The thesis is focused on possibilities of asynchronous motors cooling with use of simulation at ANSYS Workbench program. It is divided into two parts. The first part deals with analyses of cooling medium circulation through ventilator and cooling medium circulation on the motor surface. As a result of the analyses is air speed distribution and air pressure representation. The second part of the thesis includes simulation of motor temperature rise both with cooling and without cooling at Ansys Workbench application together with temperature measurement of real asynchronous motor in the laboratory. For cooling purposes air circulation was used. The goal of my research is comparison of the computing results with the measured results.

The thesis is focus on thermal analysis of switchgear. It was executed in Ansys FEM program. Switchgear has to satisfy lot of exams, one of them is thermal exam. It was executed by ABB company and the aim of the work is in possibility that substitution by the numerical method.

Solar energy is one of a very few low-carbon energy technologies with the enormous potential to grow to a large scale. Currently, solar power is generated via the photovoltaic (PV) and concentrating solar power (CSP) technologies. The ability of CSPs to scale up renewable energy at the utility level, as well as to store energy for electrical power generation even under circumstances when the sun is not available (after sunset or on a cloudy day), makes this technology an attractive option for sustainable clean energy. The levelised electricity cost (LEC) of CSP with thermal storage was about 0.16-0.196 Euro/kWh in 2013 (Kost et al., 2013). However, lowering LEC and harvesting more solar energy from CSPs in future motivate researchers to work harder towards the optimisation of such plants. The situation tempts people and governments to invest more in this ultimate clean source of energy while shifting the energy consumption statistics of their societies from fossil fuels to solar energy. Usually, researchers just concentrate on the optimisation of technical aspects of CSP plants (thermal and/or optical optimisation). However, the technical optimisation of a plant while disregarding economic goals cannot produce a fruitful design and in some cases may lead to an increase in the expenses of the plant, which could result in an increase in the generated electrical power price. The study focused on a comprehensive optimisation of one of the main CSP technology types, the linear Fresnel collector (LFC). In the study, the entire LFC solar domain was considered in an optimisation process to maximise the harvested solar heat flux throughout an imaginary summer day (optical goal), and to minimise cavity receiver heat losses (thermal goal) as well as minimising the manufacturing cost of the plant (economic goal). To illustrate the optimisation process, an LFC was considered with 12 design parameters influencing three objectives, and a unique combination of the parameters was found, which optimised the performance. In this regard, different engineering tools and approaches were introduced in the study, e.g., for the calculation of thermal goals, Computational Fluid Dynamics (CFD) and view area approaches were suggested, and for tackling optical goals, CFD and Monte-Carlo based ray-tracing approaches were introduced. The applicability of the introduced methods for the optimisation process was discussed through case study simulations. The study showed that for the intensive optimisation process of an LFC plant, using the Monte Carlo-based ray-tracing as high fidelity approach for the optical optimisation objective, and view area as a low fidelity approach for the thermal optimisation objective, made more sense due to the saving in computational cost without sacrificing accuracy, in comparison with other combinations of the suggested approaches. The study approaches can be developed for the optimisation of other CSP technologies after some modification and manipulation. The techniques provide alternative options for future researchers to choose the best approach in tackling the optimisation of a CSP plant regarding the nature of optimisation, computational cost and accuracy of the process. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2017. / Mechanical and Aeronautical Engineering / PhD / Unrestricted

