Publikationer från KTH
Not a member yet
57933 research outputs found
Sort by
Inverkan av ojämn spricktillväxt vid brottmekaniska experiment
No full textBrottmekaniska studier utgår ofta från antagandet om enhetlig och symmetrisk spricktillväxt. Lokala variationer i materialegenskaper, såsom de som orsakas av väteförsprödning, kan dock leda till ojämna sprickformer. Denna studie använder finita element-simuleringar i ANSYS för att undersöka hur olika sprickgeometrier påverkar spänningsfältet framför sprickan i en trepunkt böjprovstav. Genom att jämföra olika sprickformer syftar analysen till att öka förståelsen för hur spänningsfördelningen påverkas av sprickans utseende, samt att ge insikt i hur väteexponering kan ha försämrat stålets egenskaper. Resultaten visar att även subtila förändringar i sprickans geometri kan förändra det lokala spänningsfältet avsevärt, vilket understryker vikten av att ta hänsyn till sådana effekter vid bedömning av väteförsprödda komponenter. För den sprickform som bedömdes som mest realistisk visar mätningar att materialet vid kanten endast bibehåller 15% av sin totala motståndskraft mot spricktillväxt.
Optimization and analysis of alternative structural materials : A comparison between steel, timber and concrete as structural materials in an industrial building considering sustainability
No full textMed stort fokus på dagens klimatfråga har ett intresse av att bygga mer hållbart och miljövänligt vuxit, samtidigt som vissa krav saknas och därav används traditionella metoder. Genom att överväga materialval kan miljöpåverkan minimeras samtidigt som byggnadens funktionella och strukturella krav fortfarande uppfylls. Detta examensarbete baseras på en fallstudie utförd på en befintlig stålkonstruktion tillhandahållen från industriavdelningen på Sweco, för att jämföra hur konstruktionen alternativt hade kunnat utformas med trä respektive betong som stommaterial. Syftet med arbetet har varit att analysera hur klimatpåverkan och kostnaderna skiljer sig åt mellan de tre alternativen, med fokus på att hitta en optimerad version av vardera stomme för minimal materialåtgång. Jämförelsen har huvudsakligen utförts i programvaran RFEM, där den initiala byggnaden har optimerats för att sedan succissivt bytas ut och optimera vardera element till trä samt betong. Resultaten illustreras i diagram över de olika stommarnas volym, miljöpåverkan baserat på en livscykelanalys (LCA) och kostnader. I det stora hela visar resultaten att trä är det bättre alternativet. Denna slutsats dras då trä visar en lägre total miljöpåverkan i form av global uppvärmningspotential samt är betydligt billigare än de andra två materialen. Däremot bör många andra aspekter undersökas för en mer djupgående jämförelse.With growing attention on climate change, there is an increasing interest in buildingin more sustainable and environmentally friendly ways. However, some regulations arestill missing, and outdated design methods are often used. By carefully selecting materials,it is possible to reduce environmental impact while still meeting the building’sfunctional and structural requirements.This thesis is based on a case study of an existing steel structure provided by theindustrial department at Sweco. The aim was to explore how the same structure couldhave been designed using wood and concrete instead. The goal was to compare theclimate impact and costs of the three alternatives, focusing on optimising each frameto use as little material as possible.The comparison was mainly done in the software RFEM. The original steel frame wasfirst optimised, and then each part was gradually replaced and optimised in wood andconcrete.The results are presented in diagrams showing material volumes, environmental impactbased on life cycle analysis (LCA), and costs. Overall, the results indicate that woodis the best option. It has a lower environmental impact in terms of global warmingpotential and is also significantly cheaper than steel and concrete. However, furtherstudies are needed to evaluate other important aspects for a complete comparison
Basalt fibre as an alternative to steel reinforcement : A comparative analysis considering climate impact, bending capacity and crack formation
No full textDenna studie undersöker basaltfiberförstärkt polymerarmering (BFRP) i form av MiniBars och BasBars, som ett alternativ till traditionell stålarmering och stålfiberarmering i betongplattor för parkeringsgarage. Syftet är att analysera både konstruktiva egenskaper och miljöpåverkan för att utvärdera möjligheten att minska materialanvändning och koldioxidutsläpp samtidigt som prestanda i form av momentkapacitet och sprickkontroll bibehålls.Genom en kombination av litteraturstudie, FEM-modellering, dimensioneringsberäkningar, och livscykelanalys, jämfördes BFRP med stålfiber och traditionell stålarmering. Resultaten visar på att basaltfiberarmeringen erbjuder jämförbar prestanda med lägre materialåtgång, främst på grund av dess korrosionsbeständighet och hållfasthetsegenskaper. Detta