Listing 1 - 10 of 126 | << page >> |
Sort by
|
Choose an application
Passive acoustic dampers in the form of Helmholtz resonators, perforated plates and liners, are commonly used to suppress noise propagation or to control the acoustic feedback that can lead to thermo-acoustic instabilities in combustion engines. Their robustness, acoustic properties and easy integration into existing systems make them an appealing solution for noise control in many applications, from air conditioning systems in buildings to automotive mufflers or aircraft engine liners. When designed properly, such silencers dissipate the energy contained in the passing acoustic waves within a specific frequency range. The damping mechanisms involved can differ significantly depending on the geometry of the perforations, the amplitude of the acoustic excitation, the local flow conditions and the structural response of the system. The large variety of operating conditions encountered by these silencers can be difficult to reproduce and to monitor in an experimental setup. Moreover, the applicability of many of the semi-empirical models developed to describe the acoustic behavior of perforates is severely limited by their restrictive assumptions or because important design parameters that could be used to enhance the acoustic damping are neglected. In order to better understand the physical phenomena influencing the flow-acoustic interaction at perforates and to improve the design of future passive sound absorbers, a clear need for efficient numerical prediction schemes and characterization methods comes to the fore. For these reasons, the first part of this dissertation investigates linear acoustic operators combined with efficient high-order numerical methods to model the wave propagation through non-homogeneous medium and non-uniform flow regions, accounting for the various convective and dissipative phenomena. These linear methods are further applied to characterize the influence of local sheared flows, temperature profiles, and flow turbulence on the acoustic behavior of perforates. In the second part, a methodology based on the computational fluid dynamics solution of the incompressible flow equations is presented and assessed for the determination of the impedance of Helmholtz resonators. This approach is used to analyze the nonlinearities occurring at the resonator opening due to flow separation under high amplitude excitations. The vibro-acoustic behavior of perforated plates is the focus of the last part of this work. A numerical design and optimization tool for passive noise control devices based on flexible micro-perforated panels is proposed. This technique, which couples a potential acoustic solver and structural shell elements, is validated and applied to a cylindrical resonator containing a micro-perforated plate with circular square-edged orifices. The developed numerical methods provide novel modeling capabilities for the flow-acoustic interactions, nonlinearities, and the vibro-acoustic coupling affecting the acoustic behavior of perforates in passive acoustic dampers. As such, these techniques can provide valuable insights in the physical behavior, paving the path for the development of novel noise control solutions.
Choose an application
Choose an application
Voor het streven naar een beter milieu en efficiënter gebruik van energie implementeert het bedrijf CEE warmtekrachtkoppelingen (WKK) in bedrijven, een van deze bedrijven is de mouterij Dingemans nv. De WKK in dit bedrijf bestaat uit een generator die aangedreven wordt door een gasmotor, tijdens dit proces wordt zowel warmte als elektriciteit geproduceerd. De geproduceerde warmte wordt hergebruikt in andere processen. Het is dus zeer belangrijk dat de WKK zo weinig mogelijk downtime heeft. De vermindering van downtime wordt onderzocht in deze masterproef door middel van (d.m.v.) predictive maintenance op basis van trillingsanalyse. Hierbij wordt gefocust op de as tussen de motor en de generator. De meest voorkomende defecten op een roterende as zijn lagerdefecten en een onbalans. Om de fouten te kunnen detecteren zijn sensoren nodig, het type sensor is afhankelijk van het defect dat opgemerkt moet worden. Dit zorgt ervoor dat al veel sensoren afvallen en dat de focus kan gelegd worden op versnellingsmeters. De juiste versnellingsmeter wordt dan bepaald aan de hand van enkele kritische factoren waarin sensoren moeten voldoen voor een goede predictive maintenance te bekomen. Uiteindelijk wordt gekozen voor een piëzo-elektrische versnellingsmeter van Siemens. Niet enkel de sensoren zelf zijn heel belangrijk, maar ook de plaats waar ze bevestigd worden. De theoretisch beste plaats van de sensor hangt ook weer af van het defect. Voor lagerdefecten is dit zo dicht mogelijk bij de lager en in de load zone van de as, hier wordt de lager het meest belast door het gewicht van de as. Best worden voor dit soort defecten meerder sensoren gebruikt, hierdoor is besloten om 3 sensoren te bevestigen per lager, deze zijn zo dicht mogelijk bij de 2 lagers geplaatst. Voor een onbalans is het ook belangrijk dat de sensor in de load zone bevestigd is. Daarvoor kunnen dus dezelfde sensoren gebruikt worden als voor de lagerdefecten. Eerst wordt vooronderzoek gedaan op een testopstelling. Op deze opstelling worden alle mogelijke defecten nagebootst en gemeten, ook wordt eenmaal een meting gedaan waar geen defecten aanwezig zijn. Vervolgens worden de sensoren via een magnetische bevestiging op de WKK gemonteerd en met het data-acquisitie systeem verbonden. De metingen van de WKK worden als normaal verondersteld en kunnen dus vergeleken worden met de testopstelling zonder defecten. Dit wordt gedaan met behulp van (m.b.v.) Matlab, de metingen worden hierin verwerkt en omgezet van het tijdsdomein naar het frequentiedomein. Hieruit kunnen dan enkele factoren berekend worden waarmee de grenswaarden van de trillingen bepaald kunnen worden. Als deze dan ook weer geïmplementeerd worden in Matlab kan een waarschuwing gegeven worden als een mogelijks defect wordt gedetecteerd.
