Publikationer från KTH
Not a member yet
57933 research outputs found
Sort by
The Future of Prosthetics: Establishing the Foundation for AI-Driven Material Optimization and Personalized Solutions : Material Selection and User Profiling for Optimized Fit and Performance in LowerLeg Prosthetics
No full textThe research outlined in this paper focuses on optimizing the material selection for lowerlimb prosthetics using an AI-driven, user-specific approach. The study addresses the gap in the current prosthetic materials, which, despite innovations in design and functionality, fail to fully accommodate individual user needs. The aim is to integrate advanced material data analysis with personalized user profiles to enhance the performance, comfort, and sustainability of prosthetic devices. Methodologically, the project establishes a dynamic database that incorporates user-specific factors, such as weight, activity level, and comfort preferences, alongside essential material properties such as yield strength, fatigue resistance, and density. The system was developed using the EduPack database and SQL-based dynamic filtering techniques. The results demonstrate that personalized material selection, driven by detailed user profiles, can significantly improve the fit and functionality of prosthetics. Key findings suggest that variables such as weight and durability are paramount, with highperformance users requiring lightweight and durable materials, while users with lower activity levels prioritize comfort and affordability. The database framework has proven effective in aligning materials with these diverse user needs, although further validation through empirical testing is needed. The research highlights the potential for AI-driven optimization to revolutionize prosthetic design, offering more individualized, efficient, and sustainable solutions. However, limitations such as incomplete datasets and the lack of real-world testing emphasize the need for continued development, including scalability, parameter refinement, and broader user categorization. This work lays the foundation for future advancements in personalized prosthetics, encouraging further interdisciplinary collaboration to enhance the quality of life for individuals with limb loss.Forskningen som beskrivs i denna rapport fokuserar på att optimera materialvalet för benproteser genom ett användarspecifikt tillvägagångssätt baserat på databashantering och datadriven filtrering. Studien adresserar den brist som finns i dagens protesmaterial, vilka trots innovationer inom design och funktionalitet, inte fullt ut tillgodoser individuella användarbehov. Syftet är att integrera avancerad materialdataanalys med personligt anpassade användarprofiler för att förbättra prestanda, komfort och hållbarhet hos proteser. Metodmässigt etablerar projektet en dynamisk databas som integrerar användarspecifika faktorer såsom vikt, aktivitetsnivå och komfortpreferenser, tillsammans med viktiga materialegenskaper som sträckgräns, utmattningsmotstånd och densitet. Systemet har utvecklats med hjälp av EduPack-databasen och SQL-baserade tekniker för dynamisk filtrering. Resultaten visar att ett personligt anpassat materialval, baserat på detaljerade användarprofiler, kan förbättra passform och funktionalitet avsevärt.De viktigaste slutsatserna tyder på att variabler som vikt och hållbarhet är avgörande – högpresterande användare kräver lätta och slitstarka material, medan användare med lägre aktivitetsnivåer prioriterar komfort och prisvärdhet. Databassystemet har visat sig vara effektivt i att matcha material med dessa varierande behov, även om ytterligare verifiering genom praktiska tester fortfarande krävs. Forskningen belyser potentialen för databaserad optimering att förändra utformningen av proteser genom att erbjuda mer individualiserade, effektiva och hållbara lösningar. Begränsningar som ofullständiga datamängder och avsaknaden av verkliga tester understryker dock behovet av fortsatt utveckling, inklusive skalbarhet, förfining av parametrar och bredare användarkategorisering. Detta arbete lägger grunden för framtida framsteg inom personligt anpassade proteser och uppmuntrar till fortsatt tvärvetenskapligt samarbete för att förbättra livskvaliteten för personer med förlorade extremiteter
Uppgradering av titanspån genom fastfaspulverbearbetning : sammansättning ochmikrostruktur
