Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Simulation supported vibro-acoustic monitoring of additive manufacturing parts" "Elke Deckers" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "Dit doctoraat maakt deel uit van een project genaamd 'MUSIC', dat tot doel heeft onderdelen zonder defecten te produceren door middel van additive manufacturing. Dit project wil monitoringoplossingen ontwikkelen waarbij complementaire informatie van optische sensoren en structurele en geluidssensoren wordt gecombineerd. Gezien de complexiteit van het combineren van verschillende monitoringdatastromen, zal het project gebruik maken van datagestuurde modellen en fysica-gebaseerde signaalanalyse. In dit promotietraject ligt de nadruk op het laatste: het gebruik van fysisch-akoestische signaalanalyse. Binnen dit doctoraatstraject zal een reeks modelleerstrategieën worden ontwikkeld die het mogelijk maken om: 1) Optimale sensorlocaties te bepalen, 2) Rekening te houden met de variërende reistijd van vibro-akoestische signalen in complexe onderdelen en deze in rekening te brengen in bestaande controle-strategieën, en 3) het gemeten vibro-akoestische signaal te deconvolueren om rekening te houden met diffractie, reflectie of andere effecten die het oorspronkelijke signaal verstoren terwijl het van zijn oorsprong (de smelt of het defect) naar de sensor reist." "Efficient vibro-acoustic simulations using isogeometric analysis and its hybrid coupling with the wave based method." "Wim Desmet" "Afdeling Productietechnieken, Machinebouw en Automatisering" "Deze dissertatie presenteert onderzoeksbijdragen aan de ontwikkeling van flexibele NURBS-gebaseerde isogeometrische simulatietechnieken voor vibro-akoestische toepassingen in het laag- tot middenfrequente gebied. Het onderzoek kadert in het groeiende belang van het numeriek kunnen voorspellen van het trillings- en geluidsgedrag van producten, als gevolg van steeds veeleisendere commerciële overwegingen en strengere regelgeving. Het voornaamste doel van isogeometrische methodes in die context is het verschaffen van een naadloze overgang van Computer-Aided Design (CAD) naar Computer-Aided Engineering (CAE) door de introductie van CAD-beschrijvingen in een CAE-omgeving, teneinde kostbare en tijdsintensieve meshing-stappen te vermijden.Een eerste deel van het onderzoek bestudeert het potentieel van Niet-Uniforme Rationale B-Splines (NURBS) als basisfuncties voor stationaire dynamische analyses, met name voor Helmholtz-problemen in 2D. Tot de voornaamste bevindingen behoort de hogere effici""entie per vrijheidsgraad van NURBS-gebaseerde IsoGeometrische Analyse (IGA) in vergelijking met de conventionele Eindige-Elementen-Methode (EEM) op basis van Lagrange-veeltermen, zowel voor eigenwaarde- als voor randwaardeproblemen. Desalniettemin kunnen de praktische overwegingen opgelegd door de tensorproductstructuur van NURBS deze betere performantie in het gedrang brengen. Dit wijst op de relevantie van flexibele multipatch koppelingstechnieken en op het belang van het gebruik van efficiënte discretisaties met betrekking tot rekenprestaties.Een tweede deel van het onderzoek ontwikkelt een NURBS-gebaseerde isogeometrische indirecte RandElementen-Methode (REM) voor het bestuderen van 3D akoestische problemen. De intrinsiek oppervlak-gebaseerde aard van CAD-beschrijvingen maakt van de combinatie van IGA met de REM een krachtige aanpak. De aangewende  randintegraalformulering laat het modelleren toe van open randoppervlakken en van gecombineerde interne/externe problemen. In tegenstelling tot een collocatie-aanpak resulteert de variationele benadering bovendien in complex-symmetrische systeemmatrices, die numeriek sneller tot een oplossing leiden. De voorgestelde methode wordt gevalideerd met behulp van analytische oplossingen en gebenchmarkt ten opzichte van de conventionele veeltermgebaseerde indirecte REM. Verbeteringen in nauwkeurigheid gaande van een halve tot enkele ordegroottes voor een gegeven modelgrootte worden waargenomen. Gelet op de slechte schaling van REM-oplossingstijden, biedt dit uitzicht op enorme verminderingen van de rekentijd.Het derde en laatste deel van het onderzoek introduceert een flexibele techniek voor het koppelen van niet-conforme multipatch NURBS-oppervlakken op zowel C0- als C1-vlak; dit met