Choose an application
In oktober 2017 neemt het Punch Powertrain Solar Team voor de zevende keer deel aan de Bridgestone World Solar Challenge in Australië. Hun zonnewagen moet zo snel en efficiënt mogelijk een traject van meer dan drieduizend kilometer afleggen. Een manier om de totale efficiëntie te vergroten, is door de kinetische energie afkomstig van de wegexcitaties om te zetten in nuttige elektrische energie. Deze recuperatie is mogelijk dankzij het gebruik van re-generatieve dempers. De hoeveelheid energie die onder de vorm van warmte verloren gaat bij traditionele hydraulische dempers, wordt bij zijn regeneratieve variant gerecupereerd en terug gestuurd naar de batterij. Aan de hand van een dynamische analyse wordt op een theoretische manier bepaald hoeveel vermogen er verloren gaat in de huidige schokdempers van de zonnewagen. De resultaten van deze in Matlab uitgevoerde analyse tonen aan dat dit verlies gemiddeld 8,47 Watt be-draagt. Dit is weliswaar beperkt, maar ook niet onbeduidend. Om het risico op onaangename trillingen te vermijden, is aanvullend een trillingsanalyse uitgevoerd. De resultaten zijn verge-leken met de limieten die het menselijk lichaam kan verdragen op het gebied van vibraties. Hieruit valt af te leiden dat er geen gevaar is voor lichamelijke schade. Een rit in de zonnewa-gen zal evenwel niet erg comfortabel zijn. Aan de hand van computersimulaties in LMS Amesim is onderzocht in hoeverre de dem-pingsverliezen effectief gerecupereerd kunnen worden. Rekening houdend met restricties zoals inbouwgrootte en gewicht blijkt een hydraulisch-elektrisch regeneratief systeem het meest geschikt voor een mogelijke implementatie. De simulaties tonen aan dat dit systeem een beperkte hoeveelheid vermogen kan genereren tijdens het rijden over een weg met een ruwheid volgens ISO 8608 klasse B. Hierbij zijn de snelheidsprofielen van de huidige dempers gebruikt als inputs voor het regeneratief circuit. Om over te gaan tot het ontwerp van een prototype dient onderzocht te worden of de voorge-stelde dimensies van de vereiste componenten ook fysisch realiseerbaar zijn. Het uitvoeren van praktische testen kan eveneens een nuttige aanvulling zijn op de theoretische resultaten die tijdens dit thesisonderzoek bekomen werden.
Choose an application
To be competitive in any branch of motorsport, there is one major rule: being faster than the others. Teams are constantly looking for new ideas to improve their motor or car and get ahead of their rivals. One of the biggest steps forward for racecars was the invention of the carbon fibre monocoque, which made the car stronger, lighter and safer (Mclaren F1 Team, 1981). A classic monocoque has one major drawback, however: it has a huge production time because the mold in which it is made only has one opening. This is why race teams in the higher classes of motorsport use an updated concept: the split monocoque, which consists of two separate parts instead of one. The goal of this thesis is to apply this concept to the racing cars of Formula Electric Belgium. A short production time is very important to them since they have to design and build a new car every year. However, the shorter production time of a split monocoque also has some side effects, including a higher cost and higher weight. All this results in a research question this thesis tries to answer: "Is it possible to design a split monocoque with the same or even better properties than the single-piece counterpart for a Formula Student race car considering the production limitations?" This thesis will focus in the first place on evaluating if a joint can be created that meets the required strength to handle the complex loads a race car gets exposed to during a race. Therefore the research is split up into 2 phases. The first part consists of literature research to get a better understanding of the techniques and materials used in the construction of a split monocoque. The second part focuses on designing, testing, simulating and enhancing possible joints that can be used in a split monocoque. For this part, different production techniques, experiments and finite elements analysis are used respectively. These 3 methods were applied at the same time and iteratively, to make sure development or breakthrough in one field could have a positive effect on the other two. The results shine a positive light on the eventual implementation of a split monocoque. After applying a strict selective procedure on different adhesives, an adhesive and structure were selected which are ideal for the production process and are strong enough to hold the two parts together. This chosen joint type can be implemented without a severe increase in production complexity. Besides this, the weight increase introduced by the joint is almost negligible. However, the production process is still in an early and incomplete phase, since no tests or simulations were done on a scale model or a prototype. It can be concluded that after evaluating the results, using a split monocoque at Formula Electric Belgium is a possibility. However, more research has to be done about how this concept can be implemented in real life in the coming years, building on the conclusions of this thesis. In this way, the ultimate goal of building a prototype and the first real race car with this type of monocoque can be achieved.