No full textThe global push toward sustainable manufacturing practices has increased interest in the recycling and upcycling of metal waste. In this thesis, ball milling was investigated as a method for converting Ti-6Al-4V swarf, a common machining by-product, into a powder suitable for cold spray applications. Ti-6Al-4V is a widely used titanium alloy in aerospace and biomedical industries due to its excellent strength-to-weight ratio and corrosion resistance. Transforming this waste material into reusable powder offers both economic and environmental benefits by decreasing dependence on primary titanium resources. The objective of the study was to produce powder with a target particle size of approximately 50 µm, suitable for use in cold spray additive manufacturing. Ball milling was performed using a RETSCH PM100 planetary ball mill equipped with a stainless-steel jar and grinding balls. Key milling parameters such as rotation speed (rpm), ball-to-powder ratio (BPR), and the use of a process control agent (PCA) were systematically varied. The results showed that milling speed had the most significant effect on particle size reduction. Increasing the rpm by 1.6 times accelerated particle size reduction by a factor of 3 to 4. The absence of a PCA led to adhesion of the swarf to the jar, balls, and lid, while adding 2 wt.% methanol as PCA effectively prevented this and enabled more efficient milling. A parameter combination of 650 rpm, 2 wt.% PCA, and a 10:1 BPR achieved the target particle size within 1.0–1.5 hours. For ball mills limited to lower rotational speeds, a set of 400 rpm, 2 wt.% PCA, and 20:1 BPR over 4 hours also produced satisfactory results. Remaining oversized swarf pieces could be removed by sieving, albeit with some yield loss. Interestingly, the resulting powder exhibited variable colour, from gray to black, without a consistent correlation to input parameters. It was loosely observed that the powder turned black during the first 45 minutes of milling and gradually returned to gray with extended milling beyond that point. Possible causes such as contamination or incomplete evaporation of the PCA were ruled out. Particle size and phase composition were characterized using optical microscopy and X-ray diffraction (XRD), respectively. XRD revealed a dominant presence of the α-Ti phase in black powders and possible small peaks of β-Ti in gray samples, suggesting that phase composition and possibly surface oxidation may be linked to the observed color changes. Overall, this work demonstrates the feasibility of using ball milling to upcycle Ti-6Al-4V swarf into powder suitable for cold spray and highlights the importance of parameter optimization for both efficiency and powder quality. The findings provide a basis for further process development in sustainable powder production and metal waste valorisation.Det globala fokuset på hållbar tillverkning har ökat intresset för återvinning och upcycling av metallavfall. I detta examensarbete undersöktes kulmalning som en metod för att omvandla Ti-6Al-4V-svarvspån, en vanlig biprodukt vid metallbearbetning, till ett pulver lämpligt för kallgassprutning. Ti-6Al-4V är en allmänt använd titanlegering inom till exempel flyg- och medicinteknikindustrin tack vare dess utmärkta förhållande mellan styrka och vikt samt korrosionsbeständighet. Att omvandla detta avfallsmaterial till återanvändbart pulver ger både ekonomiska och miljömässiga fördelar genom att minska beroendet av primära titanresurser. Syftet med studien var att framställa ett pulver med en målsatt partikelstorlek på cirka 50 µm, lämpligt för användning inom kallgassprutning. Kulmalning utfördes med en RETSCH PM100 planetkulmalare utrustad med en burk och kulor av rostfritt stål. Centrala malningsparametrar såsom rotationshastighet (rpm), kul-till-pulver-förhållande (BPR) och användning av processkontrollmedel (PCA) varierades systematiskt för att se de respektive effekterna. Resultaten visade att rotationshastighet hade störst inverkan på partikelstorleksreduktionen. En ökning av rotationshastighet med en faktor 1.6 påskyndade partikelminskningen med en faktor på 3 till 4. Utan PCA fastnade svarvspånet vid burken, kulorna och locket under malning, medan en tillsats av 2 viktprocent metanol som PCA effektivt förhindrade detta och möjliggjorde en mer effektiv malning. En parameterkombination med 650 rpm, 2 vikts% PCA och ett 10:1 BPR uppnådde önskad partikelstorlek inom 1.0–1.5 timmar. För kulmalningsutrustning begränsad till lägre rotationshastigheter gav en uppsättning med 400 rpm, 2 vikts% PCA och 20:1 BPR under 4 timmar också goda resultat. Kvarvarande större svarvspånsbitar kunde avlägsnas genom siktning, dock med viss förlust i utbyte. Intressant nog visade det resulterande pulvret varierande färg, från grått till svart, utan en tydlig koppling till inmatningsparametrarna. Det observerades i grova drag att pulvret blev svart