6101 PALKKIMALLIN PARAMETRIT Ohjaaja: Jouni Freund, Vanhempi yliopistonlehtori, jouni.freund@aalto.fi, puh. 050 4300665. Aiheen kuvaus: Timoshenko palkkiteorian tarkkuutta voidaan parantaa muokkaamalla jännitysresultanttien ja muodonmuutoksen välistä yhteyttä. Jos xyz koordinaatisto ( z koordinaatti akselin suuntaan) sijoitetaan pintakeskiöön ja tarkastellaan y akselin suhteen symmetristä palkkiprofiilia, päädytään täsmällisempään muotoon GAkx 0 0 0 0 eygak x Fx u F 0 GAky 0 0 0 0 y v F 0 0 EA 0 0 0 z w. (1) M x 0 0 0 EIx 0 0 M y 0 0 0 0 EI y 0 M z 2 eygakx 0 0 0 0 G( J kxaey) Muokattu konstitutiivinen yhteys (1) sisältää klassisen teorian parametrien lisäksi leikkauskorjauskertoimet k x ja vääntökeskiön y koordinaatin k y, St. Venant vääntöteorian mukaisen vääntöjäyhyyden J ja e. y Työssä käydään lävitse Timoshenko palkkiteorian ja konstitutiivisen yhteyden (1) taustat, suureiden fysikaaliset merkitykset, parametrien määrittäminen ja etsitään/lasketaan sekä taulukoidaan geometristen parametrien arvot valituille profiileille. Lisättyjen parametrien vaikutusta esitellään esimerkeillä. Esitiedot: Kiinteän aineen mekaniikan perusteet
6102 ISOTROOPPINEN AINEMALLI Ohjaaja: Jouni Freund, Vanhempi yliopistonlehtori, jouni.freund@aalto.fi, puh. 050 4300665. Aiheen kuvaus: Kiinteän aineen mekaniikassa tarvitaan peruslakien lisäksi kokemusperäisiä malleja kappaleeseen vaikuttaville ulkoisille ja sisäisille voimille. Lineaarisen elastisen aineen malli, joka kuvaa kappaleen ainealkioiden välisiä kappaleen sisäisiä voimia, toimii hyvin esimerkiksi metalleille, kun ainealkion muodonmuutos on pieni. Tehtävänä on esittää isotrooppisen lineaaris-elastisen ainemallin taustaoletukset, esittää taustaoletuksista seuraava yleinen matemaattinen muoto jännitys-venymä yhteydelle sekä pohtia malliin liittyvien parametrien valintaa ja tapoja määrittää mallin parametrit kokeellisesti. Esitiedot: KJR-C2002, Kiinteän aineen mekaniikan perusteet y x y x y x
6104 Jään mekaaniset ominaisuudet ja niiden mittaaminen Ohjaaja: Ida Lemström, tohtorikoulutettava, etunimi.sukunimi@aalto.fi, puh. 050 595 4537, huone K1 154b. Aiheen kuvaus: Kiinnostus jään mekaanisiin ominaisuuksiin on ilmastonmuutoksen ja arktisten alueiden aktiivisuuden lisääntyessä kasvanut huomattavasti viime vuosien aikana. Jää on luonnossa aina melko lähellä omaa sulamispistettään, joten sen ominaisuudet vaihtelevat moniin muihin materiaaleihin verrattuna erittäin paljon ja sen ominaisuuksien määritteleminen ja mittaaminen ei ole helppoa. Tässä kandidaattityössä tehdään kirjallisuuskatsaus jään mekaanisiin ominaisuuksiin sekä niiden mittaamiseen. Työssä esitellään perusteellisesti jään mekaaniset ominaisuudet ja niiden mittaamiseen käytetyt menetelmät. Työssä voidaan keskittyä joko merijäähän, tai haluttaessa voidaan myös tarkastella makean veden jäätä tai mallimittakaavakokeissa käytettyä mallijäätä. Tarkempi työn rajaus tehdään yhdessä opiskelijan kanssa.