het oog op het gebruik van isogeometrische benaderingen voor het bestuderen van akoestische toepassingen en van trillingen van dunne schaalstructuren. De C0-koppeling legt beperkingen op in zwakke zin, globaal voor de gehele interface. De C1-koppeling, daarentegen, linkt eerste-orde afgeleiden van de discretisatie aan elkaar in een set van goedgekozen collocatiepunten. Voor niet-conforme oppervlakken wordt een weloverwogen meester-slaaf-formulering gebruikt om een set van afhankelijke variabelen te bekomen die uit de systeemvergelijkingen geëlimineerd kunnen worden. De interface-beperkingen zijn enkel en alleen bepaald door het gebruikte elementennet, en kunnen dus gegenereerd worden in een goedkope voorbewerkingsstap. De resulterende koppelingsrelaties zijn lineaire vergelijkingen die opgelegd kunnen worden door middel van eenvoudige matrixreductie; op die manier verkleint de uiteindelijke modelgrootte. Dit kan plaatsvinden zonder enige tussenkomst van de gebruiker: het vereist geen stabilisatie- of bestraffingsparameters. Numerieke voorbeelden bevestigen de nauwkeurigheid van de koppelingsmethode. De C0-aanpak wordt met succes toegepast op akoestische problemen, gebruikmakende van isogeometrische EEM- en REM-implementaties. De prestatie voor niet-conforme configuraties is nagenoeg identiek aan die voor conforme geometrieën of zelfs elementennetten bestaande uit een enkele patch. Ook de C1-koppelingsmethode wordt gevalideerd door middel van meerdere numerieke gevallenstudies, waarin dunne schaalstructuren in zowel statische als dynamische context bestudeerd worden. De beschouwde geometrieën bevatten onder meer gekromde oppervlakken, alsook knikverbindingen zonder G1-continuïteit." "Interval approaches to include non-determinism in midfrequency vibro-acoustic models." "Wim Desmet" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "Het doel van het voorgestelde PhD-project is om rekening te houden met het niet-determinisme in het golfgebaseerde modelconcept door het concept van intervalbeschrijving in te voeren.  Onderzoeksinspanningen zullen zich richten op de ontwikkeling van numerieke methoden en op validatie op representatieve academische en industriële relevante vibro-akoestische benchmarkproblemen." "VAMOR Vibro-Acoustic Model Order Reduction" "Elke Deckers" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "VAMOR draagt bij aan een duurzamere en stillere toekomst voor Europa. Geluidsoverlast is een van de sleutelfactoren geworden voor de verslechtering van de levenskwaliteit in de Europese samenlevingen. Het toevoegen van geluidsbehandelingen leidt doorgaans tot een toename van het massa- en/of volumegebruik, wat de duurzaamheid van de betreffende producten schaadt. waardoor zwaardere voertuigen ontstaan. Om dergelijke oplossingen te vermijden en te streven naar duurzaamheid en optimaal akoestisch gedrag van producten, moet vibro-akoestisch ontwerp eerder in de ontwerpfase worden gestimuleerd. Bovendien kan de duurzaamheid van producten ook worden verbeterd door gebruik te maken van de informatie die is opgenomen in geluidsgolven die worden uitgezonden tijdens de werking ervan, waardoor mogelijke storingen worden opgespoord. In die context is efficiënte, op fysica gebaseerde geluidsmodellering een belangrijke factor in de richting van niet alleen geoptimaliseerde en duurzame akoestische profielen door middel van efficiënte ontwerpprocedures, maar ook betaalbare zogenaamde digitale tweelingen die de productprestaties in realtime monitoren. Daartoe is het overkoepelende doel van VAMOR het bieden van wetenschappelijke en overdraagbare vaardigheidstrainingen op hoog niveau over een nieuwe generatie efficiënte vibro-akoestische modelleringstechnieken, zogenaamde model order reduction (MOR) strategieën, aan een groep van hoog presterende, competente promovendi om een stillere en duurzamere omgeving te bevorderen. Dit wordt bereikt door een excellent onderzoeksprogramma te combineren met een voorbeeldig interdisciplinair trainingsprogramma. VAMOR brengt een opmerkelijk consortium samen, dat toonaangevende academische instellingen combineert met een voortdurend innoverende, grote verscheidenheid aan industriële partners die werken aan software, materiaal, testen, ontwerp en geluidsverbetering. Door een dergelijk intersectoraal, multidisciplinair