möjliggör en tunnare betongplatta och därmed reducerad betongvolym.En betongplatta dimensionerades enligt Eurokod 2 och svensk standard för fiberbetong, med hänsyn till moment- och sprickviddskrav. Handberäkningar kompletterades med FEM-modellering för att optimera betongplattans tjocklek. Optimeringen av de två armeringsalternativen visade på en reduktion i betongåtgång samt en reduktion i erforderlig armeringsmängd för BFRP alternativet.Resultaten från den utförda LCA-analysen indikerar på att användningen av BFRP armering jämtemot stålarmering bidrar till en miljövänligare konstruktion, som främst drivs av en reduktion i betongåtgång och minskad armeringsmängd.Sammanfattningsvis erbjuder basaltfiberförstärkt polymerarmering ett attraktivt och miljömässigt hållbart alternativ till stålarmering i betongkonstruktioner, särskilt för parkeringshus och liknande miljöer där hög korrosionsrisk föreligger.This study investigates basalt fiber reinforced polymer (BFRP) reinforcement in the form of MiniBars and BasBars as an alternative to traditional steel reinforcement and steel fiber reinforcement in concrete slabs for parking garages. The aim is to analyze both structural properties and environmental impact to evaluate the potential for reducing material usage and carbon dioxide emissions, while maintaining performance in terms of moment capacity and crack control.Through a combination of literature review, FEM modeling, structural calculations, and life cycle assessment (LCA), BFRP was compared with steel fibers and conventional steel reinforcement. The results show that basaltfibre reinforcement offers comparable performance with lower material consumption, due to its corrosion resistance and strength characteristics. This allows for thinner concrete slabs and thereby reduced concrete volume.A concrete slab was designed according to Eurocode 2 and the Swedish standard for fiber-reinforced concrete, taking into account bending moment and crack width requirements. Manual calculations were complemented by FEM modeling to optimize slab thickness. The optimization of the two reinforcement alternatives demonstrated a reduction in concrete usage as well as a decrease in the required amount of reinforcement for the BFRP option.Results from the LCA-analysis indicate that the use of BFRP reinforcement, compared to traditional steel reinforcement, contributes to a more environmentally friendly structure, primarily driven by a reduction in concrete usage and reinforcement quantity.In conclusion, basalt fiber reinforced polymer reinforcement offers an attractive and environmentally sustainable alternative to steel reinforcement in concrete structures, particularly in parking garages and similar environments with high corrosion risk
Numerical flow investigation of a Roots blower
No full textThis thesis presents an investigation of the performance and efficiency of atwin-lobe Roots blower through the utilization of numerical simulations andComputational Fluid Dynamics (CFD). Compressors like these are used invarious industrial applications, especially in areas where moderate pressureratios and high volume flow rates are of interest.The primary objective of this study was to analyze the performancecharacteristics of simulated Roots blower data and compare it to lab-acquiredexperimental data of a real-life model. Since an actual view of the flow fieldinside the pump housing is difficult to obtain, the use of CFD could be a wayof visualizing the internal workings of the pump if integral parameters such asmass flow can be verified. This study serves as a first step toward this goal ofcapturing the complex fluid dynamics inside the blower.Several simulations were conducted, systematically varying factors likepressure ratio and rotational speed to evaluate their impact on the blowerperformance in terms of efficiency and similarity to the experimental data. Theresults obtained from the simulations were similar between the experimentaland the numerical test cases in the lower half of the investigated RPM range.At higher revolutions rates the discrepancies grew larger due to simplifiedconditions such as adiabatic walls of the pump housing that prevented coolingof the heated air.In conclusion, this study provided useful insight into the advantages andlimitations of the applied CFD software, Ansys Forte
Optimering av cykelvägsutformning för minskad energiförbrukning hos cyklister : Tillämpning av en energibaserad simuleringsmodell
No full textArbetet undersöker hur utformningen av cykelvägars höjdprofil kan optimeras för att minska cyklisters energiförbrukning. Arbetet motiveras av behovet av hållbara transportlösningar och bristen på planeringsverktyg som tar hänsyn till cyklisters energiåtgång. En existerande energibaserad simuleringsmodell för cyklister har översatts från MATLAB till Python och kopplats till en egen optimeringsalgoritm. Algoritmen avgör om det är mest energieffektivt att leda cykelvägen över eller under en större barriär, exempelvis en motorväg, genom att generera och jämföra höjdprofiler med hänsyn till lutningsbegränsningar och standarder. Resultaten visar att även små förändringar i vägprofilens utformning kan ge märkbara energibesparingar. Arbetet resulterar i ett verktyg som kan användas vid planering av cykelinfrastruktur för att främja cykling och därmed bidra till minskade utsläpp, förbättrad folkhälsa och mer effektiv stadsplanering
