Vaakamittaustekniikan kehittäminen korkeiden rakennusten värähtelytarkasteluun

Korkealle rakennukselle tuuli on mitoitukseen merkittävästi vaikuttava kuormitus, joka staattisen rasituksen ohella voi synnyttää rakenteeseen myös värähtelyä. Korkeiden rakennusten tuulitekninen suunnittelu suunnitteluohjeilla voi olla epätarkkaa tai mahdotonta johtuen tuulen ja rakennuksen välisen vuorovaikutuksen monimutkaisuudesta sekä rakennuksen ja sen ympäristön yksilöllisyydestä. Tästä syystä tuulen vaikutukset rakennukseen joudutaan selvittämään osittain tuulitunnelikokeilla. Tässä työssä tutkittiin tuulikuorman määritystä tuulitunnelissa korkeataajuisella vaakamittaustekniikalla. Mittaustekniikassa kevyestä materiaalista tehty jäykkä pienoismalli kiinnitetään rajakerrostuulitunneliin sijoitettavan herkän korkean ominaistaajuuden (2,3-8 kHz) omaavan vaa'an päälle. Tuulikuormien hallitseva taajuusalue on 0-1 H. Työssä määritettiin esimerkkirakennuksen tuulikuormat ja tuulen aiheuttamat värähtelyt. Sekä tuulikuormat että tuulen aiheuttamat värähtelyt onnistuttiin määrittämään mittaustekniikan avulla nopeasti ja tarkasti. Työn perusteella määritykseen tarvittava aika uuden rakennuksen suunnittelussa on noin 2-3 viikkoa ja määritystä voidaan pitää luotettavana noin 70-100 m korkeille talorakennuksille. Työssä tehtiin myös eurokoodin mukaiset vertailulaskelmat esimerkkirakennukselle, jotka osoittivat, että tuulikuormien osalta eurokoodilla saatiin reilusti varmalla puolella olevia tuloksia. Suurimmillaan eurokoodi antoi yli 30 % suurempia tuulikuorman arvoja kuin mittaukset. Värähtelyjen osalta eurokoodin mukaiset tulokset olivat samaa suuruusluokkaa mittauksista saatujen tulosten kanssa. Jos värähtelyt halutaan määrittää tarkemmin, on suositeltavaa suorittaa myös tuulitunnelikokeet. Mittaustekniikan suurin hyöty on, että se on nopea tapa määrittää tuulikuormat ja värähtelyt, minkä takia se soveltuu hyvin osaksi suunnitteluprosessia. Mittaustekniikalla saadaan myös tarkempia ja laajempia tuloksia kuin eurokoodilla. Mittaustekniikan huono puoli on se, että sähköiset häiriöt voivat pahimmillaan estää kokonaan luotettavien tulosten saamisen. Kun häiriöt saadaan pidettyä pienenä, on korkeataajuinen vaakamittaustekniikka nopea ja luotettava tapa selvittää tuulikuormat ja tuulen aiheuttamat värähtelyt