consortium in te zetten, garandeert VAMOR de creatie van een gecoördineerde onderzoeksomgeving om nieuwe instrumenten te ontwikkelen en te exploiteren voor de efficiënte simulatie van geluid en trillingen en om de duurzaamheid en het akoestisch comfort van producten te bevorderen." "virtual prototyping for vibro-acoustic assessment of windturbine drivetrains" "Wim Desmet" "Afdeling Productietechnieken, Machinebouw en Automatisering" "Dit proefschrift bespreekt de ontwikkeling van een methodologie en modelleer aanpak met als doel het mechanisch geluid te reduceren van een moderne windturbine aandrijflijn, met een sterke focus op de windturbine tandwielkast. Alhoewel het mechanische geluid niet de dominante geluidsbron van een windturbine is, kan dit mechanisch geluid, in het bijzonder als het hoorbaar is en een uitgesproken tonaal karakter heeft, leiden tot non-conformiteit ten opzichte van de geldende regelgeving omtrent windturbine geluid. Dit weegt des te zwaarder door naarmate de windturbines dichter bij (dicht) bewoonde gebieden geplaatst worden. Dit onderzoek is ontstaan vanuit de kostelijke en tijdsrovende trail-and-error aanpak die momenteel veelvuldig gebruikt wordt om hoorbare mechanische tonaliteitente verzwakken of te verwijderen.  Dit proefschrift focust op de mechanische tonaliteiten afkomstig van de windturbine tandwielkast. Deze mechanische tonaliteiten ontstaan door de interactie van de verschillende tandwielen intern in de tandwielkast en propageren zich, ofwel rechtstreeks door de lucht, ofwel door andere structurele windturbine componenten zoals de toren en de bladen naar buiten. Een mechanische tonaliteit kan op twee verschillende manieren aangepakt worden. De eerste manier probeert de tonaliteit te verzwakken door de bron, in dit gevalde vertanding, te optimaliseren. De tweede manier beïnvloed het propagatie of transfer pad van de bron naar de ontvanger zodanig dat de mechanische tonaliteit door dit transfer pad niet versterkt maar verzwakt wordt. Dit proefschrift onderzoekt de tweede aanpak: het gebruik van virtueleprototype modellen om deze transfer paden te beoordelen en te optimaliseren. De ontwikkeling van deze methodology kan opgesplitst worden in 3 grote stukken. Eerst worden de individuele componenten van de wind turbine tandwielkast in detail onderzocht en indien nodig experimenteel gevalideerd. Daarna worden deze individuele componenten samengevoegd om zo het model van de volledige windturbine tandwielkast te vormen.De impact van deze individuele componenten op de globale eigenmodes vande tandwielkast worden onderzocht, en daarenboven wordt dit model van de windturbine tandwielkast ook experimenteel gevalideerd. Ten laatste wordt een model van de proefstand met twee tandwielkasten opgesteld. Ook dit model wordt onderzocht en experimenteel gevalideerd. Deze stap voor stap aanpak, alsook de vele experimentele validatie metingen zorgen voor een beduidende stijging in het inzicht en het vertrouwen in het dynamisch gedrag voorspeld door deze virtuele prototype modellen. Dit proefschift demonstreert deze methodology en modelleer aanpak met behulp van twee optimalisaties. De eerste optimalisatie onderzoekt de invloed van de lagers op de resulterende trillingen, terwijl de tweede optimalisatie de tandwielkast behuizing aanpast om een hoorbare resonantie uithet werkingsgebied van de windturbine te verplaatsen. Beide optimalisaties tonen duidelijk de kracht en het potentieel om pro-aktief, tijdens het ontwikkelprocess van de windturbine tandwielkast, virtuele prototype modellen te gebruiken om zo het geluids- en trillingsgedrag te optimaliseren." "Ontrafelen en exploiteren van disorde in het ontwerp en de realisatie van metamateriaaloplossingen voor breedbandige geluids- en trillingsreducti" "Wim Desmet" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "De noodzaak om de vaak tegenstrijdige en steeds strengere ecologische eisen en geluids- en trillingsnormen te verzoenen heeft geleid tot een enorme hoeveelheid onderzoek naar innovatieve lichtgewichtoplossingen met gunstige vibro-akoestische eigenschappen. Zo is recent de kracht aangetoond van lokaal resonante metamaterialen, die sterke geluids- en trillingsreductie mogelijk maken in gerichte frequentiezones, stopbanden genoemd.Hoewel hun potentieel is bewezen, is een