under de första 45 minuterna av malning och gradvis återgick till grått vid längre malningstid. Möjliga orsaker såsom kontaminering eller ofullständig avdunstning av PCA testades och uteslöts. Partikelstorlek och fasinnehåll karaktäriserades med hjälp av optisk mikroskopi och röntgendiffraktion (XRD). XRD visade en dominerande närvaro av α-Ti-fasen i de svarta pulverproverna samt antydda små toppar av β-Ti i de grå proverna, vilket antyder att fasinnehåll och eventuellt oxidation kan vara kopplade till de observerade färgskillnaderna. Sammantaget visar detta arbete på möjligheten att använda kulmalning för att upcycla Ti-6Al-4V-svarvspån till pulver lämpligt för kallgassprutning, och understryker vikten av parameteroptimering för både effektivitet och pulverkvalitet. Resultaten ger ett underlag för vidare processutveckling inom hållbar pulverproduktion och värdeskapande av metallavfall
Novatex - A Public and Innovative Center of Textile
No full textDen nya lagstiftningen om obligatorisk textilsortering markerar ett viktigt steg mot en mer hållbar konsumtion, men infrastrukturen för insamling, återbruk och återvinning har ännu inte utvecklats i tillräcklig takt. Ett textilt innovationscenter i Slagsta industriområde kan spela en central roll i att möta denna utmaning genom att utveckla effektiva system för sortering och vidareförädling av textilier, samtidigt som det främjar forskning och innovation inom hållbar textilproduktion. Sverige ligger redan i framkant inom området och är det första landet i världen med en professor i remake, vilket understryker behovet av ett centrum som kan samla och vidareutveckla kunskap om textilåterbruk och cirkulär design. Genom att etablera en filial till Borås Textilhögskola i Stockholmsregionen skapas en viktig nod för forskning, utveckling och samverkan mellan akademi, industri och entreprenörer. Slagstas strategiska läge i mellersta Sverige med närheten till transportinfrastruktur gör det till en idealisk plats för testbäddar, experimentella produktionsmetoder och utbildning inom nya material och återvinningstekniker. Allmänheten inkluderas genom öppna verkstäder med tillgång till symaskiner, kurser i textilåterbruk och interaktiva utställningar om textilens livscykel. Genom att skapa en förståelse för textilproduktion och återbruk ger centret verktyg för en mer hållbar konsumtion och bidrar till en konkret omställning av branschen. Projektet innebär en transformation av en befintlig byggnad som idag huserar tung industri. Genom att tillföra den befintliga strukturen publika ytor både invändigt och utvändigt transformeras platsen till att i framtiden kunna skapa en möjlighet till sammankoppling av de nya bostadsområden som dyker upp omkring Novatex. The new legislation mandating compulsory textile sorting marks an important step towards more sustainable consumption, yet the infrastructure for collection, reuse, and recycling has not developed at a sufficient pace. A textile innovation center in the Slagsta industrial area can play a key role in addressing this challenge by developing efficient systems for sorting and further processing textiles, while promoting research and innovation in sustainable textile production. Sweden is already a leader in this field and is the first country in the world to have a professor of remake, underscoring the need for a center that can consolidate and advance knowledge in textile reuse and circular design. Establishing a branch of the Swedish School of Textiles in the Stockholm region would create an important hub for research, development, and collaboration between academia, industry, and entrepreneurs. Slagsta’s strategic location in central Sweden, with its proximity to major transport infrastructure, makes it an ideal site for testbeds, experimental production methods, and education in new materials and recycling technologies. The public will be engaged through open workshops with access to sewing machines, courses in textile reuse, and interactive exhibitions about the textile life cycle. By fostering an understanding of textile production and reuse, the center will provide tools for more sustainable consumption and contribute to tangible transformation within the industry. The project involves transforming an existing building currently used for heavy industry. By adding public spaces both inside and outside the structure, the site is reimagined to facilitate future connections to the new residential areas emerging around Novatex
Intellectual Property Challenges in Corporate-Backed Ventures : Development of a Global Intellectual Property Playbook for Scania CV AB