Temperature control is an essential aspect of gear design. Continuous research is going on to improve the efficiency of gear systems. Power losses or energy losses in these systems typically manifest themselves as increased temperatures and thus reducing the lifetime and overall performance of the system. Siemens Energy gas turbines produce powers of up to 63 Megawatts and as a result requires a gearbox which can transmit such high powers. A double helical parallel shaft gearbox is mostly used for this purpose. With sufficient cooling methods and by reducing the losses in the gearboxes even by a minute percent, can increase the efficiency of gearbox which in turn will increase the efficiency of the whole powerplant. This will make the consumer even more profitable in the long run. A mathematical power loss model for the double helical gears in mesh was developed in MATLAB. This was followed by a finite element steady state thermal analysis in ANSYS. The boundary conditions and the results of the analysis are discussed and a few design changes to reduce the gear losses are suggested. / Temperaturkontroll är en viktig aspekt av växeldesign. Kontinuerlig forskning pågår för att förbättra växelsystemens effektivitet. Effektförluster eller energiförluster i dessa system manifesterar sig vanligtvis som ökade temperaturer och minskar därmed systemets livslängd och totala prestanda.  Siemens Energy gasturbiner producerar effekter på upp till 63 megawatt och kräver därför en växellåda som kan överföra så höga effekter. En växellåda med dubbel spiralformad parallellaxel används mest för detta ändamål. Med tillräckliga kylmetoder och genom att minska förlusterna i växellådorna även med en minutprocent, kan öka växellådans effektivitet vilket i sin tur kommer att öka effektiviteten i hela kraftverket. Detta kommer att göra konsumenten ännu mer lönsam på lång sikt. En matematisk effektförlustmodell för de dubbla spiralformade kugghjulen i nät utvecklades i MATLAB. Detta följdes av ett finit element steady state termisk analys i ANSYS. Randvillkoren och resultaten av analysen diskuteras och några designändringar för att minska växelförlusterna föreslås.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Tragwerkseigenschaften von Holzleichtbauträgern mit Sperrholzplatten. Die Träger wurden von Herrn Dipl.-Ing. Löser entwickelt und sollen zukünftig als Alternative zu Aluminiumtraversen eingesetzt werden. Das Material dieser Träger wird vorgestellt und bezüglich seiner Definitionen und Zuweisung der Eigenschaften kritisch analysiert. Die Tragfähigkeit und Steifigkeit der Träger wurde bereits in zwei experimentellen Versuchsreihen und in einer Finite-Elemente-Analyse mittels dem Programm RFEM betrachtet. Weiterführend wird eine Analyse der Holzleichtbauträger durch das Programm ANSYS Workbench Version 2022 R2 durchgeführt. Dazu dienten unter anderem eine Netzkonvergenzstudie und verschiedene Parameterstudien. Die Ergebnisse der Bachelorarbeit dienen der Verifikation der Versuchs- und Berechnungsergebnisse und sollen für die Weiterentwicklung des Träger-Konzeptes im Sinne einer gesamtheitlichen Effizienz verwendet werden.:1 Einleitung und Zielsetzung der Arbeit 1.1 Ziel der Arbeit 1.2 Strukturierung der Arbeit 2 Betrachtung der Holzleichtbauträger 2.1 Geometrie der Holzleichtbauträger 2.2 Verwendetes Material - Sperrholz 2.