hoofdreden die de doorbraak van deze metamaterialen als breed toepasbare ingenieursoplossing verhindert hun huidig gebrek aan sterk gewenste breedbandige prestaties. Terwijl het huidig ontwerp van metamaterialen typisch gebaseerd is op perfect geordende, vaak periodische schikkingen van resonatoren op of in een host structuur, is recent het veelbelovende potentieel ontdekt van het doelbewust introduceren van disorde in lokaal resonante metamaterialen om zo de frequentieband van verbeterde vibro-akoestische prestaties te verbreden.Door disorde in te voeren in modellering, analyse en ontwerp van lokaal resonante metamaterialen doelt dit project op het evalueren en ontrafelen van de impact van disorde op hun vibro-akoestische prestaties, op het onthullen van gunstige disorde effecten en hun onderliggende parameters en op het aanwenden van de verworven fundamentele inzichten om metamaterialen met breedbandige geluids- en trillingsreductie te ontwikkelen en realiseren door het exploiteren van disorde. " "Modelgebaseerde virtuele akoestische detectie voor geaugmenteerde systeemmonitoring van flexibele meerlichamensystemen" "Wim Desmet" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" " De duurzame ontwikkeling en onderhoud van voertuigen en machines speelt een steeds belangrijkere rol. Het gaat hier om de uitdagende taak de criteria op het gebied van menselijke gezondheid, winstgevendheid en milieu te monitoren en balanceren. De kennis van de krachten, koppels en spanningen in componenten is van groot belang om ervoor te zorgen dat machines en voertuigen binnen de veiligheidslimieten blijven en hun betrouwbaarheid behouden. Deze grootheden zijn echter moeilijk direct te meten, omdat bestaande spannings-, kracht- en torsiesensoren intrusief en duur zijn.Daarom nemen geaugmenteerde metingsstrategieën in populariteit toe om deze grootheden te schatten met makkelijker te meten grootheden. Dit wordt bereikt door op intelligente wijze fysische numerieke modellen te koppelen aan goedkope metingen. Het potentieel van deze fysische modellen wordt echter nog niet ten volle benut.Het doel van dit project is om uit te vinden hoe goedkope akoestische metingen gebruikt kunnen worden om moeilijk te meten grootheden te schatten in meerlichamensystemen. Om dit te realiseren, moeten nauwkeurige multifysische modellen worden geformuleerd waarin meerlichamendynamica en akoestiek gekoppeld zijn. Om de rekencomplexiteit te verminderen zullen nieuwe modelreductietechnieken ontwikkeld worden. Verscheidene metingconfiguraties zullen worden geanalyseerd vanuit een theoretisch en experimenteel perspectief om de kracht van deze innovatieve manier van virtueel meten aan te tonen." "Ontwikkeling van innovatieve vibro-akoestische metamaterialen met structurele draagkracht door middel van een modelgebaseerde ontwerpmethodologie" "Wim Desmet" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "De vraag naar verbeterde statische of dynamische prestaties, gekoppeld aan stijgende klantverwachtingen en strengere regelgeving, vereist dat mechanische systemen voldoen aan steeds strenger en soms tegenstrijdige normen. De behoefte aan robuustheid en betrouwbaarheid vereist dat de systemen een verhoogde structurele stijfheid hebben. Dit staat echter in contrast met de trend naar lichtgewicht ontwerpen, gemotiveerd door milieu bezorgheden, en de groeiende nadruk op het verbeteren van de vibro-akoestische prestaties, gedreven door bezorgdheden over geluidsoverlast.In de afgelopen decennia zijn nauwkeurig ontworpen structuren ontstaan die deze tegenstrijdige eisen in balans brengen. Sandwichpanelen, bestaande uit twee buitenste lagen en een kern, hebben het potentieel aangetoond voor een hoge stijfheid-massa verhouding, terwijl metamaterialen zijn opgekomen als lichtgewicht oplossingen die uitblinken in geluids- en trillingsreductie binnen gerichte frequentiebereiken. Onlangs is de fusie van beide concepten, genaamd sandwich-metastructuren, opgekomen om de sterke punten te benutten en de beperkingen van elk onafhankelijk te overwinnen. Ondanks recente vooruitgang ontbreekt een uitgebreide analyse en ontwerpcyclus van deze sandwich-metastructuren terwijl hun potentieel nog aangetoond moet worden.Om sandwich-metastructuren te ontwikkelen die de tegenstrijdige eisen van lichtgewicht, zelfondersteunend