| 1. |
- Ansin, Caroline, 1996, et al.
(författare)
-
Fast simulation of 3D elastic response for wheel–rail contact loading using Proper Generalized Decomposition
- 2023
-
Ingår i: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. - 0045-7825. ; 417
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- To increase computational efficiency, we adopt Proper Generalized Decomposition (PGD) to solve a reduced-order problem of the displacement field for a three-dimensional rail head exposed to different contact scenarios. The three-dimensional solid rail head is modeled as a two-dimensional cross-section, with the coordinate along the rail being treated as a parameter in the PGD approximation. A novel feature is that this allows us to solve the full three-dimensional model with a nearly two-dimensional computational effort. Additionally, we incorporate the distributed contact load predicted from dynamic vehicle-track simulations as extra coordinates in the PGD formulation, using a semi-Hertzian contact model. The problem is formulated in two ways; one general ansatz which considers the treatment of numerous parameters, some of which exhibit a linear influence, and a linear ansatz where multiple PGD solutions are solved for. In particular, situations where certain parameters become invariant are handled. We assess the accuracy and efficiency of the proposed strategy through a series of verification examples. It is shown that the PGD solution converges towards the FE solution with reduced computational cost. Furthermore, solving for the PGD approximation based on load parameterization in an offline stage allows expedient handling of the wheel-rail contact problem online.
|
|
| 2. |
- Ekre, Fredrik, 1992, et al.
(författare)
-
A posteriori error estimation for numerical model reduction in computational homogenization of porous media
- 2020
-
Ingår i: International Journal for Numerical Methods in Engineering. - : Wiley. - 0029-5981 .- 1097-0207. ; 121:23, s. 5350-5380
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Numerical model reduction is adopted for solving the microscale problem that arizes from computational homogenization of a model problem of porous media with displacement and pressure as unknown fields. A reduced basis is obtained for the pressure field using (i) spectral decomposition (SD) and (ii) proper orthogonal decomposition (POD). This strategy has been used in previous work—the main contribution of this article is the extension with an a posteriori estimator for assessing the error in (i) energy norm and in (ii) a given quantity of interest. The error estimator builds on previous work by the authors; the novelty presented in this article is the generalization of the estimator to a coupled problem, and, more importantly, to accommodate the estimator for a POD basis rather than the SD basis. Guaranteed, fully computable and low-cost bounds are derived and the performance of the error estimates is demonstrated via numerical results.
|
|
| 3. |
- Ekre, Fredrik, 1992, et al.
(författare)
-
Combining spectral and POD modes to improve error estimation of numerical model reduction for porous media
- 2022
-
Ingår i: Computational Mechanics. - : Springer Science and Business Media LLC. - 1432-0924 .- 0178-7675. ; 69:3, s. 767-786
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Numerical model reduction (NMR) is used to solve the microscale problem that arises from computational homogenization of a model problem of porous media with displacement and pressure as unknown fields. The reduction technique and an associated error estimator for the NMR error have been presented in prior work, where both spectral decomposition (SD) and proper orthogonal decomposition (POD) were used to construct the reduced basis. It was shown that the POD basis performs better w.r.t. minimizing the residual, but the SD basis has some advantageous properties for the estimator. Since it is the estimated error that will govern the error control, the most efficient procedure is the one that results in the lowest error bound. The main contribution of this paper is further development of the previous work with a proposed combined basis constructed using both SD and POD modes together with an adaptive mode selection strategy. The performance of the combined basis is compared to (i) the pure SD basis and (ii) the pure POD basis via numerical examples. The examples show that it is possible to find a combination of SD/POD modes which is improved, i.e. it yields a smaller estimate, compared to the cases of pure SD or pure POD.
|
|
| 4. |
- Ekre, Fredrik, 1992, et al.
(författare)
-
Efficient Two-Scale Modeling of Porous Media Using NumericalModel Reduction with Fully Computable Error Bounds
- 2022
-
Ingår i: Current Trends and Open Problems in Computational Mechanics. - Cham : Springer International Publishing. ; , s. 121-129
-
Bokkapitel (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- The microscale problem arizing from computational homogenization of porous media problems is solved by adopting the concept of Numerical Model Reduction. Thereby, the displacement and pore pressure are the unknown fields. A suitable reduced basis is constructed for the pore pressure approximation using Proper Orthogonal Decomposition (POD), whereby it is possible to compute the appropriate basis for the displacement field in the spirit of Nonlinear Transformation Field Analysis (NTFA). Inexpensive fully computable error bounds are obtainable, and the performance of the error estimates is illustrated in this paper.
|
|
| 5. |
- Ekre, Fredrik, 1992, et al.