Choose an application
An air cleaner is crucial for combustion engine since it prevents particulate matter and moisture from entering the combustion cylinder, which ensures the performance of the engine. In today’s competitive filtration market, air cleaners with high performance and long term durability stand firm. This pushes companies to analyze and optimize product’s dynamic performance in the design phase. With the help of advanced CAE software, finite element method has become a powerful tool. However, in most cases, it is not easy to achieve a high degree of confidence that the virtual model can represent the real physical object. Hence, building an accurate simulation model is key to success. The aim of this thesis is to improve the correlation and building an accurate simulation model for fatigue failure analysis of a glass fiber reinforced plastic air cleaner. The air cleaner is assembled through latches and containing loose-fitted filter cartridge. Because of these features: anisotropy, non-linear contacts, and high damping, it is not straightforward to build the model and predict accurately the dynamic behavior, structural strength, and fatigue failure of such air cleaners through finite element simulations. Hence, the dynamic behavior was investigated through finite element simulation and hammer impact testing. In finite element simulation, modal analysis and harmonic analysis were employed in ANSYS workbench to obtain numerical results while hammer impact testing was employed to obtain experimental results. Correlation of frequency response functions between simulation and testing were applied to verify the model. The research also followed a bottom-up approach and an iterative approach. It started with the single component, then sub-assembly, and full assembly. During each phase, the simulation and testing were performed for each component simultaneously. On the simulation aspect, modal analysis and harmonic analysis had been set up for each component. And the point mass model was the most used model simplification method. On the other hand, in hammer impact testing, all the component was hung on a soft rope to simulate a Free-Free boundary condition. The results show that, for single components, the body and the cover can obtain good FRF correlation between simulation and testing respectively. While filter cartridge, sub-assembly, and full assembly could not obtain good correlation result. The poor FRF correlation of the cartridge shows that the structure is highly damped and the point mass (rigid or deformable) model could not represent the real filter media. Moreover, the FRF correlation of solid body with either isentropic or orthotropic is also poor. Further research on how to model the filter media correctly is necessary. In the sub-assembly phase, the filter cartridge has a non-negligible effect on filter cartridge & body model. And for the body & cover model, the question is still how to model latches and contact behavior correctly. In full assembly phase, a trial model, which consider the filter media as the point mass, has implemented. The reason of poor correlation come back to the filter cartridge issue again. In the end, due to the limit of hammer impact testing, the non-linear effects of the filter cartridge, sub-assembly, and full-assembly would need further research through in-depth experimental modal analysis such as random or single frequency excitation analysis.
Choose an application
De opzet van dit werk is om voor het volgende Punch Powertrain Solar Team een brug te slaan tussen theoretische concepten, numerieke simulaties en de praktische validatie hiervan. Hiertoe wordt eerst onderzocht wat belangrijk is bij het ontwerpen van een wagen en hoe dit getest wordt. Met deze kennis als basis wordt de lijst met vereisten opgesteld, een theoretisch concept ontworpen en vervolgens simulaties verricht. Op basis van de bekomen resultaten wordt een testframe ontwikkeld dat op zijn beurt gebruikt wordt om de numerieke simulaties en theoretische concepten te valideren. De uitdaging tijdens het ontwerp van dit frame is tweedelig. Enerzijds moet het frame modulair opgebouwd zijn zodat parameters als spoorbreedte, ophangingsgeometrie en zwaartepunt aanpasbaar zijn. Deze aanpasbaarheid is noodzakelijk om te voldoen aan de steeds veranderende reglementen van de World Solar Challenge. Anderzijds moeten de onveranderlijke basiseigenschappen gewicht en stijfheid correct zijn. In deze thesis worden ten eerste de invloed van het chassis op het rijgedrag van een voertuig en ten tweede het belang van de torsiestijfheid van het chassis onderzocht. De resultaten worden vervolgens gebruikt bij het ontwerp van het frame. Het conceptuele ontwerp zorgt voor het voldoen aan de variabele vereisten waarna eindige elementenanalyses ervoor zorgen dat het frame voldoet aan de basisvereisten van stijfheid en gewicht. Ook met productietijden en gebruiksvriendelijkheid wordt er rekening gehouden. Na de productie van het frame wordt via een testopstelling de torsiestijfheid bepaald en worden eerder uitgevoerde simulaties geverifieerd. Deze resultaten geven een indicatie of het frame dezelfde dynamische eigenschappen heeft als de zonnewagen. Een solide validatie van het frame door toekomstige onderzoekers, zal toelaten dat de bekomen resultaten in deze thesis correct geïnterpreteerd kunnen worden. Zo kan opvolgend onderzoek gebruik maken van rekstrookjes en andere sensoren om de zonnewagen en het frame in detail te bestuderen. Dit zou een nauwkeurige vergelijking mogelijk maken en nieuwe inzichten geven in de dynamische stabiliteit van het ontwerp.