en goede akoestische prestaties in balans brengen, moeten uitdagingen op drie verschillende niveaus worden aangepakt: de onderliggende fysische fenomenen van de structuren zijn niet volledig bekend, hun analyse wordt bemoeilijkt vanwege de bijbehorende berekeningskosten en er ontbreekt een geautomatiseerd ontwerpkader. Dit proefschrift pakt deze uitdagingen aan door (i) het ontwikkelen van een golfmodusbijdrage methodologie die dispersiecurves en geluidsoverdrachtsverliesanalyses verbindt, (ii) het onderzoeken van de efficiëntie van twee modelreductietechnieken voor de versnelling van dispersiecurve berekeningen en (iii) het voorstellen van een vibro-akoestisch topologieoptimalisatiekader voor het geautomatiseerde ontwerp van de kernen van de sandwich-metastructuur. De resultaten van het onderzoek zullen nieuwe sandwich meta-structuren mogelijk maken die bijdragen aan een stillere samenleving zonder de kritieke prestatiecriteria van de dynamische systemen in gevaar te brengen." "Massaproduceerbare metamaterialen met passieve en slimme inclusies voor breedbandige geluids- en trillingsonderdrukking" "Elke Deckers" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "Een toenemend bewustzijn van de negatieve gevolgen van lawaai en trillingen voor onze gezondheid, in combinatie met steeds strengere ecologische en economische eisen, heeft geleid tot een zoektocht naar innovatieve lichtgewichtoplossingen voor geluids- en trillingsreductie. Metamaterialen hebben bewezen traditionele oplossingen te kunnen overtreffen in gekozen frequentiebanden. Hoewel veelbelovend, is de productie van metamaterialen verre van matuur: de huidige state-of-the-art berust op ad-hoc of eenmalige realisaties, terwijl hun sub-golflengte en vaak complexe inclusies aanzienlijke uitdagingen vormen voor massaproductie. Bovendien vormen hun eerder smalbandige prestaties een belangrijke hinderpaal om breed toepasbare oplossingen te worden. De focus van dit project is het creëren van massaproduceerbare metamaterialen met passieve en slimme inclusies voor breedbandige geluids- en trillingsreductie. Om dit uitdagende doel te bereiken, zal een nieuw framework worden ontwikkeld. Dit framework combineert de massaproductiemogelijkheden van spuitgieten, en specifiek het ‘omspuiten’, met de veelzijdigheid van additive manufacturing om geïntegreerde passieve en slimme resonante inclusies te maken. Een efficiënt multi-fysisch modeleringslkader zal worden ontwikkeld en uitgebouwd om de inclusieparameters en ruimtelijke configuraties te optimaliseren om zo breedbandige vibro-akoestische performantie te bekomen, die gevalideerd zal worden op geproduceerde demonstratoren" "Tijds-variante vibro-akoestische digitale tweelingen voor een duurzame samenleving." "Elke Deckers" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "De huidige Europese energiecrisis heeft laten zien hoe belangrijk het is om de transitie naar een meer duurzame samenleving en industrie te versnellen. Het duurzaam ontwerpen/monitoren van voertuigen/machines is een belangrijke bijdrager aan deze transitie. Om duurzaamheid te verbeteren, moet een delicate balans tussen de conflicterende gezondheid-, winstgevendheid-, en milieucriteria gevonden worden. Eén van de belangrijkste gezondheidsoverwegingen om dit doel te bereiken is geluidsoverlast.Het digitale-tweelingparadigma heeft het potentieel om deze balans te vinden. Een digitale tweeling is een digitale kopie van een fysieke asset dat zich hetzelfde gedraagt als de fysieke asset. Dus door gebruik te maken van sensordata van de fysieke asset kan het ontwerp-/controle-/onderhoudskeuzes maken. In de akoestiek laten initiële digitale-tweelingtoepassingen veel potentieel zien, aannemende dat de fysica tijdsinvariant is. Veel vibro-akoestische systemen vertonen echter tijdsvariant gedrag.Daarom is het doel van dit project om vast te stellen hoe het inbegrip van tijdsvariant gedrag in de digitale tweeling de duurzaamheidprestatie kan verbeteren, door te kijken naar tijdsvariant gedrag op meerdere tijdschalen. Het project zal zich focussen op nieuwe fysicagebaseerde modellen, modelreductie en digitale-tweelingformuleringen, met verschillende gebruiksscenario’s om het potentieel van tijdsvariante digitale tweelingen voor de duurzaamheidsuitdagingen van de toekomst aan te pakken."