Finite element calculation of fracture parameters

Tämän työn tarkoituksena on tutustua murtumismekaniikan analyysien laskentaan numeerisesti elementtimenetelmällä. Murtumismekaniikka tutkii materiaalissa olevia säröjä ja niiden vaikutusta rakenteen kestävyyteen. Laskennassa käytetään Ansys 14.5 -ohjelman Workbench-ympäristöä. Työn sisältö on rajattu käsittelemään vain stationäärisiä säröjä, eli särön kasvua ei tässä tutkita. Tavoitteena on tutkia murtumisparametrien laskemista numeerisesti, sekä siihen liittyviä toimenpiteitä valmisohjelman kannalta. Työn teoriaosuudessa selvitetään valmisohjelmien taustalla olevaa murtumismekaniikan teoriaa. Teorian osa-alueista ensimmäisenä esitellään perustana olevaa kiinteän aineen mekaniikan teoriaa. Murtumismekaniikan teoria painottuu lineaariseen murtumismekaniikkaan. Elastis-plastista murtumismekaniikkaa esitellään erittäin lyhyesti. Elementtimenetelmästä käydään läpi lineaarista ja epälineaarista teoriaa, sekä laskennassa käytettäviä singulaarisia elementtejä. Sovellusosuudessa tutkitaan säröalueen elementtiverkon muodostamista ja lasketaan murtumisparametreja eri tapauksissa. Särötehtävien analysointi Ansys 14.5 -ohjelmalla havaittiin varsin helpoksi ja suoraviivaiseksi. Ohjelman toiminnot ovat helppokäyttöisiä kun on ensin tutustunut taustalla olevaan teoriaan. Laskennasta saatavat tulokset havaittiin luotettaviksi kun niitä verrattiin analyyttisiin tuloksiin. Yllättävä havainto oli, että elementtiverkon ei tarvitse olla kovin tiheä laskettaessa murtumisparametreja. Käytännön laskentaa vaikeuttaa se, että ohjelmassa särön geometriaa on rajoitettu ja yksinkertaistettu huomattavasti

Liettyneiden metsäpurojen kunnostaminen

Tieteen tor

Happamuuden aiheuttamat vesistöhaitat ja niiden torjuntakeinot Sanginjoella

Sanginjoki, Oulujoen alin sivujoki, on Oulun seudun tärkeimpiä virkistysalueita ja Merikosken kalatietä lähin potentiaalinen vaelluskalojen nousualue. Joen ajoittainen happamuus kuitenkin heikentää Sanginjoen virkistyskäytöllistä ja ekologista arvoa. Kaupunki ja vesi – Sanginjoen virkistyskäyttöarvon parantaminen ja ekologinen kunnostus (2008-2011) -hankkeessa selvitettiin Sanginjoen happamuuden alkuperää, seurattiin laajasti eri alueilta jokeen laskevien valumavesien pH:n muutoksia sekä testattiin menetelmiä happamien huuhtoumien ennaltaehkäisyyn ja neutralointiin. Tulosten perusteella laadittiin toimenpidesuunnitelma happamuuden ehkäisemiseksi sekä happamuuden aiheuttamien haittojen lieventämiseksi. Julkaisussa on myös esitetty tietoa Sanginjoen ja sen valuma-alueen ominaisuuksista, joen ekologisesta tilasta, vedenlaadun kehityksestä sekä happamuuden ehkäisemiseen soveltuvista menetelmistä. Tulosten perusteella Sanginjoen veden happamuus usein voimistuu virtaamien kasvaessa. Etenkin kesä- ja syyssateiden yhteydessä havaittiin alhaisia pH-lukemia, joihin vaikuttivat maaperä, kasvillisuus ja maankäyttö. Hapan huuhtouma on pääosin peräisin turvepitoisten maiden orgaanisesta huuhtoumasta, mutta paikallisesti vedenlaatuun voivat vaikuttaa alueella esiintyvät happamat sulfaattimaat ja mustaliuskealueet. Sanginjoen vesi on ollut myös luontaisesti hapanta lähinnä suo- ja turvemaiden happamien valumavesien johdosta, mutta happamuus on todennäköisesti lisääntynyt ihmistoiminnan vaikutuksesta. Sanginjoen valuma-alueella testattujen vesiensuojelu- ja kunnostusmenetelmien vaikutukset happamien valumavesien neutraloinnissa vaihtelivat, mutta osa menetelmistä osoittautui käyttökelpoiseksi ja niitä voidaan suositella käytettävän jatkossa niin Sanginjoella kuin vastaavilla happamuudesta kärsivillä kohteilla. Menetelmien kehittämistä ja erityisesti vaikutusten seurantaa tulee kuitenkin edelleen jatkaa. Hankkeessa testatut menetelmät ovat keinoja ihmistoiminnasta aiheutuvan happamuuden lisääntymisen torjunnassa. Parhaiten Sanginjoen ja muiden happamuudesta kärsivien vesistöjen hapanta kuormitusta ehkäistään huomioimalla maankäytössä happamuuden kannalta kriittisten turve- ja sulfidipitoisten alueiden ominaisuudet ja sijoittuminen jo ennen maankäytön toimenpiteitä ja kuormituksen syntymistä