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 3 Betrachtung vorliegender Berechnungs- und Messergebnisse 3.1 Auswahl der Trägertypen für weitere Betrachtungen 3.2 Versuchsreihe 1 3.3 Versuchsreihe 2 3.4 RFEM-Modelle 4 ANSYS-Berechnungen der Holzleichtbauträger 4.1 Möglichkeiten der Modellierung von Sperrholz in ANSYS 4.2 Modellierung des FEM-Modells 4.3 Ergebnisse der ANSYS-Berechnungen 4.4 Parameterstudie 5 Auswertung der Ergebnisse 5.1 Sinnvoller Materialansatz für die Modellierung in ANSYS 5.2 Abgleich der Ergebnisse aus ANSYS mit den Versuchsreihen und RFEM 5.3 Untersuchung verschiedener Gegebenheiten 6 Schlussfolgerung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattlich Versicherung Anhang / The present bachelor thesis deals with the investigation of the structural properties of lightweight wooden beams with plywood panels. The girders were developed by Dipl.-Ing. Löser and are to be used in the future as an alternative to aluminum trusses. The material of these beams is presented and critically examined with regard to its definitions and assignment of properties. The load capacity and stiffness of the beams have already been considered in two experimental test series and in a finite element method (FEM) using RFEM. Further, an analysis of the lightweight wood beams is carried out by the program ANSYS Workbench version 2022 R2. For this purpose, an investigation of the mesh fineness and various parameter studies were carried out. The results of the bachelor thesis serve to verify the test and calculation results and are to be used for the further development of the girder concept in terms of overall efficiency.:1 Einleitung und Zielsetzung der Arbeit 1.1 Ziel der Arbeit 1.2 Strukturierung der Arbeit 2 Betrachtung der Holzleichtbauträger 2.1 Geometrie der Holzleichtbauträger 2.2 Verwendetes Material - Sperrholz 2.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 3 Betrachtung vorliegender Berechnungs- und Messergebnisse 3.1 Auswahl der Trägertypen für weitere Betrachtungen 3.2 Versuchsreihe 1 3.3 Versuchsreihe 2 3.4 RFEM-Modelle 4 ANSYS-Berechnungen der Holzleichtbauträger 4.1 Möglichkeiten der Modellierung von Sperrholz in ANSYS 4.2 Modellierung des FEM-Modells 4.3 Ergebnisse der ANSYS-Berechnungen 4.4 Parameterstudie 5 Auswertung der Ergebnisse 5.1 Sinnvoller Materialansatz für die Modellierung in ANSYS 5.2 Abgleich der Ergebnisse aus ANSYS mit den Versuchsreihen und RFEM 5.3 Untersuchung verschiedener Gegebenheiten 6 Schlussfolgerung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattlich Versicherung Anhang

Die Blechumformungsimulation hat sich in den letzten 25 Jahren stark weiterentwickelt. Die Simulation des gesamten Tiefziehprozesses einschließlich Beschneiden, Bördeln und Rückfedern ist bei den meisten Automobilherstellern und Werkzeugbaubetrieben ein Standardverfahren. Die Verwendung von LS-DYNA, einem der genauesten Löser für die Blechumformung, erfordert noch einiges an Expertenwissen, was die Verwendung für Methodenplaner in ihrer täglichen Arbeit erschwert. Aus diesem Grund hat Ansys eine spezielle Software für die Simulation der Blechumformung entwickelt: „Ansys Forming“. Ansys Forming ist eine benutzerfreundliche GUI zum Aufbau und zur Auswertung einer Blechumformungssimulation ohne Expertenkenntnisse von LS-DYNA.

Sheet metal forming simulation has greatly evolved over the last 25 years. Simulation of the entire deep drawing process including trimming, flanging and springback is a standard procedure at most automotive OEMs and tool shops. Using LS-DYNA, one of the most accurate solvers for sheet metal forming, still needs some expert knowledge, which makes it difficult to use for method engineers in their day-to-day work. Therefore, Ansys has been developing a dedicated application for sheet metal forming simulation, “Ansys Forming”.