Rocket Engine Oxidizer Valve Flow Dynamics
No full textInitiating the combustion process in a hybrid rocket motor using pyrotechnic ignition has a riskof extinguishing the flame and thus the engine. To avoid this, a much lower flow rate can beintroduced before opening the main valve supplying oxidiser to the combustion chamber. Thisthesis investigates the possibility of integrating the pre-flow and fully opened stages in a singlevalve using an orifice plate design concept and quantifying how the diameter and geometry of suchan orifice will affect flow rate and cavitation. With experimental data to validate a simulationsetup, we used the k-omega SST turbulence model in ANSYS Fluent to find an expression for massflow through an orifice dependent on geometry. The effect of the orifice geometry on cavitationwas also brought to light. Results showed that mass flow rate can be increased when enlarging thediameter as well as when rounding the orifice inlet geometry. On top of this, the results show thatthe mass flow can be sufficiently predicted using Computational Fluid Dynamics and the SinglePhase Incompressible model assumption with certain pressure-based boundary conditions
LCA of a residential block in Sweden's first climate-positive district
No full textDetta examensarbete utforskar hur ett bostadskvarter kan utvecklas för att uppnå klimatpositivitet, det vill säga att byggprojektet bidrar till att binda mer växthusgaser än det släpper ut under sin livstid. Fallstudien är en del av ett större stadsutvecklingsprojekt som har som mål att bli Sveriges första klimatpositiva stadsdel, där ambitionen är att minska klimatpåverkan så långt som möjligt och samtidigt skapa klimatnytta genom långsiktigt kolupptag och förnybar energiproduktion. Genom att tillämpa livscykelanalys enligt samverkansplattform LFM30:s (Lokalt färdplan Malmö 2030) metodik analyseras klimatpåverkan under bygg- och driftskedet av kvarteret, inklusive flerbostadshus och radhus. I fokus står hur olika materialval och tekniska lösningar påverkar utsläppen ur ett livscykelperspektiv. Studien undersöker också potentialen i att använda biobaserade och återbrukade material som alternativ till konventionella byggprodukter, samt hur lokala lösningar som solceller och kolinlagring i mark kan bidra till negativa utsläpp. En viktig del av arbetet är att bedöma projektets genomförbarhet. Genom intervjuer med involverade aktörer, bland annat projektledare, konstruktör och byggherre lyfts praktiska möjligheter och hinder fram, såsom materialtillgång och kostnader. Resultaten visar att metoden är användbar redan i förstudiefasen och att det finns stor potential att styra mot klimatpositivitet genom tidiga och välinformerade val. Studien ger ett konkret exempel på hur klimatambitioner kan omsättas i praktiken, och fungerar som vägledning för framtida byggprojekt med höga hållbarhetsmål. This thesis explores how a residential block can be developed to achieve climate positivity, where the building project contributes to removing more greenhouse gases from the atmosphere than it emits. The case study is part of a larger urban development initiative within Sweden’s first climate neutral district, where the ambition is to minimize climate impact as much as possible while also generating climate benefits through long-term carbon storage and local renewable energy production. By applying life cycle assessment based on the LFM30 methodology, the study analyzes the climate impact of both the construction and use phases for the block, which includes apartment buildings and terraced houses. The focus lies on how material choices and technical solutions influence emissions from a life cycle perspective. The study also examines the potential of using bio-based and reused materials as alternatives to conventional construction products, as well as how local strategies such as solar panels and carbon sinks can contribute to negative emissions. A key aspect of the thesis is the evaluation of the project’s feasibility. Interviews with involved parties including the project manager, structural engineer and developer highlight practical opportunities and challenges such as material availability and cost. The results show that the method is applicable already in early planning stages and that there is strong potential to steer towards climate positivity through informed decisions made early in the process. The study offers a concrete example of how ambitious climate goals can be translated into practice and serves as guidance for future building projects with high sustainability ambitions.