(författare)
-
Numerical Model Reduction with error estimation for computational homogenization of non-linear consolidation
- 2022
-
Ingår i: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. - : Elsevier BV. - 0045-7825. ; 389
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Numerical Model Reduction (NMR) is adopted for solving the non-linear microscale problem that arises from computational homogenization of a model problem of porous media with displacement and pressure as unknown fields. A reduced basis is obtained for the pressure field using Proper Orthogonal Decomposition and the pertinent displacement basis is obtained using Nonuniform Transformation Field Analysis. An explicit, fully computable, a posteriori error estimator is derived based on the linearized error equation for quantification of the NMR error in terms of a suitably chosen energy norm. The performance of the error estimates is demonstrated via a set of numerical examples with varying load amplitudes.
|
|
| 6. |
- Larsson, Carl, 1997, et al.
(författare)
-
Effects of lithium insertion induced swelling of a structural battery negative electrode
- 2023
-
Ingår i: Composites Science and Technology. - 0266-3538. ; 244
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Structural battery composites fall under the category multifunctional materials with the ability to simultaneously store electrical energy and carry mechanical load. While functioning as the negative electrode, the carbon fibres also act as mechanical reinforcement. Lithium ion insertion in the carbon fibres is accompanied by a large radial expansion of 6.6 % and an axial expansion of 0.85 % of the fibres. Furthermore, the elastic moduli of the carbon fibres are significantly affected by the insertion of lithium. Current structural battery modelling approaches do not consider these features. In this paper, we investigate the effect of lithium insertion in carbon fibres on the structural electrode mechanical properties by developing a computational model considering finite strains and lithium concentration dependent fibre moduli. The computational model enables representation of morphological change, whereby, features such as internal stress state, homogenized tangent stiffness and effective expansion of the electrode caused by carbon fibre lithiation can be predicted. The adopted finite strain formulation allows for consistent consideration of measurement data at varying state of lithiation. The significance of adopting the finite strain formulation is also shown numerically. Finally, by implementing a novel approach to homogenized stress-free expansion, it is shown that the computed expansion of the structural electrode follows a similar trend to what is observed from experiments.
|
|
| 7. |
|
|
| 8. |
|
|
| 9. |
- Larsson, Jörgen, 1966, et al.
(författare)
-
Konsumtionsbaserade scenarier för Sverige - underlag för diskussioner om nya klimatmål
- 2021
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- ALSO AVAILABLE IN ENGLISH: https://research.chalmers.se/publication/529052 Denna rapport är resultatet av ett uppdrag från Sveriges parlamentariska miljömålsberedning och utgör ett underlag för diskussioner om Sveriges framtida klimatpolitik i allmänhet och om konsumtionsbaserade klimatmål i synnerhet. Arbetet har utförts av 13 forskare vid Chalmers tekniska högskola, IVL Svenska miljöinstitutet och KTH. Rapportens syfte är att analysera hur de klimatpåverkande utsläppen från vår konsumtion kommer att förändras under de närmaste 30 åren samt att översiktligt beskriva det vetenskapliga läget avseende globala utsläppsbanor som klarar Parisavtalet temperaturmål och vad de betyder för svenska konsumtionsbaserade utsläpp med hänsyn till olika rättviseprinciper. DEL 1 - Konsumtionsbaserade scenarier för svenska klimatpåverkande utsläpp 2050 Utsläppen i Sverige (så kallade territoriella utsläpp) var 5 ton koldioxidekvivalenter (CO2e) per person 2019. I konsumtionsbaserade utsläpp så inkluderar man även utsläpp som uppstår utomlands vid produktionen av de varor och tjänster som vi i Sverige konsumerar, medan utsläpp i Sverige till följd av vår export räknas bort. Enligt Statistiska