Choose an application
In de huidige vierde industriële revolutie speelt het automatiseren van repetitieve, manuele handelingen een cruciale rol. Dit legt de basis voor de verwerking van waardevolle data dat een bedrijf kan gebruiken voor een nog efficiëntere productie. Ook in de verspanende industrie is deze beweging sterk aan de gang, al is hier nood aan flexibele en veelzijdige machines om alle manuele handelingen over te nemen. In deze industrie is een frees een veelgebruikt gereedschap voor metaalbewerking. Vaak zijn deze voorzien van wisselplaten om de slijtage te beperken tot een zo klein mogelijk verwisselbaar onderdeel. Deze wisselplaten maken contact met het werkstuk en zorgen voor de verspanende bewerking. Dit is een verbruiksonderdeel en wordt steeds handmatig vervangen. GIMA-Machines onderzoekt de mogelijkheid om dit handmatige onderdeel weg te werken uit de industrie. Deze masterthesis focust zich op het automatisch vervangen van de wisselplaten gemonteerd op een Stellram 5230VS Series frees gemaakt door Kennametal. Deze frees is een veelgebruikt type bij fabrikanten van vliegtuigonderdelen. Hiervoor wordt een robotgereedschap ontwikkeld dat de wissenplaten kan demonteren en een nieuwe kan monteren. Dit gereedschap bestaat uit een schroefsysteem dat de bout losmaakt, een zuiggrijper dat de bout kan vastnemen en een tweede zuiggrijper die de snijplaat kan vastnemen. Met een berekening en testprocedure werd een iteratieve verbetering van de zuiggrijper gedaan. Deze zuiggrijpers werden gemaakt met FDM (fused deposition modeling) technologie, waarvoor ook een literatuurstudie is uitgevoerd om het geschikte materiaal te kiezen. Dit gehele gereedschap werd gemonteerd op een zes-assige robot om zo flexibel mogelijk alle wisselplaatposities te bereiken. Aan de hand van de literatuurstudie werden de zuiggrijpers ook in verschillende materialen gemaakt en getest. Ze werden onderling vergeleken met de verkregen onderdruk bij het aanzuigen van de wisselplaat. Dit is een maat is voor de aanzuigkracht, wat grotendeels bepaald wordt door de afsluiting tussen de zuiggrijper en de wisselplaat. Ook speelden eigenschappen als slijtvastheid, flexibiliteit en oliebestendigheid een belangrijke rol. Resultaten toonden aan dat verschillende nauwkeurigheden werden verkregen met verschillende materialen. Deze nauwkeurigheid leidde tot goede en minder goede afdichting, wat resulteerde in verschillende aanzuigkrachten. Gebruik van PLA zuiggrijpers is goed voor prototypes maar het broze materiaal kan snel breken indien de zuiggrijper in contact komt met de frees. Het flexibelere TPE werkt dit broze aspect weg maar is moeilijker om complexe zuiggrijpers van te maken. Afzonderlijke testen van de verschillende onderdelen van het gereedschap bevestigen hun functionaliteiten en motiveren om het samengestelde gereedschap ook uitgebreid te testen. Dit onderzoek kan verder worden verricht aan de hand van een robotprogramma waarbij de wisselplaatposities elk apart opgenomen zijn uit de reële robotcoördinaten op de gebouwde teststand.