No full textFlera immaterialrättsliga utmaningar kan uppstå inom samarbetet mellan olikaparter. Samarbetsformen är en faktor som påverkar de immaterialrättsligautmaningar som behöver hanteras. Till exempel kan samarbetet innehållagemensam forskning och utveckling inom ett projekt. Uppstartsbolag, universitet och företagsriskkapitalbolag, det vill säga den investeringsarmhos etablerade företag som investerar i uppstartsbolag, är exempel på parter som kan vara involverade i samarbetet. Att anpassa operativa och strategiskamål för involverade parter, genomföra kontraktsförhandlingar och säkraimmaterialrättsliga intressen kan vara utmanande. Därför är det praktiskt att ha ett verktyg som underlättar hanteringen av detta. Ett exempel på ett sådant verktyg är en “playbook” som tillhandahåller praktiska riktlinjer och är enkelatt använda. Syftet med detta examensarbete, vilket baseras på en fallstudiegenomförd i samarbete med Scania CV AB, var att utreda immaterialrättsliganyckelutmaningar i “corporate-backed ventures” och ta fram praktiskariktlinjer för hantering av dessa. En “Global Intellectual Property Playbook”togs fram, i vilken de praktiska riktlinjerna sammanställdes, med syfte att skapa transparens i de immaterialrättsliga processerna inom samarbetet mellan ett etablerat företag och ett uppstartsbolag. Detta möjliggör effektivförhandling mellan parterna, vilket stärker samarbetet och de gemensammaforskningsaktiviteternaSeveral Intellectual Property (IP) challenges could arise in the cooperation between different parties. The cooperation form is one factor which influencesthe IP challenges that need to be managed. For example, the cooperation couldinclude joint Research and Development (R&D) within a project. Start-ups, universities, and Corporate Venture Capital (CVC) firms, i.e. the investmentarm of incumbent firms that invest in start-ups, are examples of parties that can be involved in the cooperation. Aligning operational and strategic goals of involved parties, conducting contract negotiations, and securing IP interestscould be challenging. Therefore, it is practical to have a tool that facilitates the management of this. One example of such a tool is a playbook, which providespractical guidelines and is easy to use. The purpose of this thesis work, whichis based on a case study conducted in collaboration with Scania CV AB, wasto investigate key IP challenges in corporate-backed ventures and developpractical guidelines for management of these. A Global IP Playbook was developed, in which the practical guidelines were compiled, with the purposeof creating transparency in the IP processes within the cooperation betweenan incumbent firm and a start-up. This enables efficient negotiation between the parties, which strengthens the cooperation and joint research activitie
With Nature at the Center - Transformation Ellipsen
No full textProjektet transformerar en privatägd kontors- och industrifastighet från 1992 till ett publikt center för natur och konsthantverk. Programmet svarar på en uttalad efterfrågan om en närmare anknytning till naturmiljö i området samt erbjuder en lösning på en del socioekonomiska skillnader och problem som för närvarande finns i Kungens kurva med omnejd. Syftet med det föreslagna programmet är att introducera, folkbilda och inspirera kreativitet med naturmiljön som genomgående tema. Den befintliga byggnaden omformas till två sammankopplade flyglar som separeras av ett arboretum i byggnadens sydvästra hörn. Detta utgör projektets mest framträdande transformationsingrepp. Ett underordnat syfte med projektet var att undersöka fenomenet transformation i form av att ersätta delar av byggnaden med en (konstruerad) naturmiljö, som dock fortfarande är inkluderad i det uppfattade ramverket för arkitekturen och därmed inte kan reduceras till omgivning. The project transforms an existing and privately owned office and industrial building from 1992 into a public centre for nature and crafts. The program meets a pronounced demand for a closer connection to the natural environment in the area and offers a solution for some socioeconomic issues of the present day Kungens kurva. The purpose of the proposed program is to introduce, inform and inspire creativity with nature as a consistent theme. The existing building is reshaped into two interconnected wings, separated by a corner arboretum, which constitutes the most prominent feature of the transformation. A sub purpose of the project is to investigate the phenomenon of transforming a building by replacing parts of it with (constructed) nature while still included in the perceived framework of the architecture, and not being reduced to 'surrounding'.