Cascade Drives develops electromechanical actuators using a rack and pinion configuration to achieve a combination of high load and high-speed operation. A patented load distribution mechanism enables the use of multiple pinions on a single rack, resulting in a compact unit with high positional accuracy capable of absorbing shock loads. The key to the invention lies in the load distribution mechanism. This can be realized in several ways, using an elastically deformable element. These deformable elements could be subjected to large deformation without there being any internal energy dissipation and such materials are classified under hyperelastic material models. Experimentation of these rubber elements was conducted along with developing a mathematical and analytical model to investigate different geometry and material hardness. A MATLAB code using the Mooney-Rivlin equation was generated and ANSYS was utilized to produce the analytical model, these models were then verified with the experimental results. It is concluded from the results that, the material with medium hardness has the perfect match between the three models. Along with this, a method was investigated to analyze the behavior of rubber after it had been aged. The outcome of this method didn’t derive any conclusion. / Cascade Drives utvecklar elektromekaniska ställdon som använder en rack-och-pinjong-princip för att uppnå en kombination av hög kraft och hög hastighet. En patenterad lastfördelningsmekanism möjliggör användning av flera kugghjul på en kuggstång, vilket ger en kompakt lösning med hög positionsnoggrannhet som kan absorbera stötbelastningar. Nyckeln till uppfinningen ligger i lastfördelningsmekanismen. Detta kan realiseras på flera sätt med hjälp av elastiskt deformerbara element. Dessa deformerbara element ska kunna utsättas för stor deformation utan intern energiförlust och sådana material klassificeras under hyperelastiska materialmodeller. Experimentering av sådana gummielement genomfördes tillsammans med framtagande av en matematisk och analytisk modell föratt undersöka olika geometrier och materialhårdheter. En MATLAB-kod med MooneyRivlin-ekvationen genererades och ANSYS användes för att producera den analytiska modellen. Dessa modeller verifierades sedan med experimentresultaten. Av resultaten dras slutsatsen att materialet med medelhårdhet har den bästa matchningen mellan de tre modellerna. Tillsammans med detta undersöktes en metod för att analysera beteendet hos gummi efter att det åldrats. Resultatet av denna metod drog inte någon slutsats

Det här projektet har gått ut på att med hjälp av FEdatorprogram analysera hållfastheten hos ett ställdon utvecklat av företaget Cascade Drives. Ställdonet ska användas för att driva en vattenpump som utsätts för laster på upp till 30 ton. Det består av ett växelhus, en elmotor och ett kuggstång-pinionsystem. Motorn sitter direkt på växelhuset med ett motorfäste. De egenskaper som skulle studeras var dels växelhusets deformation och vilka spänningar som uppstod i detta, samt dess egenfrekvenser. Dessutom skulle motorfästes egenfrekvenser och egensvängningar undersökas speciellt för att säkerställa att ingen av de frekvenser som kunde tänkas exciteras vid drift skulle kunna få motorfästet i egensvängning. Motorfästet skulle också modelleras som både aluminium och stål, för att bestämma vilket materialval som var bäst lämpat.  Alla delarna utom kuggstången och dess bussningar erhölls som CADmodeller från Cascade Drives, och analysen gjordes i FEprogrammet Ansys Academic Teaching Mechanical and CFD, 2020 R1, med modulerna Static Structural och Modal. Då licensen begränsade antalet noder som kunde användas i meshen för lösningen till max 256 000 noder, var en del av delarnas geometri tvungna att förenklas genom att ta bort hål, avrundningar och inre ihåligheter. Motorns inre geometri visade sig vara så komplicerad att en helt ny simplifierad modell av den togs fram. Likaså utvecklades enkla modeller av kuggstången och dess bussningar. Allt CADarbete utfördes i programmet Solid Edge 2019.  För att spara noder modellerades inte rullagren eller stängerna som CADmodeller, utan ersattes av joints respektive beam connections i Ansys. Lagerkrafterna som förs över från axlarna till lagersätena modellerades som bearing forces i radiell led. Lagrens och kugghjulens massor simulerades som punktmassor. Inspänningsrandvillkoren sattes på flänsarnas undersidor för att simulera att ställdonet stod på en stålställning. Remote displacement, frictionless support och elastic support användes för detta.  