Choose an application
The Solar Team of the KU Leuven builds a solar car every two years. The suspension of the last solar car “BluePoint Atlas” is designed based on multibody system (MBS) simulations using previously determined loading conditions. It has been proven that, based on this modelling principle, the suspension of the car is strong enough during a race. Due to the fact that the loading, used in these simulations, is based on ad-hoc assumptions, the research question arises whether the design requirements might be too severe and that in reality, the loads acting in the suspension, are lower than expected. As a consequence, a detailed knowledge of the actual loading conditions on the suspension could yield to further optimization of the suspension geometry resulting in improved performance characteristics of the vehicle. The relevant suspension parts, studied in this thesis, are the wishbones, pushrod and fusee. By making assumptions about the applied accelerations, geometry and mass, theoretical forces are calculated analytically, at first, for a slalom and braking case. Since this calculation is based on a simplification of the real-life conditions, a multibody model is created to eliminate the steady-state geometrical assumptions and a test setup is made to measure the actual accelerations occurring for both test cases. An accelerometer, IMU sensor and six strain gauges are placed on the relevant suspension parts. The selection of these sensors is based on an appropriate choice of sensor characteristics, such that it’s possible to obtain relevant measurement data of the different load cases which occur in race conditions. To validate the MBS model, a slalom test and a brake test are performed, the resulting acceleration and strain graphs have the expected sinusoidal and step-up shape. The strain gauges are calibrated using a compression test, the force-strain characteristic is according to Hooke’s law. The measurement data are, subsequently, filtered with a Kalman filter to remove the spurious noise on the measurement signals. The accelerations are converted to forces and used as input for an MBS-simulation. For this simulation, the connections in the suspension are simplified with three different connection types. The loss of mass, due to simplifications, is compensated by adding point masses at specific locations, such as the centre of gravity. Finally, all bodies are considered rigid since the structural dynamic behaviour on a (sub-)component level is not within the frequency range of interest. At first, the MBS-model is validated by comparing the resulting forces with the analytical results and afterwards compared with the strain gauge results. The numerical and analytical results show a similar order of magnitude motivating the choice of a numerical model over an analytical model. When performing a real-time simulation on a bump case, it is difficult to separate the measurement noise and structural vibrations from the actual accelerations caused by the bump without filtering. Applying a Kalman filter on the measured accelerations, however, significantly influences the amplitude of the measured acceleration during the bump. Although the MB-model can’t be used yet to perform forward simulation due to the uncertainty of the accuracy, it can be used for force determination of the brake and slalom case when the error is taken into account. Further updates of the model can possibly reduce this error by reducing the amount of simplifications.
Choose an application
Deze thesis wil in opdracht van het CQS Group Racing Team nagaan wat de invloed is van de gewichtsverdeling van hun Citroën 2CV racewagen Pegasus op de prestaties. Concreet is het de bedoeling de gewichtsverdeling te bepalen, die voor een gegeven totale massa resulteert in een minimale rondetijd op het circuit van Spa-Fran- corchamps. prestaties beïnvloedt. Verder is het inte- ressant om te onderzoeken of een zwaardere wagen met een betere gewichtsverdeling (bv. door het toevoegen van balanceermassa’s) een kortere rondetijd kan behalen dan een lichtere wagen met een slechtere gewichtsverdeling. Deze studie wordt uitgevoerd aan de hand van simulaties in het softwarepakket LMS Imagine.Lab AMESim van Siemens. In een eerste stap wordt een model opgesteld (het IFP Drive model) dat de invloed van de gewichtsver- deling en de totale massa voor bepaalde gripcoëfficiënten tussen de banden en het wegdek kwantificeert. Dit eerste model zoekt de optimale gewichtsverdeling en creëert hiervoor een snelheidsprofiel i.f.v. de afgelegde af- stand. In een volgende stap gaat een tweede model (het Voertuigdynamisch model) na of het gevonden snelheids- profiel daadwerkelijk haalbaar is op het circuit zonder daarbij extreem rijgedrag te vertonen. Uit het eerste model blijkt dat met een gripfactor van 0.9 (d.i. een droog wegdek) en de reglementaire minimale massa (incl. piloot) de gewichtsverdeling 55/45 (vooraan/achteraan) optimaal is. Voor Pegasus bedraagt het verschil in rondetijd tussen de situatie met de huidige en de ideale massa minstens twee seconden. Er kan geconcludeerd worden dat (1) men altijd een zo laag mogelijke massa moet nastreven, (2) de gewichtsverdeling van een voorwielaangedreven wagen steeds voor meer dan de helft naar de vooras moet neigen, en (3) dat het toevoegen van extra massa om de ge- wichtsverdeling richting het optimum te verplaatsen nooit tot betere rondetijden leidt.
Listing 1 - 10 of 126 | << page >> |
Sort by
|