Single-Family Home Conversion : A Study of a Specific Method for Desification of Single-Family Housing Areas
No full textBostadsbristen i Stockholm har länge varit påtaglig, och under 2010-talet har detta lett till ett tryck på att skapa fler bostäder i redan befintliga områden, genom så kallad förtätning. Denna uppsats studerar förtätningsmetoden: villaomvandling. Villaomvandling definieras som förtätning genom att riva en befintlig villa för att ersätta den med ett flerbostadshus.Arbetet syftar till att undersöka förtätningsmetoden villomvandling för att se de största utmaningarna i arbetsprocessen och i förfarandet. För att undersöka detta har relevant litteratur och dokument studerats, en fallstudie av tre villaomvandlingsprojekt och tre intervjuer har genomförts.Studien visar på att villaomvandlingar går att genomföra i både befintlig detaljplan och upprättande av ny detaljplan, samt att standarden är att alla projekt överklagas. När det kommer till Stockholms stads inställning till villaomvandlingsprojekt är de generellt positiva men visar tydligt genom sitt strategidokument varsam utveckling av småhus- och villaområden att denna typ av projekt ska utföras med varsamhet och respekt för områdets karaktär.The housing shortage in Stockholm has long been significant, and during the 2010s this has led to increased pressure to create more housing within existing areas through so-called densification. This thesis studies the densification method known as single-family home conversions. Single-family home conversion is defined as densification by demolishing an existing single-family house to replace it with a multi-family residential building.The purpose of this work is to investigate the densification method of single-family home conversion in order to identify the greatest challenges in the work process and procedure. To examine this, relevant literature and documents have been reviewed, a case study of three single-family home conversion projects has been conducted, and three interviews have been carried out.The study shows that single-family home conversions can be carried out both within existing detailed development plans and through the establishment of new detailed development plan, and that it is standard for all projects to be appealed. Regarding the City of Stockholm ́s attitude towards single-family home conversion projects, they are generally positive but clearly emphasize through their strategy document ”Careful Development of Small House and Single- Family House Areas” that this type of project should be carried out with caution and respect for the character of the area
Climate Adaptation to Flooding in Spatial Planning : Investigations, Requirements, and Collaborations in the Management of Flood Risks in Comprehensive and Detailed Development Plans
No full textKlimatförändringarna medför extrema väder- och klimathändelser som kan orsaka omfattande konsekvenser för våra samhällen. Dessa klimatförändringar leder till att Sverige står inför en påtaglig översvämningsproblematik, där översvämningar förväntas bli allt vanligare. Den fysiska planeringen, som bland annat utgörs av översiktsplaner och detaljplaner, är ett viktigt verktyg i arbetet med att minska samhällets sårbarhet mot klimatförändringarnas effekter, samt till att anpassa samhället för de risker och hot som förändringarna kan orsaka. Arbetet med den fysiska planeringen präglas av flera olika aktörer, som alla utgör en vital roll i klimatanpassningsarbetet. Ett fungerande samarbete mellan dessa aktörer, i takt med den ökande medvetenheten om klimatförändringarna och dess effekter, har därför blivit allt viktigare. Avsikten med denna studie har varit att undersöka vilka krav avseende översvämningar som behöver beaktas i översiktsplaner och detaljplaner enligt Plan och bygglagen (2010:900), och hur dessa krav påverkar kommunernas och konsulternas arbeten i den fysiska planeringen. Därutöver undersöker studien hur samarbeten mellan dessa aktörer kan förbättras för att underlätta och främja översvämnings- och klimatanpassningsarbetet. En kombination av två olika metoder har använts i detta arbete för att kunna besvara studiens frågeställningar. Studien inleddes med en litteraturstudie där relevanta lagar, krav och riktlinjer kopplade till klimatanpassnings- och översvämningsfrågor undersöktes. Därefter användes en kvalitativ intervjustudie där sammanlagt tretton personer med relevanta roller intervjuades, varav sex av dessa var tjänstemän från tre olika kommuner, och sju var konsulter från konsultföretaget Sweco. Litteraturstudien, tillsammans med intervjuerna, har lett till slutsatserna att riktlinjerna från statliga myndigheter och kraven i Plan- och bygglagen (2010:900), har en