Laivaan vaikuttavat voimat ja voimien vaikutusten ennaltaehkäisy

Opinnäytetyön tarkoitus oli saada aikaan opas, jonka avulla voidaan kouluttaa yritykseen tulevia alalle uusia insinöörejä. Opinnäytetyö jakautuu kolmeen aiheeseen, voimiin jotka vaikuttavat alukseen, niiden vaikutuksiin ja vaikutusten ennaltaehkäisyyn. Lähteiden määrästä huomaa, että jos aiheesta haluaa saada kompaktin ja selvän kuvan muodostettua itselleen, se vaatii paljon lukemista. Sen vuoksi uskon että opinnäytetyöni tulee olemaan hyödyllinen. Työ tehtiin toimeksiantajayrityksen tilauksesta, tavoitteena yritykseen tulevien uusien insinöörien koulutuksen helpottaminen. Toimeksiantajayritys on merenkulkualan suunnittelu ja konsultointiyritys. Yritykseen tuleville uusille työntekijöille koulutetaan ensimmäisten viikkojen aikana suunnitteluohjelmiston lisäksi perustiedot laivoista ja laivojen rakennuksesta kokonaisuutena. Tämä opas tulee tukemaan tuota koulutusprosessia. Opinnäytetyön aiheen rajaus perustuu yrityksen toiveisiin katettavista aihealueista. Rajauksella pyrittiin keskittymään olennaisimpiin asioihin merenkulkualan suunnittelijan kannalta. Työ tehtiin puhtaasti kirjallisuustutkimuksena. Tavoitteen mukaisesti kerättiin saatavilla olevasta aineistosta oleellisin tieto yhteen selkeään pakettiin. Työn tuloksena saatiin aikaan kompakti opas merenkulkualan suunnittelijalle. Kun opas on olemassa, sen avulla on helppo jatkaa muun koulutusmateriaalin tekemistä ja tulevaisuudessa kouluttaa asiaa uusille insinööreille. Opas tulee olemaan hyvä aloituspaketti, kun uusi suunnittelija haluaa ymmärtää miksi laivaan tarvitaan niin paljon erilaisia rakenteita.The purpose of this thesis was to accomplish a guide, with which new engineers beginning to work in the company can be trained. The thesis is based on three main categories: the forces impacting the vessel, the affects they cause and the prevention of the damages caused by the forces. One can see from the amount of the source materials that if you want to get a clear vision of the subject you have to study it quite a bit. That is why I think my thesis will be useful to the engineers reading it. The thesis was done based on an order from the company, with a goal to ease the education of the new engineers coming to the company. The company is a maritime design and consultant office. The new employees are trained during the first weeks on employment how to use the design program and the basic information about vessels and shipbuilding in general. This guide will support the training process. The thesis is limited by the needs of the company, and what they desired to be included in the guide. The subjects handled were chosen based on the ones most im-portant to a maritime designer. The thesis is purely a literature study. The main goal was to collect the most relevant things to a compact guide. The result of the work is a compact guide to a maritime designer. Now that the guide exists, it is easy to continue the making of the training material and in the future train the new workers about the subject. The guide will be a good starting package when a new designer wants to understand why so much steel structures are needed in a vessel

Puurunkoisen välipohjan taivutusjäykkyys ja värähtelymitoitus

Opinnäytetyön tarkoitus oli selvittää esimerkkilaskulla puupalkkirunkoisen välipohjan värähtelymitoitus ja luoda värähtelymitoituksen ja siihen liittyvän taivutusjäykkyyden laskentaohje sekä Excel-pohjainen laskentaohjelma Sweco Rakennetekniikka Oy:n NR-osastolle. Ohjeella on tarkoitus pystyä helposti hyödyntämään kaikkia mahdollisia rakennekerroksia välipohjasta. Aiheen tutkiminen koostui olemassa olevan tiedon etsimisestä, haastatteluista ja esimerkkilaskelman laatimisesta. Lopputuloksena syntyi aiempaa tietoa soveltaen värähtelylaskentaohjelma ja -ohje enintään neljäleikkeiselle liittorakenteelle sekä pintalaatalle. Värähtely- ja taivutusjäykkyyslaskentaa havainnollistamaan tehtiin esimerkkilaskelma. Värähtelymitoituksen kulku on esitetty viimeisimmän RIL:n ohjeen mukaan. Laskentaohjelmaa on mahdollista päivittää normien tai tiedon muuttuessa. Mahdollisia kehitysaiheita ovat mm. yhteensopivuus NR-osaston tulevan ristikkosuunnitteluohjelman kanssa sekä kipsilevyn hyödyntämisen selvittäminen alalevynä. Laskentaohjelma on yrityksessä käytössä eikä se ole liitettynä tähän opinnäytetyöhön.The purpose of this thesis was to create a designing guide and an Excel-based program for vibration analysis and for calculating the bending stiffness of a timber floor for Sweco Rakennetekniikka Oy. The program was required to take advantage of all the possible layers in floors. The program was kept confidential. Data were collected through interviews and a literature review. The result was a design guide and program for a five-layered composite structure floor, with a possibility for a floating or an attached slab on top. An example vibration analysis was also made, with focus on calculating the bending stiffness in both directions of the floor. The analysis followed Eurocode 5 and the latest Finnish national standards. The program can be updated easily. Further study is needed for determining whether plasterboard can be utilized as a base plate in vibration analysis

Railway traffic induced vibration : Greating the GIS-system and mapping the nuisance point of vibration in Finland