centralbyråns metod beräknades de konsumtionsbaserade utsläppen till 9 ton CO2e per person för 2019. Tidigare analyser har visat att 36% av svenska konsumtionsbaserade utsläpp sker i Sverige, 22% i länder som ingår i EU:s system för handel med utsläppsrätter och resterande 42% i övriga länder, inklusive Ryssland, Kina, USA, och Indien, där klimatstyrmedlen i regel är svaga. I den här rapporten görs en analys av specifika tekniska åtgärder och beteendeförändringar när det gäller flyg, bil, kollektivtrafik, livsmedel, uppvärmning samt investeringar i byggnader och transportinfrastruktur. I SCB:s statistik motsvarar dessa områden 63% av de totala konsumtionsbaserade utsläppen. Fem scenarier har tagits fram baserat på olika klimatpolitiska inriktningar och utfallen från dessa beskrivs i figuren nedan. De framtida utsläppen påverkas naturligtvis kraftigt av vilken teknisk utveckling som sker i omvärlden. För att belysa detta redovisas ett spann från höga respektive låga utsläpp. Den högre nivån i spannet är resultatet av att omvärlden fortsatt utvecklas enligt Nuvarande trender och politik. Den lägre nivån i spannet bygger istället på en Global klimatomställning i linje med Parisavtalet. I Referensscenariot utvecklas beteenden och teknik enligt nuvarande trender och beslutade politiska styrmedel i både Sverige och omvärlden. I det Territoriella klimatmålsscenariot kommer nödvändiga beslut för att nå de svenska klimatmålen att tas. Här sker till exempel en övergång till nollutsläppsfordon och byggsektorn använder delvis fossilfritt stål. I det lägre spannet antas hela världen ställa om i linje med Parisavtalet, vilket bland annat ger lägre utsläpp utomlands vid produktion av fordon och mat som vi importerar, samt att internationellt flyg i huvudsak drivs med förnybart flygbränsle. Den högre nivån i spannet illustrerar att Sveriges territoriella klimatmål nås, men världen för övrigt ställer inte om för att klara temperaturmålen i Parisavtalet. I Beteende- och teknikscenariot genomförs ytterligare inhemska åtgärder för att bidra till lägre klimatpåverkande utsläpp från svensk konsumtion. Här antas utrikesflygandet och bilåkandet ligga kvar på 2019 års nivå. Självkörande bilar introduceras och regleras så att det inte leder till ökat bilåkande. Det sker ett skifte inom animaliekonsumtionen där hälften av nötköttet ersätts med kyckling eller växtbaserade proteinkällor. En annan skillnad är att nybyggnationen av bostäder halveras vilket möjliggörs bland annat genom att en del lokaler byggs om till bostäder. I Omfattande beteende- och teknikscenario illustreras effekten från kraftiga minskningar av flygande, bilåkande, konsumtion av nötkött och mejeriprodukter samt byggnation av vägar och bostäder, men med samma teknik som i föregående scenario. I Referensscenario med omfattande beteendeförändringar visas effekten i utsläpp av dessa omfattande beteendeförändringar, men i det här fallet i kombination med att avancerade tekniska förändringar uteblir både i Sverige och utomlands. Det översta spannet i figuren nedan visar vilka genomsnittliga globala netto-utsläpp 2050 som kan anses vara i linje med Parisavtalet, givet att det kvarvarande utsläppsutrymmet fördelas jämlikt per person. Studierna är utvalda av IPCC och streckens täthet visar på mängden studier som ger ett visst resultat. Den lägre utsläppsnivån i spannet motsvarar att den globala medeltemperaturökningen begränsas till under 1,5°C. Den högre utsläppsnivån motsvarar temperaturökning under 2°C med hög sannolikhet, eller att betydande negativa utsläpp efter 2050 för att långsiktigt nå 1,5°C. Notera att dessa är netto-utsläpp och därmed omfattar bidrag från negativa utsläpp enligt respektive studie, till skillnad från scenarierna i denna rapport. FIGUR - SE RAPPORT De spann för scenarierna som redovisas i mörkare färg omfattar enbart de konsumtionsområden som har analyserats i den här rapporten (persontransporter, livsmedel, byggande och boende). Spannen i en ljusare färg är uppskattningar av de totala konsumtionsbaserade utsläppen (inkl. övrig konsumtion och näringslivets investeringar). Notera dock att inga beteendeförändringar antas för dessa områden samt att denna