Tidigare studier har visat att björkplywood är ett effektivt alternativ till stålplåtar i träförband, främst tack vare dess goda mekaniska egenskaper, bearbetbarhet och hållbarhet. Dessa egenskaper har studerats ingående med avseende på viktiga parametrar såsom fiberriktning och fuktkvot. Dess användning som laskar i träkonstruktioner har även undersökts. Dock har tidigare studier främst varit begränsade till enaxliga dragprov och mindre provkroppar, vilket innebär att ytterligare forskning krävs för att förstå björkplywoodens mekaniska beteende i mer realistiska och komplexa tillämpningar. Syftet med denna avhandling är därför att bidra med ny kunskap om förband med laskar av björkplywood. Resultaten syftar till att förbättra dimensioneringen av sådana förband, med avseende på både säkerhet och strukturell effektivitet.

Typen av fästdon (släta dymlingar eller skruvar) har undersökts i relation till skjuvhållfastheten i förband med varierande plywoodtjocklek. Resultaten visade att EN1995-1 Eurokod 5 (EC5) underskattar skjuvhållfastheten vid användning av skruvar, vilket främst beror på en konservativ uppskattning av den icke-linjära ökningen av motståndet vid glidning som bidrar positivt till förbandets bärförmåga. Vidare ökade avvikelsen mellan de analytiska beräkningarna och de experimentella resultaten avsevärt när antalet skjuvplan ökades från två till fyra, oberoende av typ av fästdon. Denna betydande avvikelse förknippades med brottmoden i de inre skjuvplanen.

Vidare har både limmade och mekaniska förband undersökts genom fullskaleförsök på limträfackverk sammanfogade med skivor av björkplywood. Brott var avsett att initieras i plywooden, vilka utsattes för komplexa spänningstillstånd. Plywoodskivornas tjocklek varierades mellan 9, 12 och 21 mm, och en provkropp testades för varje konfiguration. De experimentella resultaten visade att de limmade fackverken uppvisade högre bärförmåga och nästan dubbelt så hög styvhet som de med mekaniska förband. Vid samtliga fackverk med mekaniska förband, samt det limmade fackverket med de tunnaste plywoodskivorna (9 mm), uppstod brott i plywooden. För de limmade fackverken med tjockare plywood (12 och 21 mm) inträffade dock brott i limfogen mellan plywooden och limträelementet. De analytiska beräkningarna för de prov där brotten uppstod i plywooden överensstämde generellt väl med de experimentella resultaten, även om en viss överskattning noterades. Detta var förväntat och tillskrivs skalningseffekter, då materialegenskaperna som använts i beräkningarna härrör från småskaliga tester.

Baserat på jämförelser med tidigare studier uppskattades även limhållfasthetsvärden för att inkluderas i de analytiska beräkningarna av bärförmågan i limmade förband. Dessa värden bör dock undersökas vidare för att kalibrera och förbättra de analytiska modellerna.

Därtill visade tvådimensionella numeriska modeller god överensstämmelse med den globala styvheten uppmätt i försöken.

För framtida arbete föreslås en fördjupad undersökning av skalningseffekter på björkplywoodens mekaniska egenskaper samt limhållfasthet, i syfte att vidare kalibrera och validera de analytiska modellerna. Även mer avancerade numeriska simuleringar föreslås.

Mobila nätverk, som ursprungligen utvecklades för mobiltelefoner, används i allt större utsträckning av autonoma robotar som kräver tillförlitlig uppkoppling föratt kunna utföra komplexa uppgifter. Framsteg inom artificiell intelligens möjliggör nya tillämpningar för obemannade drönare, uppkopplade autonoma fordon och industriella mobila robotar. Många robotar saknar dock den beräkningsförmåga som krävs för avancerade algoritmer och måste därför skicka sin sensordata till edge-servrar som algoritmerna också kan avlastas till. Detta medför nya utmaningar om många robotar använder nätverket samtidigt, eftersom överföring av stora mängder sensordata kan överbelasta nätverket. Ett allt viktigare forskningsområde är därmed samdesign av kommunikation och styrning för mobila robotar. Samdesign kan användes till att anpassa en robots beteende efter nätverkets förutsättningar för att bibehålla säker och effektiv drift med begränsade resurser.