Finite element calculation of fracture parameters

Tämän työn tarkoituksena on tutustua murtumismekaniikan analyysien laskentaan numeerisesti elementtimenetelmällä. Murtumismekaniikka tutkii materiaalissa olevia säröjä ja niiden vaikutusta rakenteen kestävyyteen. Laskennassa käytetään Ansys 14.5 -ohjelman Workbench-ympäristöä. Työn sisältö on rajattu käsittelemään vain stationäärisiä säröjä, eli särön kasvua ei tässä tutkita. Tavoitteena on tutkia murtumisparametrien laskemista numeerisesti, sekä siihen liittyviä toimenpiteitä valmisohjelman kannalta. Työn teoriaosuudessa selvitetään valmisohjelmien taustalla olevaa murtumismekaniikan teoriaa. Teorian osa-alueista ensimmäisenä esitellään perustana olevaa kiinteän aineen mekaniikan teoriaa. Murtumismekaniikan teoria painottuu lineaariseen murtumismekaniikkaan. Elastis-plastista murtumismekaniikkaa esitellään erittäin lyhyesti. Elementtimenetelmästä käydään läpi lineaarista ja epälineaarista teoriaa, sekä laskennassa käytettäviä singulaarisia elementtejä. Sovellusosuudessa tutkitaan säröalueen elementtiverkon muodostamista ja lasketaan murtumisparametreja eri tapauksissa. Särötehtävien analysointi Ansys 14.5 -ohjelmalla havaittiin varsin helpoksi ja suoraviivaiseksi. Ohjelman toiminnot ovat helppokäyttöisiä kun on ensin tutustunut taustalla olevaan teoriaan. Laskennasta saatavat tulokset havaittiin luotettaviksi kun niitä verrattiin analyyttisiin tuloksiin. Yllättävä havainto oli, että elementtiverkon ei tarvitse olla kovin tiheä laskettaessa murtumisparametreja. Käytännön laskentaa vaikeuttaa se, että ohjelmassa särön geometriaa on rajoitettu ja yksinkertaistettu huomattavasti

Iijoen vesistön uittotoiminta ja sen jälkeiset entisöintityöt

Iijoen vesistö on ollut merkittävä puutavaran kuljetusreitti 1980-luvulle saakka. Uittoa varten vesistöalueella on mm. tehty laajoja koskiperkauksia ja noin 140 säännöstelypatoa sekä paljon muita rakenteita. Uiton aikana vesistöön jäi paljon uppopuita. Uiton loputtua aloitettiin Iijoella uittoa ohjanneiden uittosääntöjen kumoaminen ja sen jälkeen vuonna 1988 koskien kunnostaminen, laskettujen järvien vedenkorkeuden palauttaminen ja muut uittoväylien purkamiseen liittyvät työt. Entisöintityöt saatiin valmiiksi vuonna 2012. Tässä raportissa on kuvattu uittoväylien kuntoonpanoa ja puutavaran uiton eri vaiheita Iijoella. Pääosa raportista keskittyy uittoväylien entisöintitöiden kuvaamiseen. Töitä ja työmenetelmiä on kuvattu sekä yleisesti, että osa-alueittain. Raporttiin on koottu myös tiivistelmä entisöintitöiden yhteydessä tehdystä mittavasta tutkimus- ja kehittämistoiminnasta sekä seurannoista. Ne liittyvät mm. kalakantoihin ja kalojen elinalueiden laatuun, pohjaeläimiin ja vesistöjen käyttäjien asenteisiin. Raporttia varten on haastateltu eri intressiryhmien edustajia. Raportin tarkoitus on dokumentoida Iijoen uiton noin 25 vuotta kestänyt purkamistyö ja välittää siitä saadut kokemukset muiden hyödynnettäviksi

Restoration of riverine habitat for fishes - analyses of changes in physical habitat conditions

Abstract The subject of the study was to search and test restoration measures for the most common physical habitat degradations in Finnish rivers. Methods for constructing nursery and spawning habitats for salmonid fishes were tested in small rivers dredged for timber floating in the Iijoki watercourse. Physical habitat modelling was used to simulate the effects of restoration measures to the hydro-physical conditions and potential fish habitats. The rehabilitation of the river bed and the placement of boulder structures, especially large boulder dams, made the rapids spatially more complex and increased the availability of potential physical habitat for brown trout (Salmo trutta). The physical habitat model was applied in the river Siikajoki to estimate the impacts of flow regulation patterns on the physical habitat quality. No single flow event causing a bottle-neck effect on the potential habitat suitable for brown trout was found. In a sensitivity analysis of habitat modelling, modifications of the suitability criteria appeared to have a major influence on habitat suitability for young brown trout. The applicability of low reefs and narrow side channels for fish habitat improvement was studied, using the large river impoundment of Oulujoki as a test area. Limited validation experiments of the model results were carried out on the basis of fish telemetry experiments and observations by local rod fishermen. The restoration measures appeared to diversify the channel structure and increase sheltered lateral habitats for grayling (Thymallus thymallus). Habitat structure and fish populations of seven small forest streams and two modified streams were surveyed using visual evaluation and electrofishing studies. None of the studied streams was found to be in pristine condition in all of its reaches. Brown trout was the most abundant species in most of the study streams. In most streams the brown trout distribution correlated positively with substrate size. The accumulation of fine materials on the stream bottom due to forestry operations was estimated to be the most harmful human impact on the studied streams. Some restoration suggestions were made for each of the streams