Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

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

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

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

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

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

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

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

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

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.