKK/Tielaboratorion virallisissa testeissä kehitetylle pylväälle myönnettiin HE2-turvaluokitus. Hanketta jatketaan kehittämällä valmistusprosessia tehokkaammaksi uudistamalla muottitekniikkaa sekä ottamalla käyttöön lujiteaihiot. Tavoitteena on käynnistää tuotanto keväällä 2008. Kehitetty pylväs esitellään kansainvälisillä "Sähkö, Tele, Valo- ja AV 2008"-messuilla Jyväskylän Paviljongissa 6.-8.2.2008.