Det övergripande målet med denna avhandling är att föreslå ett nytt ramverk för samdesign för uppkopplade robotar. Specifikt vill vi hitta en avvägning mellankommunikations- och styrprestanda samtidigt som vi garanterar säker navigation med sensorbaserad positionering. Detta är särskilt viktigt för industriella mobila robotar i till exempel lager och fabriker, där satellitbaserad positionering inte är ett alternativ. Det är även relevant för mobila robotar i andra miljöer där satellitsignaler kan blockeras, såsom gruvor, täta skogar och bland höghus i städer. Avhandlingen består av två huvudsakliga bidrag.

I det första bidraget designar vi styrningen av en mobil robot för att möjliggöra säker navigering bland hinder som endast kan upptäckas av externa sensorer. Eftersom roboten inte kan upptäcka dessa hinder med sina egna sensorer, måste den undvika dem baserat på sin uppskattade position i en karta av kända hinder. För att ta hänsyn till osäkerheter i positioneringen inför vi ett säkerhetsfilter baserat på en robust Control Barrier Function. Filtret designas för att undvika kollisioner givet en övre gräns för lokaliseringsfelet. Vi utför hårdvaruexperiment med en Mobile YuMi Research Platform för att bestämma den övre gränsen på lokaliseringsfelet, samt för att demonstrera hur den föreslagna metoden undviker kollisioner.

Därefter, i det andra bidraget, presenterar vi ett ramverk med samdesign för uppkopplade robotar som behöver överföra sensordata över nätverket för att få uppdaterad position från en lokaliseringsalgoritm som avlastats till en edge-server. Eftersom robotens rörelse också påverkar lokaliseringsnoggrannheten samdesignar vi kommunikation och styrning för att uppnå en önskad nivå av lokaliseringsosäkerhet. Genom att härleda ett osäkerhetskrav från ett säkerhetsvillkor baserat på robotens avstånd till kartlagda hinder kan vi verifiera att roboten navigerar säkert. Metoden valideras i hårdvaruexperiment som visar att en avvägning mellan kommunikationoch hastighet kan uppnås utan att kompromissa med säkerheten.

Multimodala transportsystem erbjuder sömlösa tjänster genom att integrera olika reseformer som bilkörning, cykling, Mobility-on-Demand (MoD)-tjänster och kollektivtrafik (PT). Med framstegen inom autonom körning och elfordon visar MoD-tjänster betydande potential för samordning med andra reseformer, särskilt kollektivtrafiken. För att utnyttja denna potential fullt ut är det nödvändigt att undersöka planering och drift av MoD och PT i ett multimodalt system.

I det multimodala transportsystemet bör serviceoperationer på utbudssidan fokusera på intermodell samordning. På efterfrågesidan väljer kunder rutter och färdmedel baserat på servicekvalitet såsom restid och pris. Dock existerar forskningsluckor i planering och drift av integrerade MoD- och PT-tjänster. Först och främst saknar befintlig litteratur optimering av serviceoperationer som anpassas till kundbeteende i multimodala system. För det andra är befintliga metoder inte lämpliga för att lösa optimeringsproblem som balanserar förväntat beteende (från serviceoperationer) och äkta kundbeteende. För det tredje saknas operativa optimeringsmodeller med tidsdynamik för elburna MoD-fordon integrerade med PT. För att adressera dessa problem presenterar artiklarna: (1) planering av serviceoperationer i multimodala system, (2) en generisk matematisk lösningsalgoritm för valbaserade optimeringsproblem, och (3) drift av elburna MoD-fordon i multimodala system.