Ratahallintokeskuksella (RHK) on ympäristöstrategia, joka toimii vuosittain päivitettävän ympäristöohjelman lähtökohtana. Ympäristöstrategia koostuu osastrategioista, joita ovat muun muassa melun ja tärinän osastrategiat. Ympäristöohjelman keskeisiä tavoitteita ovat esimerkiksi uusien ympäristöhaittojen ehkäiseminen, ympäristökuormituksen vähentäminen ja haittojen poistaminen. Ympäristöohjelmassa painotetaan muun muassa rautatieliikenteen melu- ja tärinäongelmien vähentämistä. Tässä työssä tehty tärinäkohteiden kartoitus on olennainen osa ympäristöohjelman toimeenpanoa. Työn päätavoite oli koota Ratahallintokeskuksessa oleva tärinäkohteisiin liittyvä materiaali ja viedä se paikkatieto-ohjelmaan sekä luoda tärinäkohteista digitaalinen paikkatietokartta ArcView-ohjelman avulla. Työ voidaan jakaa neljään osaan. Teoriaosuuden ensimmäisessä osassa paneudutaan tärinän kokemiseen ja sen haittavaikutuksiin sekä tärinän fysikaalisiin perusteisiin ja maaperän vaikutuksiin tärinän leviämisessä ja siirtymisessä. Toisessa osassa selvitetään raideliikennetärinän erityispiirteitä sekä sitä, miten raideliikennetärinän leviämistä tutkitaan matemaattisesti. Toisessa osassa käsitellään myös tärinän mittaamiseen liittyvät ja siinä vaadittavat erityispiirteet. Työn kolmannessa osassa kerrotaan, miten työn päätavoite toteutettiin eli tärinäkohteiden nykytila kartoitettiin. Neljännessä osassa tarkastellaan liikennetärinän kansainvälisiä standardeja ja ohjeita. Työn tuloksena syntynyt paikkatietoaineisto on Ratahallintokeskukselle tärkeä työkalu tärinäkohteiden tiedonhallintaan. Tietokanta luotiin sellaiseksi, että uusien tärinäkohteiden vieminen järjestelmään on mahdollista. Paikkatietomuotoinen aineisto on yleistymässä tärkeänä tiedonhallinnan välineenä RHK:ssa. Tärinäkohteisiin liittyvä paikkatietoaineisto tulee olemaan osa Ratahallintokeskuksen laajempaa tietojärjestelmää. Raideliikennetärinän tiedonhallinnan parantamiseksi voidaan paikkatietoaineistoon esimerkiksi yhdistää pehmeikkörekisteritiedot ja asukasmäärät. Näiden tietojen avulla uusia asuinalueita kaavoitettaessa voidaan paremmin tunnistaa, mitkä alueet ovat tärinän kannalta mahdolliset riskialueet. Tässä työssä RHK:n kanssa määritetyt ominaisuustiedot ja tietojen kuvaukset tulisi jatkossa ottaa käyttöön uusissa tärinään liittyvissä selvityksissä. Ominaisuustietojen avulla tullaan tekemään ohjeet jossa määritetään uusissa tärinään liittyvissä raporteissa esitettävät tiedot

Ksenonsyanidien ennustaminen ja valmistaminen

Jalokaasu ksenonin yhdisteitä tunnetaan satamäärin, mutta vieläkään ei tiedetä tarkasti, kuinka ksenon sitoutuu maankuoressa tai ihmisessä. Uusien ksenonyhdisteiden valmistaminen voi siten hyödyttää kemian ohella esimerkiksi geologian tai lääketieteen tutkimusta. Tässä tutkielmassa kuvaan, miten valmistimme matriisi-isolaation avulla halogenoidut ksenonsyanidimolekyylit ClXeCN, ClXeNC ja BrXeCN. Molekyylit muodostuivat, kun ksenonmatriisiin, jossa oli kloorisyaania (ClCN) tai bromisyaania (BrCN), kohdistettiin ultraviolettisäteilyä. Molekyylien määrä kasvoi matriisia lämmittämällä. Tulosten vahvistamiseksi kokeita toistettiin hiili-13-isotooppia sisältäneellä kloorisyaanilla. Tutkittavien molekyylien valinta ja infrapunaspektroskopialla tehty tunnistaminen tukeutuivat kvanttikemiallisiin tiheysfunktionaalilaskuihin. Tutkimuksen tulokset vahvistavat tietojamme siitä, milloin laskennallisesti vakaa jalokaasumolekyyli pystytään valmistamaan matriisi-isolaatiolla ja miten laskennallisten värähtelytaajuuksien avulla voidaan tulkita matriisissa mitattuja spektrejä. Tutkimuksen pohjalta voidaan hahmotella muutamia ehdokkaita seuraaviksi jalokaasusyanideiksi

Vibrations caused by train traffíc and the effect of its mitigation on the quality of living