6106 Eri aineista koostettu rakenne Ohjaaja: Kari Santaoja, Vanhempi yliopistonlehtori, Etunimi.Sukunimi@aalto.fi, puh. 050 432 6623, huone K1 139. Aiheen kuvaus: Tässä työssä tarkastellaan palkkeja, jotka on valmistettu materiaaleista, joissa on kahta tai useampaa eri ainetta. Tällaisia materiaaleja ovat lujitemuovit, joissa on matriisiaineen lisäksi lujitteita. Lujitteet voivat olla lasikuitumattoja tai lyhyitä kuituja, joita kutsutaan katkokuiduiksi. Lujitemuoveja käytetään laajalti veneenrakennuksessa, josta esimerkkinä on kuvan 1(a) lasikuituvene. Betonirakenteissa ovat palkkeja lujittavina elementteinä betoniteräkset, kuten kuvasta 1(b) käy ilmi. Betonia voi lujittaa myös kuvassa 1(c) esitettyyn tapaan sekoittamalla siihen kuituja. Edellä kuvatuista rakennetta lujittavista käyttötavoista poikkeava on lämpömittari, joka voidaan rakentaa kahdesta päällekkäin liimatusta metallikappaleesta, joilla on suuruudeltaan toisistaan poikkeava pituuden lämpötilakerroin. Lämpötilan muuttuessa metalliliuskat pyrkivät laajenemaan eri tahtiin, jolloin niiden muodostamaan rakenteeseen syntyy rakennetta taivuttava momentti, joka ilmaisee lämpötilamuutoksen suuruuden. (a) (b) (c) (d) Kuva 1. (a) Lasikuituvene, (b) teräsbetonilaatta, (c) kuitulujitettu betonilaatta ja (d) lämpömittari. Yllä on mainittu vain muutama esimerkki eri aineesta koostetuista rakenteista. Kandidaatintyön tekijä voi keskittyä häntä eniten kiinnostavaan sovellukseen, mutta työn johdanto-osassa tulee mainita useita eri materiaalivaihtoehtoja ja kertoa niiden soveltamisesta. Jotta työ olisi lujuusopin aihe, tulee jotain osarakennetta tarkastella yksityiskohtaisesti ja esittää rakenteen lujuusanalyyseissä tarvittavien yhtälöiden johtaminen. Tällaisia rakenteita ovat yllämainituista easimerkeistä teräsbetonipalkki ja lämpömittari. Kiitettävän arvosanan saamisen ehtona on matemaattinen tarkastelu. Esitiedot: Kiinteän aineen mekaniikan perusteet Huom! Teräsbenotista on tehty kandidaatintyö, joten nyt pitää valita muita materiaaleja 6106_LujariSantaoja_Rakenne_Eri_Aineet.wpd/Santaoja
6107 Venymän mittaaminen Fiber Bragg Grating menetelmää hyödyntäen Ohjaaja: Kari Santaoja, Vanhempi yliopistonlehtori, Etunimi.Sukunimi@aalto.fi, puh. 050 432 6623, huone K1 139. Aiheen kuvaus: Tässä työssä tarkastellaan venymän mittaamista käyttäen optista menetelmää Fiber Bragg Grating (FBG). Kandidaatintyön keskeinen osana on Fiber Bragg Gratingin teoreettisen taustan esittäminen. Työssä tulee selvittää ne tilanteet, joissa Fiber bragg grating - menetelmä on parempi kuin perinteiset tavat mitata venymää. Lisäksi, työssä tulee vertailla Fiber Bragg Grating -menetelmän investointi- ja käyttökustannuksia muiden venymämittauksiin käytettyjen menetelmien investointi ja käyttökustannuksiin. Kuva. Fiber Bragg Grating -menetelmän periaatekuva. Työssä käytettävistä työkaluista: Vaikka työ on luonteeltaan kirjallisuustutkimus, tulee tekstin sisältää matemaattisia lausekkeita. Yhtälöt on hyvä kirjoittaa niiden muokkaamiseen tarkoitettua yhtälömuokkainta hyväksi käyttäen. Vaihtoehtoina ovat esimerkiksi LaTeX, jonka käyttäminen uutena käyttäjänä vaatii paljon vaivaa, ja MathType, joka on valikko-tyyppinen ohjelma ja siten helppo ottaa käyttöön. MathType integroituu hyvin MS Word -tekstinkäsittelyohjelmaan. Molemmat