Artikel I presenterar en valbaserad optimeringsmodell för MoD-planering i multimodala system med hänsyn till kundbeteende. Optimeringen integrerar resenärers val av färdmedel och rutter via en multinomial logit (MNL)-modell. En effektiv lineariseringsmetod för transformerade MNL-begränsningar föreslås för att lösa modellen. Fallstudier och numeriska experiment demonstrerar metodens precision, effektivitet och fördelar jämfört med befintliga metoder. Artikel II utvidgar tillvägagångssättet genom att föreslå generiska yttre-inre approximationsmetoder för att lösa valbaserade optimeringsproblem, tillämpbara på problem som lokaliseringsplanering, nätverksutbyggnad och prissättning.

Artikel III optimerar samverkan mellan MoD och PT genom en nätverksflödesmodell som beskriver interaktioner mellan kundflöden, MoD-fordon och PT. Modellen integrerar tidsdynamik och laddningsbeteende för MoD-fordon via ett expanderat nätverk där varje dimension representerar plats, tidpunkt, laddningstillstånd eller färdmedel. En fallstudie med verkliga data från Färingsö i Stockholm visar att integrering av 10 MoD-fordon generellt minskar genomsnittlig restid med 11,35% och reslängd med 1,90%. Dessutom minskar maximal restid, genomsnittlig väntetid, inledande väntetid samt genomsnittlig/maximal bytestid markant (40%). Intermodella byten äger huvudsakligen rum på begränsade platser, vilket indikerar att endast små infrastrukturanpassningar krävs för integrationen.

Detta arbete undersöker de dynamiska effekterna på järnvägsbroar med korta spann,med särskilt fokus på inverkan av rälsojämnheter och den resulterande dynamiska förstoringsfaktorn, betecknad φ′′. Syftet med denna studie är att undersöka om dennuvarande formel, som är baserad på äldre undersökningar, är onödigt konservativ och kan förfinas för att öka de tillåtna axellasterna och förbättra effektiviteten ijärnvägstransportsystemet. Studien är inriktad på korta broar, med en spännvidd på mellan 4-20 m, eftersom de är mer känsliga för dynamiska effekter.Forskningen omfattar experimentell mätning på två betongbroar belägna på densödra stambanan i närheten av Katrineholm, Sverige. Syftet med detta är att validera de finita elementmodeller som används för ett större antal simuleringar. Den huvudsakliga modellen som används för simuleringar är en tvådimensionell modell som beaktar interaktion mellan tåg-spår-bro. Effekten av rälsens ojämnhetertas med i modellen för att beräkna deras isolerade effekt. De rälsojämnheter somanvänds kommer ifrån mätningar på bandelar i Sverige. Resultaten visar att den nuvarande formeln överskattar den dynamiska förstoringsfaktornför en betydande del av det studerade intervallet jämfört med formelnsom anges i Eurocode, med den övre gräns för egenfrekvens och för de studeradespännvidderna på 4-20 m och tåghastigheter på upp till 120 km/h, särskilt för lägre hastigheter. En stor skillnad mellan formlerna är att formeln i Eurocode inte längre påverkas av hastigheten efter 80 km/h, vilket inte var i linje med simuleringarna. Magnituden på skillnaden beror också på vilken typ av spårkvalitet som jämförsmed, den nya formeln för φ′′, som föreslås i denna studie, använder en skalningsfaktorsom beror på standardavvikelsen σ, istället för att bara använda ”bra spår”eller inte.