CoreChess : Design och Genomförande av en Schackrobot
No full textThis project and bachelor thesis explores the possibility of creating an automated chess game using mechatronic principles. It aims to construct an automated version of a 4x4-sized chess system. The principle of movement was done through dragging pieces from below the board with the help of magnets. The systems main areas of innovation can be divided into two parts: i) The physical implementation is based on a CoreXY system driven by stepper motors and two cam belts. The system moves an electromagnet which in turn moves the pieces. ii) A software part where a customized version of the Stockfish chess engine is used to enforce the rules of the game and generate moves for the artificial player. The physical implementation consists of a belt and pulley system that utilize CoreXY principles to move an electromagnet under the board, which in turn moves the pieces. On the software side, a customized version of chess engine Stockfish, is used to handle logic and communicates from a Raspberry Pi to an Arduino that controls all electronics. After experimentation a square size of 45x45mm was found to drastically reduce unwanted magnetical attraction. A bigger board with heavier pieces allowed for more stability in the pieces. A sensor-based system was found to be preferred due to mechanical struggles that followed with using 40x40mm VSlots instead of the more common 20x20mm. This caused the physical boards status to sometimes not match the engines board state. Overall, the CoreXY design yielded a robust and cost effective cost effective for a belt and pulley chess system.Detta projekt och kandidatuppsats undersöker möjligheten att skapa ett automatiserat schackspel med hjälp av mekatroniska principer. Målet är att konstruera en automatiserad version av ett schacksystem i 4x4-storlek. Systemets huvudsakliga innovationsområden kan delas in i två delar: i) Den fysiska implementeringen baseras på ett CoreXY-system som drivs av stegmotorer och två kamremmar. Systemet flyttar en elektromagnet som i sin tur flyttar pjäserna. ii) En mjukvarudel där en anpassad version av Stockfish schackmotor används för att upprätthålla spelregler och för att generera drag för den artificiella spelaren. Den fysiska implementeringen består av ett remoch trissystem som använder CoreXY-principer för att flytta en elektromagnet under brädet, vilket i sin tur flyttar pjäserna placerade ovanpå brädet. På mjukvarusidan används en anpassad version av schackmotorn Stockfish för att hantera logik och kommunicera från en Raspberry Pi till en Arduino som styr all elektronik. Efter experiment visade det sig att en kvadratstorlek på 45x45mm drastiskt minskade oönskad magnetisk attraktion. Ett större bräde med tyngre delar gav mer stabilitet hos pjäserna. Ett sensorbaserat system visade sig vara att föredra på grund av mekaniska problem som följde med att använda 40x40mm VSlots istället för de vanligare 20x20mm. Detta ledde till att det fysiska brädets status ibland inte matchade schackmotorns status. Sammantaget gav CoreXYkonstruktionen en robust och kostnadseffektiv lösning för ett schackrobot
Methods for Analyzing Complex and Holistic Interactions in Early-stage design : A framework integrating Network Theory, Sensitivity Analysis, and Structural Equation Modelling for analyzing interactions among subsystems in early-stage design
No full textThe conventional approach to vehicle design is inherently restrictive in analysing complex interactions and the resulting knock-on effects. This often leads to disharmonious solutions and increased design iterations. To overcome this, the focus needs to shift to early-stage design where there is freedom to explore design alternatives. But, this phase typically has limited information about system behaviour, entailing the need for holistic multidisciplinary models and robust methods. However, the methods and models available often focus on single aspect in isolation, which necessitates the need for an integrated framework. This thesis proposes a framework that analyses complex and holistic interactions within multidisciplinary systems to investigate how the variation in input propagates as knock-on effects and ultimately influences the system outputs. To achieve this, the framework is structured into five distinct phases. Each phase aims to address the research questions formulated and fulfil the functions of the framework. The framework integrates multidisciplinary modelling techniques with network theory to capture complex interactions. Global Sensitivity Analysis (GSA) methods are combined with tailored network algorithms to identify the interactions relevant to a specific input and output. These identified interactions are then quantified using curve fitting and two directional sensitivity measures, Average Local Sensitivity Coefficient (ALSC) and Average Combined Sensitivity Coefficient (ACSC), which were proposed