yllämainitut ohjelmat ovat laajasti käytössä. Microsoft Office 365 -ohjelman ja MathType yhtälömuokkaimen voi kopioida sivustolta https://download.aalto.fi/. Kuvat voi piirtää esimerkiksi ohjelmaa MS PowerPoint hyväksi käyttäen. LaTeX-tekstiä voi tuottaa ilmaisten ohjelmien avulla. Tällaisesta esimerkkeinä ovat https://www.overleaf.com/ ja https://www.lyx.org/. MS Word, MS Powerpoint ja MathType -ohjelmien käytössä voin antaa apua, mutta LaTeX-osaamiseni on sen verran kevyttä, ettei minusta ole auttajaksi. Esitiedot: Kiinteän aineen mekaniikan perusteet 6107_LujariSantaoja_Venyma_Fiber_Bragg_Grating_wpd.wpd/Santaoja
Teknillisen Mekaniikan Kandidaatintyö 6109 Kontaktivoiminen mallinnus diskreettielementtimenetelmäsimulaatioissa Ohjaaja: Arttu Polojärvi, apulaisprofessori (etunimi.sukunimi@aalto.fi), puh. 050 430 1682, huone K1 141b Kuvaus: Rakeisten materiaalien, kuten esimerkiksi soran tai ahtojäävallien kölien, mallintaminen käyttäen kontinuumimalleja on usein hyvin haastavaa tai pahimmillaan jopa epätarkkaa rakeisten materiaalien epäjatkuvuuden vuoksi (koostuvat useista pienistä kappaleista). Eräs tapa mallintaa tällaisia materiaaleja on diskreettielementtimenetelmä (DEM). DEM-simulaatioiden laskennallinen pullonkaula liittyy lähes aina kappaleiden parittaisten kontaktivoiminen ratkaisemiseen, koska tätä varten tarvitaan tietoa kappaleiden välisen kontaktin geometriasta. Tässä työssä tarkastellaan kirjallisuuskatsaukseen perustuen yleisimpiä DEMsimulaatioissa käytettyjä kontaktimalleja. Jos tunnetaan sovellus, niin minkälaista mallia kannattaisi käyttää? Työ rajataan tarkemmin yhdessä hakijan kanssa.
Teknillisen Mekaniikan Kandidaatintyö 6108 Fysiikkamoottorien käyttö tieteellisessä laskennassa Ohjaaja: Arttu Polojärvi, apulaisprofessori (etunimi.sukunimi@aalto.fi), huone K1 141b Algoritmeja, koodia tai ohjelmaa, joka simuloi esimerkiksi jonkin kappaleiden ja niiden ympäristön vuorovaikutusta, kutsutaan fysiikkamoottoriksi. Fysiikkamoottoreita käytetään usein tietokonepelien tai animaatioiden toteuttamisessa ja ne tuottavat uskottavalta näyttäviä, mutta ei välttämättä mekaniikan kannalta täysin oikein toimivia, simulaatioita. Tieteellisen laskennan kannalta moottorin tehokkuutta tärkeämpää on usein se, että se toimii tarkastellun ongelman fysikaalisten ominaisuuksien kuvaamisessa riittävällä tarkkuudella. Tässä työssä on tarkoitus selvittää, mitä yleisesti käytetyistä fysiikkamoottoreista on käytetty tieteellisessä laskennassa ja lisäksi se, minkälaisiin sovelluksiin niitä on käytetty. Työ voidaan tehdä kirjallisuustutkimuksena tai jotain olemassa olevaa fysiikkamoottoria testaten. Työn rajaus voidaan tarkemmin määritellä yhdessä sen tekijän kanssa.
Purjeveneen riki Ohjaaja: Jukka Tuhkuri, professori, etunimi.sukunimi@aalto.fi Aiheen kuvaus: Purjeveneen ja purjeveen osien mekaniikka ja lujuusoppi ovat mielenkiintoisia aiheita. Valmistajien esitteet ja aikakauslehdet kertovat veneiden ja veneen osien ominaisuuksista ja eduista, mutta millaista tietoa voi löytää tieteellisestä kirjallisuudesta? Selvitä kirjallisuuden perusteella purjeveen rikin toimintaperiaate, eli tutki rikin mekaniikkaa ja lujuusoppia. Työtä voi suunnata opiskelijan kiinnostuksen mukaan, mutta tästä tulee sopia ohjaajan kanssa. Työ on luonteeltaan kirjallisuusselvitys.