Utmaningar kopplade till utsläpp av växthusgaser i allmänhet och koldioxid isynnerhet understryker behovet av att minska användningen av fossila bränslen. Detta kräver mer effektiva förbränningsmotorer och en övergång till förnybara bränslen, såsom e-metanol. Eftersom knackande förbränning begränsar verkningsgraden hos en gnisttänd motor och därmed ökar både bränsleförbrukningen och utsläppen är det ett högaktuellt forskningsområde. Den vetenskapliga litteraturen har föreslagit flera förklaringar till knack. En allmänt accepterad hypotes är att knack främst initieras av så kallade "hotspots", det vill säga exotermiska centra med temperaturavvikelser. Samtidigt visar litteraturen att hot spots inte alltid förekommer i alla motorbränslekombinationer. Dessutom finns studier som pekar på andra reaktiva områden, såsom bränslerika zoner och oljefläckar, som möjliga orsaker till knack. Standardmetoden för att motverka knack är att senarelägga tändtidpunkten när knack upptäckts i tidigare cykler. Denna metod bestraffar dock även decykler som skulle ha haft en normal förbränning vid optimal tändning, vilket därmed minskar den totala förbränningseffektiviteten. En önskvärd lösning för att reglera knack är därför att kunna förutsäga inom en förbränningscykel om knack kommer att inträffa och justera tändtidpunkten utifrån denna information. Tidigare forskning har dock visat motstridiga resultat vad gäller möjligheten att förutsäga knack före tändning. Denna avhandling syftar specifikt till att klargöra, för en tung gnisttändmotor som drivs med metanol, potentialen att inom en förbränningscykel förutsäga om knackande förbränning kommer att inträffa, samt om den kan mildras inom samma cykel. Avhandlingen har även undersökt andra möjliga grundorsaker till självantändning i motorbränslesystemet, däribland huruvida smörjolja som tränger in i förbränningskammaren kan vara en bidragande faktor. Resultaten visar att det inte är möjligt att med hög noggrannhet förutsäga före tändtidpunkten om en cykel kommer att knacka eller inte. Reglering av knack efter tändning bedöms inte som fördelaktigt, på grund av stort överlapp i förbränningskaraktäristik mellan normala och knackande cykler. Smörjolja, snarare än hot spots eller bränslerika zoner, visade sig vara denmest sannolika orsaken till knack i den aktuella motorbränsleuppsättningen.

Med den pågående energiomställningen kommer nya utmaningar i kraftsystemet. När elproduktionen gradvis övergår från att produceras av stora synkrona maskiner till att produceras av förnybara energikällor påverkas systemets dynamik. Kraftsystemet blir mer känsligt för störningar, och nya stabilitetsfenomen uppstår. Det blir därför allt viktigare att övervaka kraftsystemet. Med utvecklingen av Phasor Measurement Units (PMU:er) blev det möjligt att övervaka kraftsystemet med hög samplingsfrekvens. Ett fenomen som blev möjligt att upptäcka och övervaka med PMU:er är forcerade oscillationer. Tillsammans med naturliga oscillationer utgör dessa två olika typer av elektromekaniska oscillationer. Medan naturliga oscillationer är kraftsystemets naturliga svar på slumpmässiga lastförändringar eller fel, är forcerade oscillationer systemets svar på en extern källa som kontinuerligt exciterar systemets dynamik. Om frekvensen på den forcerade oscillationen ligger nära en systemmod kan resonans uppstå mellan den forcerade oscillationen och systemmoden. Om särskilda villkor är uppfyllda kan den forcerade oscillationen förstärkas kraftigt och fortplanta sig över stora delar av kraftsystemet. Det är därför viktigt att övervaka förekomsten av forcerade oscillationer och vidta korrigerande åtgärder när de uppstår. Detaljerad teori om några noggrant utvalda metoder för att detektera forcerade oscillationer presenteras, och deras prestanda valideras i en fallstudie. När en oscillation har detekterats är nästa steg att avgöra om det rör sig om en forcerad oscillation eller en naturlig oscillation till följd av låg dämpning. För detta ändamål presenteras en metod för att särskilja forcerade och naturliga oscillationer. Metoden skiljer mellan oscillationstyperna genom att analysera dämpningskvoten hos det underliggande bruset och jämföra det med ett tröskelvärde. Den föreslagna metodiken använder en parametrisk modell som även inkluderar en odämpad sinuskomponent för att separera den odämpade oscillationen från underliggande brus i PMU-data. Metoden valideras med hjälp av två-areasystemet och Nordic 44-systemet.