betydande påverkan på klimatanpassningsarbetet. Riktlinjerna och kraven har lett till att aktörerna i större omfattning tagit hänsyn till riskerna då de betonar vikten av klimatfrågorna i den fysiska planeringen, samtidigt som de inte vill riskera förseningar eller ekonomiska förluster i projekten på grund av överprövningar från länsstyrelsen. Vidare anses tydlig kommunikation, korrekt förståelse av problemen, förståelse för förändrade förhållanden samt adaptiva planeringar och lösningar vara viktiga. Dessutom är ett gemensamt ansvarstagande nödvändigt för ett förbättrat samarbete mellan aktörerna vid arbetet med klimatanpassnings- och översvämningsfrågor i den fysiska planeringen.Climate change is causing extreme weather and climate events that can have comprehensive consequences for our societies. These changes mean that Sweden is facing a serious flooding issue, with floods expected to become increasingly common. Spatial planning, which includes comprehensive plans and detailed development plans, is an important tool in reducing society’s vulnerability to the effects of climate change and in adapting society to the risks and threats that these changes may cause. The work with spatial planning involves several different actors, all of whom play a vital role in climate adaptation efforts. Effective collaboration between these actors, along with the growing awareness of climate change and its impacts, has therefore become increasingly important. The purpose of this study has been to examine the requirements regarding flooding that need to be considered in comprehensive and detailed development plans according to the Planning and Building Act (2010:900), and how these requirements affect the work of municipalities and consultants in spatial planning. In addition, the study investigates how collaboration between these actors can be improved to facilitate and promote flood and climate adaptation efforts. A combination of two different methods was used in this study to address the research questions. The study began with a literature review, in which relevant laws, requirements, and guidelines related to climate adaptation and flood issues were examined. This was followed by a qualitative interview study involving thirteen individuals with relevant roles, of whom six were municipal officials from three different municipalities, and seven were consultants from the consultingfirm Sweco. The literature review, together with the interviews, has led to the conclusion that guidelines from national authorities and the requirements in the Planning and Building Act (2010:900), have a significant impact on climate adaptation efforts. These guidelines and requirements have led the actors to take greater account of the risks, as they emphasize the importance of climate issues in spatial planning, while also seeking to avoid delays or financial losses in projects due to appeals by the County Administrative Board. Furthermore, clear communication, correct understanding of the issues, awareness of changing conditions, and adaptive planning and solutions are considered important. In addition, shared responsibility is essential for improved collaboration between actors in the work with climate adaptation and flood-related issues in spatial planning
Forecasting battery state of health: Predicting cell degradation using early ageing data only
No full textRetired electric vehicle batteries can potentially be given a second life in energy storage systems before being recycled. Such use realises and enables the transition to a low-carbon, circular economy. However, reliable use of second life batteries depends on accurate forecasting of their state of health and little data on the specific use-case is available. This study considers the little-studied problem of extrapolating forecasts into battery ages not covered by data. I used the open NASA Randomized battery usage dataset to evaluate four models that could plausibly be applied in real-world operations: a linear regression model and three Gaussian process models of varying complexity. The cells in the dataset are cycled in a manner similar to how energy storage systems are used. The simplest Gaussian process model uses a constant kernel, the most complex a search procedure to construct the kernel and find what number of principal components to use. The models train on the first half of battery ageing data, then predict the second half. The more complex models have a best-case normalised root mean square error of 1.5% and are, apart from a set of outlying performances, more robust, yet all models have similar median normalised root mean square errors and the simpler models would be easier to realise in real-world operations