Railway traffic induced vibrations in dwellings often cause irritation or disturb the inhabitants. In this thesis, the effect of vibration countermeasures on the quality of living has been studied. The study was done by means of a literature study, vibration measurements and written surveys with the financial aid of the Finnish Rail Administration. The objective of the study was to evaluate the effects of vibration mitigation compared to the increase of inhabitant satisfaction, would the halving of vibration levels lead to a doubling of satisfaction? The testing was carried out in Raunistula, a suburb of Turku. Passing along the side of the residential area, the Toijala-Turku railway line causes vibrations in the surrounding areas affecting the quality of residents' life. To attenuate the vibration, two different structures were constructed, a sheet-pile wall and a matrix of lime-cement columns. The current status of vibrations and residents' satisfaction was evaluated prior to construction. After the installation of the fore mentioned walls, a new round of measurements was performed in order to find out how the mitigation succeeded. Results were found satisfactory, the greatest amount of mitigation was achieved nearest to the track and comments of a rise in the quality of living were achieved. The mitigation however was limited to a certain distance from the track. Farther away, partly due to other sources of vibrations, the mitigating effect of the structures was negligible.Tässä diplomityössä syvennytään tutkimaan junaliikenteen aiheuttaman tärinän vaikutusta asuinviihtyvyyteen. Tutkimus toteutettiin kirjallisuustutkimuksena ja mittaus- sekä asukaskyselytutkimuksena. Rahoituksen työlle antoi Ratahallintokeskus. Työn tavoitteena oli selvittää asuinviihtyvyyden paranemista tärinävaimennuksen avulla sekä sen korrelaatiota tärinän vähentymisen määrään. Tutkimusalueena toimi Raunistulan asuinalue Turussa, jossa Toijala-Turku -radan junaliikenne aiheuttaa häiriöitä alueen asukkaille. Pohjamaa koostuu paksusta savikerroksesta, ja maanvaraiset asuinrakennukset sijaitsevat aivan junaradan tuntumassa. Tärinää vaimennettiin kahdella rinnakkaisella rakenteella, ponttiseinällä ja stabilointipilarikennolla. Tärinän lähtötilannetta ja asukkaiden viihtyvyyttä mitattiin ennen rakentamista suoritetuilla tutkimuksilla, ja tuloksia verrattiin vaimennusseinämien valmistumisen jälkeen saatuihin tuloksiin. Vaimennus onnistui ja suurin vaikutus koettiin lähimpänä rataa. Kauempana radasta ei havaittu parannusta, osin muun liikenteen häiritsevästä vaikutuksesta johtuen. Asuinviihtyvyyden koettiin parantuneen, mutta vaikutusta ei havaittu koko tutkimusalueella

Mittausjakson pituuden vaikutus maaperästä mitatun raideliikenteen värähtelyn asuntoihin aiheuttaman haitan arvioinnissa

Tässä työssä on tarkasteltu mittausjakson pituuden vaikutusta rautatieliikenteen aiheuttaman värähtelyhaitan arvioinnissa. Työn teoriaosassa käydään läpi värähtelyn fysikaalinen luonne, sen syntyminen lähteessä sekä eteneminen lähteestä asuntoon. Työssä on selostettu lisäksi tekijät, jotka vaikuttavat ihmisen kokemaan tärinähaittaan ja miten ne voidaan ottaa huomioon värähtelyhaitan arvioinnissa. Värähtelyn vaimennuskeinot esitellään ja niiden kustannus- sekä vaimennusvaikutuksia arvioidaan. Kokeellisessa osassa on aloitettu VTT:n ohjeen mukaisesta viikon pituisesta mittausjaksosta ja vaiheittain lyhentämällä mittausjakson pituutta tutkittu saavutettuja tunnuslukuja. Tutkimus on suoritettu nelivaiheisesti ensimmäisen vaiheen ollessa viikon pituinen. Toisessa vaiheessa viikko jaettiin arkipäiviin ja viikonloppuun. Toisen vaiheen perusteella todettiin, että arkipäiviltä laskettu tunnusluku vastasi kaikissa kohteissa täysin koko viikon ajalta määritettyä tunnuslukua. Tämän perusteella siirryttiin vaiheeseen kolme, jossa mittausjaksoksi valittiin yksi kokonainen vuorokausi. Vaihe kolme rajattiin edellisen vaiheen perusteella koskemaan vain arkivuorokausia. Vaiheen kolme tuloksista havaittiin, että yleensä yhdeltä arkivuorokaudelta määritetty tunnusluku oli enimmillään noin 20 prosenttia koko viikon ajalta määritettyä tunnuslukua alhaisempi. Muutamassa tapauksessa arkivuorokaudelta määritetty tunnusluku oli vieläkin alhaisempi mutta tämän todettiin johtuvan yleensä ulkopuolisten häiriölähteiden vaikutuksesta. Neljännessä vaiheessa jaettiin suurimman tunnusluvun tuottanut arkivuorokausi aikaväleille 06-18 ja 18-06. Jälkimmäisellä aikavälillä oletettiin häiriölähteiden vaikutusten olevan vähäisempiä. Neljännen vaiheen tulosten todettiin kuitenkin olevan ristiriitaisia. Lisäksi eri vaiheissa saatuja tuloksia verrattiin eri mittauspistein välillä ja havaittiin, että mittauspisteiden välillä saattoi olla jopa suurempia eroja kuin mittausjakson pienentäminen viikosta yhteen arkipäivään aiheutti. Kaikilta arkipäiviltä laskettu tunnusluku riittää täysin kuvaamaan koko viikolta määritettyä tunnuslukua ja yhdeltä arkivuorokaudelta määritetty kohtalaisen hyvin, kunhan mittausvuorokausi valitaan huolella etukäteen. Lisäksi ehdotettiin kertoimet, joita käyttämällä lyhyemmältä mittausjaksolta saatu tunnusluku voidaan skaalata vastaamaan koko viikon ajalta määritettyä tunnuslukua