Resultaten visade att växelhuset med god marginal håller för påfrestningarna, och att ingen av dess egenfrekvenser direkt överlappar med excitationsfrekvenserna. Motorfästet görs med fördel av stål, då motorfästets resonansfrekvenser hamnade relativt nära motorfrekvenserna och stålfästets resonansfrekvenser låg högre i spektrumet än frekvenserna för fästet gjort i aluminium. / The purpose of this project was to use FE computer software to analyse the durability of an actuator developed by the company Cascade Drives. The actuator will be used to drive a water pump subjected to loads of up to 30 tonnes. It consists of a gearbox, an electric motor and a rack and pinion system. The motor is directly mounted to the gear housing. The characteristics studied were the deformation of the gearbox, the generated stresses as well as its natural frequencies. Furthermore, the eigenfrequencies of the motor mount were to be investigated to ensure that none of the frequencies excited in the gear housing by the gears and motor risked inducing self-oscillation.  The mount was also to be analysed as if made from steel or aluminium, in order to decide the most appropriate material. All parts except the rack and the bushings were obtained as CAD models from Cascade Drives. The analysis was done in the FE program Ansys Academic Teaching Mechanical and CFD, 2020 R1, with the modules Static Structural and Modal. As the license only allowed a maximum of 256 000 nodes in the mesh, some of the part’s geometries had to be simplified by removing holes, fillets, and cavities. The motor’s geometry was especially complex, and a completely new, simplified model was created, as well as a simple rack and bushing models. All CAD work was done in the software Solid Edge 2019 To further decrease the number of nodes used neither the bearings nor the bars were modelled as CAD models, but rather as joints and beam connections in Ansys. The feature ‘bearing forces’ was used to model the forces from the shafts on the bearing seats. The weight of the gears and bearings were simulated as point masses. In order to simulate the actuator as being mounted on a steel frame, the boundary conditions ‘remote displacement’, ‘frictionless support’ and ‘elastic support’ were added to the bottom of the flanges.  The results showed that the gear housing can withstand the stresses with a good margin, and that none of the eigenfrequencies matched those excited. It also showed that the best material for the mount is steel, as the eigenfrequencies of the steel mount were higher than those of the aluminium mount, which is preferable since they then are further from the motor’s frequency.

The World Health Organization estimates that over two billion people did not have access to a toilet in 2017. The dejects produced often end up in bodies of water and, as one in every ten crops is watered with wastewater, this is estimated to cause half a billion deaths per year. There are currently many initiatives to reach this sanitation Global Goal, including those from people such as Bill Gates and projects such as The Solar Project. The Solar Project is based in South Africa and is based on cooperation between various companies which provides them with the different components for the installation of Resource Centers, that produce fertilizers of human waste. One of the components of these Resource centers are dry-toilets, which are provided by SUPERFUNKYFUTURE. This thesis is about an analysis of a toilet model and building a function tree, performing a 2D Volume of Fluid simulation on it to see even more critical geometries. Each one of those geometries had one alteration designed. These alterations were also combined into different models and they were all tested in both 2D and 3D simulations. The results from the simulations were then post-processed in CFD-Post and animated, to allow the qualitative analysis to be performed through a Pugh Matrix and decide between designs to recommend an improved internal geometry to SUPERFUNKYFUTURE. / Världshälsoorganisationen, WHO, beräknar att mer än två miljarder människor inte hade tillgång till toaletter 2017. Avföringen från dessa människor hamnade ofta i sjöar och floder och det vattnet användes sedan i sin tur för bevattning av grödor. Detta beräknas vara orsaken till en halv miljard dödsfall per år. Det finns för tillfället många initiativ att uppnå det globala målet för rent vatten och sanitet för alla, däribland arbetar Bill Gates och projekt så som “Solar Project”. “Solar Project” har sin bas i Sydafrika och är ett samarbete mellan flera företag som tillhandahåller olika komponenter som krävs för att skapa resurscenter, som kan användas för att producera gödsel av mänsklig avföring. En av komponenterna för dessa resurscenter är torrtoaletter som är försedda av SUPERFUNKYFUTURE. Denna tes handlar om att analysera en toalettmodell, bygga ett funktionsträd, utföra en 2D “Volume of Fluid”-simulering för att upptäcka kritiska geometrier. Varje sådan geometri fick en ändring designad. Dessa förändringar kombinerades till olika modeller som sedan blev testade med både 2D- och 3D-simuleringar. Resultaten från simuleringarna blev sedan bearbetade i CFD-Post och blev animerade, detta för att möjliggöra en kvalitativ analys genom en konceptviktningsmatris. Från Konceptviktningsmatrisen kunde man välja mellan designerna och rekommendera en förbättrad intern geometri till SUPERFUNKYFUTURE.