in this thesis. Finally, Structural Equation Modelling (SEM) is utilised to investigate how input variations propagate as knock-on effects through intermediate variables, ultimately influencing system outputs. The framework's capabilities were demonstrated through two case studies. An intra-subsystem interaction analysis with traction motor and an inter-subsystem interaction analysis involving a traction motor and a passive cooling model of an inverter. In the intra-subsystem case study, the framework successfully identified three influential inputs (voltage (U), rated power (Prated), and frequency (f)) for the chosen output of interest (rotor resistance (R'r)), and reduced the number of factors to consider in the analysis by 92.51% for U, 89.42% for Prated, and 93.83% for f. The results obtained from the framework was compared to the results from GSA methods, which showed a maximum error of 3%, thereby validating the proposed framework's ability to calculate the knock-on effects and the total impact while preserving the input-output relationship. Furthermore, the framework revealed insights into nuances of knock-on effects and total impact, such as the finding that the rated power induced more design changes despite having similar influence on the output as frequency. In the inter-subsystem interaction analysis, the framework was similarly able to identify the influential input (Prated) for the chosen output of interest (Tbase,max), and reduced the number of factors to consider by 57%. The validation step revealed an error of 6.77%, which was acceptable considering the complexity of the network that involves 3568 paths between the input and the output. Furthermore, while calculating the direct ALSC value using curve fitting, it was observed that Tbase,max had distinct clusters across specific ranges of motor power values which was attributed to the presence of incorporated design margins and complex interactions in the traction motor model. Thus, this thesis delivers a framework that is capable of systematically capturing, quantifying, and analysing complex and holistic interactions in a multidisciplinary system to investigate and quantify the knock-on effects and the total impact of varying an input on an output. It serves as a valuable comprehensive guide in early-stage design for designers to identify an effective input to significantly influence a specific output and understand the consequence of modifying that chosen input. Den konventionella metoden för fordonsdesign är i sig restriktiv när det gäller att analysera komplexa interaktioner och de resulterande kedjeeffekterna (knock-on effects). Detta leder ofta till lösningar som inte fungerar bra tillsammans och till fler interationer under designprocessen. För att övervinna detta behöver fokus flyttas till tidig designfas där det finns frihet att utforska designalternativ. Men denna fas kännetecknas typiskt av begränsad information om systembeteende, vilket medför behovet av holistiska tvärvetenskapliga modeller och robusta metoder. De tillgängliga metoderna och modellerna fokuserar dock ofta på enskilda aspekter isolerat, vilket nödvändiggör ett integrerat ramverk. Denna avhandling föreslår ett ramverk som analyserar komplexa och holistiska interaktioner inom tvärvetenskapliga system för att undersöka hur variationen i indata sprids som kedjeeffekter och slutligen påverkar systemutdata. För att uppnå detta är ramverket strukturerat i fem distinkta faser. Varje fas syftar till att adressera de formulerade forskningsfrågorna och uppfylla ramverkets funktioner. Ramverket integrerar tvärvetenskapliga modelleringsmetoder med Nätverksteori (Network Theory) för att fånga komplexa interaktioner. Global känslighetsanalys (Global Sensitivity Analysis (GSA)) metoder kombineras med skräddarsydda nätverksalgoritmer för att identifiera de interaktioner som är relevanta för en specifik in- och utdata. Dessa identifierade interaktioner kvantifieras sedan med hjälp av kurvanpassning och två riktade känslighetsmått, Average Local Sensitivity Coefficient (ALSC) och Average Combined Sensitivity Coefficient (ACSC), vilka föreslogs i denna avhandling. Slutligen används Strukturell ekvationsmodellering (Structural Equation Modelling (SEM)) för att undersöka hur indatavariationer sprids som kedjeeffekter genom mellanliggande variabler, vilket slutligen påverkar systemutdata. Ramverkets kapacitet demonstrerades genom två fallstudier. En interaktionsanalys inom delsystemet med framdrivningsmotor och en interaktionsanalys mellan delsystem som involverade en framdrivningsmotor och en passiv kylningsmodell för en växelriktare. I fallstudien inom delsystemet identifierade ramverket framgångsrikt tre inflytelserika indata (spänning (U), nominell effekt (Prated) och frekvens (f)) för den valda utdatan av intresse (rotorresistans (Rr')), och minskade antalet faktorer att beakta i analysen med 92.51% för U, 89.42% för Prated och 93.83% för