Control Method to Attenuate Torque Ripple in PMSM

Tässä työssä tutkitaan miten kestomagneettitahtikoneen vääntömomentin värähtelyä ja mahdollisesti melua voidaan vaimentaa virtasäädön avulla. Tutkittavassa koneessa on pintamagneetit mutta normaalista poiketen sillä on eri suuret induktanssit d- ja q-akselilla. Vääntömomentin värähtely saattaa aiheuttaa nopeuden värähtelyä ja siten hissikorin pystysuuntaisia kiihtyvyyden muutoksia. Nämä kiihtyvyyden muutokset ovat olennainen osa kun mitataan hissin ajomukavuutta. Ajomukavuudella on suora yhteys käyttäjän tunteeseen laadukkaasta hissistä. Tästä syystä on olennaisen tärkeää saada ajomukavuuteen vaikuttavat häiriötekijät minimoitua. Toinen merkittävä asia on kestomagneettitahtikoneen melu, jota aiheuttaa aksiaalisen voiman värähtely. Siihen pyritään vaikuttamaan vaimentamalla d- ja q-akselin virran harmonisia, koska molempien on osoitettu vaikuttavan meluun. Esitettävässä ohjausmenetelmässä normaalia tahtikoordinaatistossa toteutettua virtasäätöä täydennetään resonanssisäätimillä ja käämivuon estimoinnilla. Resonanssisäätimet viritetään tiedossa olevan harmonisen taajuuden mukaan. Käämivuota estimoidaan ratkaisemalla numeerisesti d- ja q-akselin käämivuot tunnetuista virroista, jännitteistä ja pyörimisnopeudesta. Menetelmää on tutkittu tietokonesimuloinneilla. Tulosten perusteella havaittiin menetelmän olevan hyvä ja yksinkertainen keino vaimentaa vääntömomentin sekä d-akselin virran värähtelyä.This thesis is a study into both attenuating torque ripple produced by currents and a permanent magnet synchronous machine (PIVISIVI). The torque ripple attenuation is controlled with a high performance current control and flux estimator. the Permanent magnet machine has surface magnets but still has small reluctance torque. Torque ripple can cause speed ripple because of the changes in elevator car acceleration. the changes in acceleration are a major part of elevator ride comfort since good ride comfort indicates a high quality elevator from a user's perspective. For this reason it is essential to minimize all sources of disturbance. Another disturbance which is not directly related to ride comfort is noise produced by an electrical machine. This noise is generated by periodic axial forces in the PMSM. These forces can possibly be attenuated by minimizing direct axis and quadratu-re axis current harmonics, because both of them contribute to noise. To achieve this, a proposed method consists of a synchronous frame PI control, a proportional plus resonant control (PR control) and a flux estimator. PR controllers are tuned accordingly to the known valne of sixth harmonic frequency of torque ripple. The stator flux is estimated by numerically solving the direct axis and quadrature axis fluxes from known currents, voltages and speed. the Proposed compensation method is studied first through computer simulations with a continuous time model and alter with a discrete time model the Results show that this type of current compensation method is a powerful and simple way to attenuate torque ripple and direct axis current harmonins