analys endast är avsedd att illustrera ett resultat för helheten och inte är lika väl underbyggt som övriga beräkningar. Utfallet visar att referensscenarierna, både med och utan omfattande beteendeförändringar, beräknas resultera i totala konsumtionsbaserade utsläpp som ligger på en högre nivå 2050 än de studier som ligger i linje med Parisavtalets temperaturmål, givet studiernas uppskattade utsläppsnivå år 2050 och att utsläppsutrymmet fördelas jämlikt per person. Resultaten indikerar också att de konsumtionsbaserade utsläppen i det Territoriella klimatmålsscenariot ligger på en högre nivå 2050 än flertalet av dessa studier. Beteende- och teknikscenariot motsvarar i stort studiernas uppskattade utsläppsnivå år 2050, men det är under förutsättningen att den svenska omställningen kombineras med en global klimatomställning. Omfattande beteende- och teknikscenariot kan nå nivåer så låga att de motsvarar studier där globala medeltemperaturökningen begränsas till 1,5°C grader utan stora behov av negativa utsläpp, men också detta under förutsättningen att det sker en global klimatomställning. En övergripande slutsats är att de sammantagna konsumtionsbaserade utsläppen som kan uppnås genom ett fokus på avancerad teknisk utveckling inte är tillräckliga för att med säkerhet ligga i linje med Parisavtalet. Det gäller även om resten av världen också genomför en klimatomställning. Resultaten visar också att enbart omfattande beteendeförändringar, och ingen avancerad teknik, ligger ännu längre ifrån målen i Parisavtalet. En kombination av både avancerad teknik och vissa beteendeförändringar skulle däremot kunna ge en utveckling som ligger i nivå med de genomsnittliga utsläppen per person som Parisavtalets mål motsvarar år 2050. Frågorna om ett land som till exempel Sverige bör besluta om ett konsumtionsbaserade klimatmål som ett komplement till det territoriella målet, och vilken ambitionsnivå som målet i så fall borde ligga på, är naturligtvis politiska och inte vetenskapliga. En viktig aspekt att ta hänsyn till är att dessa scenarier inte omfattar potentialen för negativa utsläpp. En möjlighet är att anta ett netto-noll mål även för konsumtionsbaserade utsläpp, där kompletterande åtgärder, såsom negativa utsläpp, kompenserar för en viss mängd kvarvarande utsläpp. DEL 2 - Om utsläppsmål utifrån Parisavtalet och internationella rättviseprinciper Enligt Parisavtalet så ska nationella målsättningar gällande utsläppsminskningar uppnås med hänsyn taget till (i) att utvecklingsländer kan behöva mer tid för att vända sina respektive utsläppskurvor nedåt, (ii) rättvisa, och (iii) med hänsyn till en hållbar utveckling och fattigdomsbekämpning. Dessutom ska genomförandet vägledas av Klimatkonventionens övergripande princip om ”rättvisa och gemensamma men olikartade ansvar och respektive förmågor, i ljuset av olika nationella förhållanden”. Det finns dock ingen konsensus kring hur de mål som beskrivs på global nivå i Parisavtalet kan översättas till nationella målsättningar för utsläppsminskningar. Det är i grunden en värderingsfråga och en politisk avvägning hur de globala utsläppsminskningarna ska fördelas över världens nationer samt hur Parisavtalet och Klimatkonventionens mål och principer bör tolkas för svenska målsättningar. Forskare och analytiker har däremot bidragit med konsekvensanalyser av olika metoder och principer för att fördela utsläppsutrymmet, som även har diskuterats inom klimatförhandlingarna. Globala genomsnittliga netto-utsläpp av växthusgaser om -0,3 till 3,3 ton CO2e per person år 2050 kan vara i linje med Parisavtalets temperaturmål, se första spannet i figuren ovan som är baserat på IPCC:s scenarier. Detta gäller dock under förutsättningen att utsläppen redan från 2020 minskar i linje med respektive scenario och att respektive scenarios behov av negativa utsläpp möts. En högre utsläppsnivå omkring 2050, och långsammare utsläppsminskningstakt fram till dess, förutsätter betydande netto-negativa utsläpp efter 2050 om ambitionen är att långsiktigt begränsa den globala medeltemperaturökningen till 1,5°C. Det är därför viktigt att ta hänsyn till utsläppskurvan från nu fram till ett eventuellt målår f
|
|
| 10. |
|
|