f. Resultaten från ramverket jämfördes med resultat från GSA-metoder, vilket visade en maximal avvikelse på 3%, och därmed validerades det föreslagna ramverkets förmåga att beräkna kedjeeffekterna och den totala påverkan samtidigt som in-utdata-förhållandet bevarades. Vidare gav ramverket insikter i nyanserna av kedjeeffekter och total påverkan, såsom fyndet att den nominella effekten orsakade fler designförändringar trots att den hade liknande påverkan på utdata som frekvensen. I interaktionsanalysen mellan delsystem kunde ramverket på liknande sätt identifiera den inflytelserika indatan (Prated) för den valda utdatan av intresse (Tbase,max), och minskade antalet faktorer att beakta med 57%. Valideringssteget visade en avvikelse på 6.77%, vilket var acceptabelt med tanke på nätverkets komplexitet som involverar 3568 vägar mellan indata och utdata. Vidare, vid beräkning av det direkta ALSC-värdet med hjälp av kurvanpassning, observerades att Tbase,max hade distinkta kluster över specifika intervall av motoreffektvärden, vilket tillskrevs förekomsten av inbyggda designmarginaler och komplexa interaktioner i framdrivningsmotormodellen. Således levererar denna avhandling ett ramverk som systematiskt kan fånga, kvantifiera och analysera komplexa och holistiska interaktioner i ett tvärvetenskapligt system för att undersöka och kvantifiera kedjeeffekterna och den totala påverkan av en förändring i en indata på en utdata. Det fungerar som en värdefull och omfattande guide för formgivare att identifiera effektiv indata för att avsevärt påverka en specifik utdata i den tidiga designfasen och att förstå konsekvenserna av att modifiera den valda indatan.QC 250922</p
Graded Index Silicon Micromachined Lens Antenna : Enabling 36-dBi Gain and Circular Polarization at 500–750 GHz
No full textThis communication introduces a graded index (GRIN) Fresnel zone planar lens (FZPL) antenna operating with high gain in the 500–750-GHz frequency range. The main innovation involves achieving a gain of 35.9 dBi by incorporating a GRIN dielectric perforated disk. This perforated disk acts as a distributed spatial delay for beam focusing, ensuring gain improvement and circular polarization simultaneously without needing an extra polarizer. The antenna exhibits high efficiency, with an average radiation efficiency of −1.05 dB, achieved through the optimization of a modified FZPL for silicon-on-insulator (SOI) micromachining technology. The antenna maintains a return loss below −15 dB across the entire 500–750-GHz band, achieving a 40% fractional bandwidth, with circular polarization maintained and an axial ratio consistently below 2.8 dB. The fabricated chip, sized 12.18×12.18 mm with a thickness of 526 μ m, enhances practicality. The feeding arrangement involves a standard open waveguide, and direct mounting into a standard WM-380 waveguide flange is facilitated. This communication discusses the prototype’s design, fabrication, and measurement, emphasizing the excellent agreement between the antenna’s performance and simulated data.QC 20250910</p
Facilitating advanced spectral element simulations of wall-bounded flows
No full textThe overarching aim of this thesis is to enable accurate simulations of high-Reynolds-number wall-bounded flows, representative of those encountered in realistic engineering applications. Achieving this goal requires progress on several fronts, ranging from methodological developments to computational considerations and the application of simulations to relevant flow configurations. First, advances are made in numerical techniques for scale-resolving simulations of wall-bounded turbulence. New methods are introduced that allow turbulent boundary layers to be simulated efficiently at arbitrarily high Reynolds numbers and sustained over long physical times. In addition, existing turbulence inflow generation approaches are assessed with particular emphasis on their suitability for aeroacoustic predictions, where a physically consistent representation of turbulent structures is essential. Second, the ability of scale-resolving simulations to exploit emerging computing architectures is investigated. In particular, the sensitivity of such simulations to reduced-precision arithmetic, a feature increasingly common in modern high-performance computing hardware, is systematically evaluated. This provides insights into the accuracy–efficiency trade-offs that can be expected as computational platforms evolve. Finally, the methods are applied to canonical but engineering-relevant test cases that combine fundamental physical interest with practical significance. Direct numerical simulations are carried out for flow over the Boeing speed bump and for a drone rotor at moderate Reynolds numbers. For the Boeing speed bump, a detailed analysis of boundary-layer dynamics is performed, providing new insights into the interaction between geometry-induced pressure gradients and turbulent structures. The