Plattformiseringen av varor och tjänster har gjort insamling och bearbetning av data till en lukrativ verksamhet. I takt med denna insamling av konsumentmikrodata uppstår ett hot mot individers dataintegritet som inte kan underskattas. Mot bakgrund av detta hot har dataintegritet som en egenskap hos databehandlingssystem vuxit fram som en term för att beskriva risken att algoritmer avslöjar individers känsliga egenskaper för tredje part utan deras uttryckliga samtycke. Inom datavetenskap och angränsande områden har detta lett till forskningsinsatser för att utveckla matematiska ramverk som kan kvantifiera detta informationsläckage och erbjuda verktyg för att motverka oönskade avslöjanden. Sådana ramverk syftar till att möjliggöra garanterad dataintegritet för algoritmer och databehandlingssystem, det vill säga garantier som framträder som en matematisk egenskap hos en algoritm. Ett sådant ramverk är punktvist maximalt läckage (PML). PML är ett informationsteoretiskt mått på dataintegritet som kvantifierar det värsta fallet av informationsläckage av privat data till en angripare med godtycklig sidoinformation. En fördel med PML är dess operationella definition baserad på hotmodeller. Specifikt härleds PML genom att analysera hur effektivt en angripare kan härleda privata egenskaper från givna observationer eller databasstatistik. Detta sätt att definiera dataintegritet ger en matematiskt precis innebörd, då alla antaganden om angriparna görs explicita i hotmodellen. Vidare har det nyligen visats att integritetsgarantier enligt PML också erbjuder en stark tolkning av integritetsparametern i termer av minimumentropin hos dold och eventuellt avslöjad information. Denna avhandling tillhandahåller grundläggande metoder för integritetsanalys och mekanismdesign inom PML-ramverket. För det första etablerar vi fundamentala samband mellan integritetsmått som använder informationsdensitet för att mäta informationsläckage. Vi visar hur förhållandet mellan övre och nedre gränser för informationstäthet ger nya kopplingar mellan lokal informationsintegritet, asymmetrisk lokal informationsintegritet, PML och lokal differentiell dataintegritet. Vi tillämpar också dessa resultat för mekanismdesign för dataintegritet. För det andra undersöker vi avvägningen mellan dataintegritet och nytta för PML och tillhandahåller optimala mekanismer för en generell klass av konvexa nyttokriterier, givet att den datagenererande fördelningen av privat data är perfekt känd. Genom att använda verktyg från konvex analys och majoriseringsteori härleder vi slutna uttryck för optimala mekanismer under vissa parameterkonfigurationer. Vidare presenterar vi ett linjärt program för att beräkna optimala mekanismer i allmänhet. Eftersom perfekt kännedom om den datagenererande fördelningen sällan är möjlig i praktiken, föreslår vi ett ramverk för PML-integritetsanalys och -mekanismdesign baserat på empiriska skattningar av à-priorifördelningar. Vi introducerar begreppen lokal-läckagekapacitet och -läckagekänslighet, vilka underlättar både integritetsanalys och mekanismdesign under à-priorifördelningsosäkerhet. Vi visar att lokal läckagekapacitet fungerar som en Lipschitzkonstant för PML med avseende på ℓ1-avståndet mellan à-priorifördelningar. Med hjälp av stora avviksgränser härleder vi distributionsoberoende (ε, δ)-PML-garantier och presenterar en optimal binär mekanism. Dessutom visar vi att mekanismdesign under osäker à-priorifördelning kan reduceras till ett konvext optimeringsproblem med linjära begränsningar och tillämpar våra metoder för att analysera läckageegenskaper hos standardmekanismer såsom Laplace- och Gaussmekanismerna. Avslutningsvis undersöker vi sambandet mellan PML och starka databehandlingsolikheter (SDPI) för Rényi- och Hellingerdivergenser. Vi tillhandahåller villkor under vilka databehandlingsolikheten för Rényidivergenser uppfylls med likhet och analyserar kontraktionsegenskaper hos begränsade mängder av à-priorifördelningar via f-divergensolikheter. I synnerhet härleder vi en förbättrad version av Pinskers olikhet med hjälp av den gemensamma bildmengd tekniken, och utökar Binettes optimala omvända Pinskers olikhet till en tvärkanalsinställning, vilket möjliggör att förfina SDPI:er till specifika indatafördelningar. Vi använder dessa resultat för att kvantifiera förstärkningen av lokal differentiell dataintegritet för en kanal som uppfyller ett PML-villkor, men inte nödvändigtvis något villkor för lokal differentiell dataintegritet.