Bachelor Thesis in Solid Mechanics 6112 Experimental Study on the Energy Absorption Performance of 3D-Printed Hierarchical and Simple Corrugated Core Panels. Advisor: Anastasia Markou, Aalto University, anastasia.markou@aalto.fi, Otakaari 4, K1 138 Brief description of the topic: Lightweight lattice materials with significantly higher stiffness, strength and enhanced energy absorption characteristics, have gained an increasing interest in the recent years in many fields, such as aerospace, automotive and naval industry. Studies have shown that by adding the hierarchy into the conventional corrugated lattice the mechanical properties can be improved. While the strength and stiffness of hierarchical corrugated lattice have been widely investigated, less is known about their energy absorption capacity. However, structural hierarchy can bring reduction to the overall mechanical performance of the corrugated lattice if its geometry is not properly designed. Therefore, the aim of this project is to investigate the effect of geometry on the level of absorbed energy by conducting compression tests on 3D-printed hierarchical and non-hierarchical (simple) corrugated core panels (see Fig.1). The simple and hierarchical corrugated core specimens will be manufactured using the Direct Metal Laser Sintering (DMLS) 3D-printer. The candidates interested in the topic might be able to carry out finite element simulation as well. Prerequisites: Foundations of Solid Mechanics. (a) (b) t ω Figure 1: Schematic depiction of (a) the simple and (b) the hierarchical corrugated core panels.
Bachelor thesis for Solid Mechanics (6113) Energy absorption in sandwich panels Supervisor: Milad Omidi, Aalto University, milad.omidi@aalto.fi, tel. 046 5838680, room Otakaari 4 (K1) 138 Description of the topic: A sandwich panel is any structure made of three layers: a lowdensity core, and a thin skin-layer bonded to each side. Sandwich panels are used in applications where a combination of high structural rigidity and low weight is required. The application of sandwich structures is increasing in various fields including aerospace, automotive, marine, and defense industries. This growing demand has led to a substantial amount of research on the improvement of existing materials as well as development of new sandwich structure components, e.g. skin, adhesive, and core. Studies carried out in core materials of sandwich structure are mostly aimed at improving the energy absorption capacity of the materials, which in turn improves the crash performance of the whole sandwich structure. Honeycomb, folded and foam are the most studied cellular materials to be used in the core of sandwich construction as they offer high stiffness, high strength-to-weight ratio, and good energy absorption property [1]. Core Face sheet Figure 1. Some cellular materials used as the core of sandwich plates [2]. This work will consist in a literature review about energy absorption capacity of sandwich panels with different cellular materials. The sandwich panels are assumed to be under uniform compression with a fixed base so that just deformation of the core is in concern. The results which are gathered from the literature review may be validated by Finite Element simulation. prerequisites: Fundamentals of solid mechanics [1] Lu, Guoxing, and T. X. Yu. Energy absorption of structures and materials (Chapter 10). Elsevier, 2003. [2] Fleck, Norman A. "An overview of the mechanical properties of foams and periodic lattice materials." Cell Met Polym (2004): 3-7.
6115 Lujuusoppineiden monipuoliset roolit työelämässä Ohjaaja: TkT Mari Åman, Yliopisto-opettaja, mari.aman@aalto.fi, puh. 0445743900, huone K1/140 Aiheen kuvaus: Työssä tutkitaan tilastojen avulla Teknillisestä mekaniikasta valmistuneiden diplomiinsinöörien työllistymistä koulutustaan vastaaviin tehtäviin. Lisäksi työssä selvitetään lähemmin haastattelujen avulla em. diplomi-insinöörien työnkuvaa. Haastattelulomake voi sisältää esimerkiksi kuvauksen suoritetuista opinnoista (pää-/sivuaine), työnantajasta, työpaikasta, tyypillisestä työpäivästä, työhön liittyvistä erikoisuuksista, työn hyvistä/huonoista puolista sekä polusta, jonka kautta haastateltava päätyi työtehtäväänsä. Esitiedot: Teknillisen mekaniikan termistön hallinta, perustason tilastojenkäsittelytaidot
6116 Hooken laki eri ulottuvuuksissa Ohjaaja: TkT Mari Åman, Yliopisto-opettaja, mari.aman@aalto.fi, puh. 0445743900, huone K1/140 Aiheen kuvaus: Työssä tutkitaan Hooken lakia teoreettisesti sekä laskennallisesti kaksi- ja kolmiulotteisessa tapauksessa. Lisäksi tutkitaan Hooken lain yhtälöitä ja niiden eroavaisuuksia tasovenymä- sekä tasojännitystilassa ja perehdytään ilmiön teoreettiseen/analyyttiseen taustaan. Esitiedot: Kiinteän aineen mekaniikan perusteet