drone rotor simulations, in turn, represent a first step toward applying scale-resolving methods to realistic aerodynamic configurations where both performance and noise are of interest. Overall, the contributions of this thesis span algorithmic development, computational assessment, and application to canonical test cases, thereby laying the foundation for scale-resolving simulations of wall-bounded turbulence at conditions directly relevant to engineering design.Det övergripande målet med denna avhandling är att möjliggöra noggranna simuleringar av väggbundna strömmar vid höga Reynolds-tal, representativa för de förhållanden som återfinns i verkliga ingenjörstillämpningar. För att uppnådetta krävs framsteg på flera områden, från metodutveckling till datoranpassning och tillämpning på relevanta strömningsfall. För det första presenteras nya numeriska metoder för skalanupplösande simuleringar av väggbunden turbulens. Dessa metoder gör det möjligt att på etteffektivt sätt simulera turbulenta gränsskikt vid godtyckligt höga Reynolds-tal och att upprätthålla simuleringarna under långa tidsperioder. Vidare utvärderas befintliga inflödesmetoder för turbulens med särskilt fokus på deras lämplighet för aeroakustiska prediktioner, där en fysiskt konsekvent representation av turbulenta strukturer är avgörande. För det andra undersöks skalanupplösande simuleringars förmåga att utnyttjanya beräkningsarkitekturer. I synnerhet analyseras känsligheten hos dessasimuleringar för reducerad numerisk precision, en egenskap som blir allt vanligare i modern högprestandaberäkning. Detta ger viktiga insikter i av vägningen mellan noggrannhet och beräkningseffektivitet vid framtida beräkningsplattformar. Slutligen tillämpas metoderna på kanoniska men ingenjörsrelevanta fall som kombinerar fundamentalt fysikaliskt intresse med praktisk betydelse. Direkta numeriska simuleringar genomförs för strömning över en Boeing speed bump samt för en drönarrotor vid måttliga Reynolds-tal. För Boeing speed bump analyseras gränsskiktets fysik i detalj, vilket ger nya insikter om samspelet mellan geometriinducerade tryckgradienter och turbulenta strukturer. Simuleringarnaav drönarrotorn utgör i sin tur ett första steg mot att tillämpa skalanupplösande metoder på realistiska aerodynamiska konfigurationer där både prestanda ochbuller är av intresse. Sammanfattningsvis spänner avhandlingens bidrag från metodutveckling och datorarkitektoniska utvärderingar till tillämpning på kanoniska testfall. Därmed läggs en grund för skalanupplösande simuleringar av väggbunden turbulens under förhållanden som är direkt relevanta för ingenjörsmässig design.QC 250930</p
Discrete Event Simulation : Based Analysis and Optimization of a Flexible Factory Concept
No full textThis thesis presents a discrete event simulation-based analysis of a proposed flexible factory concept at LEAX Group. The company aimed to validate the production flow performance of the planned factory. The main objectives were identifying bottlenecks, determining optimal batch sizes, and evaluating the impact of layout and process changes. A discrete event simulation model was developed in ExtendSim to replicate the planned production of 14 product types, incorporating routing logic, setup times, batch constraints, and equipment limitations. EPQ calculations and simulation-based optimization were used to test various batch sizing strategies. The results revealed key bottlenecks driven by uneven workload distribution and long setup times. Implementing rerouting strategies, resizing pallets, and adding equipment led to increased throughput to meet the customer’s demand and reduced work-in-progress inventory. The findings provide actionable recommendations for LEAX to improve productivity, minimize waste, and ensure a robust, flexible manufacturing setup.Denna avhandling presenterar en analys baserad på diskret händelsesimulering av ettföreslaget flexibelt fabrikkoncept hos LEAX Group. Företaget hade som mål att valideraproduktionsflödets prestanda i den planerade fabriken. De huvudsakliga målen var attidentifiera flaskhalsar, fastställa optimala batchstorlekar samt utvärdera effekten avförändringar i layout och processer. En modell för diskret händelsesimulering utvecklades i ExtendSim för att efterlikna denplanerade produktionen av 14 produkttyper, med inbyggd ruttlogik, ställtider,batchbegränsningar och utrustningsbegränsningar. EPQ-beräkningar ochsimuleringsbaserad optimering användes för att testa olika strategier för batchstorlek. Resultaten avslöjade centrala flaskhalsar orsakade av ojämn arbetsbelastning och långaställtider. Genom att införa omdirigeringsstrategier, ändra pallstorlekar och lägga tillutrustning kunde genomströmningen ökas för att möta kundens efterfrågan och minskapågående arbete (WIP). Resultaten ger konkreta rekommendationer till LEAX för att förbättra produktiviteten,minimera slöseri och säkerställa en robust och flexibel tillverkningslösning