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Fluid-structure interaction on yacht sails : from full-scale approach to wind tunnel unsteady study / Interaction fluide-structure sur voiles de bateau : de l’approche in situ à l’étude instationnaire en soufflerie

Aubin, Nicolas 25 January 2017 (has links)
Ce travail s’inscrit dans le projet VOILENav qui vise à améliorer la compréhension des phénomènes d’Interaction Fluide-Structure appliqués aux voiles. Des comparaisons numériques expérimentales sont réalisées sur des mesures « in situ » au près à l’aide d’un code fluide parfait. Un critère, fondé sur l’équilibre du couple aérodynamique avec le couple de redressement, est proposé, permettant de vérifier l’hypothèse d’un écoulement attaché. Les précédentes études sur un voilier instrumenté ont montré les limites d’une approche « in situ » de par l’instationnarité naturelle liée aux évolutions du vent et de l’état de mer. Les autres limites résident dans la mesure de ces dernières – et tout particulièrement la mesure du vent réel – ainsi que dans le spectre des conditions rencontrées au réel. Des essais en soufflerie sont ainsi réalisés dans le cadre de ces travaux pour répondre, par une approche systématique et contrôlée, aux interrogations soulevées par les mesures « in situ ». Deux campagnes expérimentales successives, soutenues par le programme d’échange Sailing Fluids ont été menées dans la soufflerie du Yacht Research Unit de l’Université d’Auckland se focalisant sur les essais de voiles au près puis au portant. Les essais au près sont réalisés sur trois modèles réduits de grand-voiles d’IMOCA60 dans des conditions de réglages statiques et dynamiques. Le meilleur réglage statique est obtenu grâce à l’utilisation d’un algorithme d’optimisation original puis l’influence de l’amplitude et de la fréquence du « pumping » sont étudiés. Les performances aérodynamiques du système soumis à un réglage dynamique sont supérieures à celles du réglage optimum statique et un maximum est observé autour d’une fréquence réduite de 0.25 à 0.3. Au portant, les effets de l’instationnarité naturelle du spinnaker connue sous le terme « curling » (repliement du bord d’attaque) sont étudiés. Quatre modèles de spinnakers de J80 de forme identique sont testés pour différents matériaux et différentes coupes. Les mesures en soufflerie montrent que, pour des angles de vent apparent supérieurs à 100°, l’apparition du « curling » conduit à une augmentation de la force propulsive pouvant atteindre 10%. Les effets de la vitesse et de l’angle de vent apparent sont également étudiés et permettent d’extraire une fréquence réduite de curling indépendante de la vitesse de l’écoulement de 0.4 pour un vent apparent de 120°. L’étendue de la gamme de mesures explorées et le soin particulier apporté aux données expérimentales font de ces travaux une base de données remarquable pour des comparaisons avec des simulations de l’Interaction Fluide-Structure. / This work is part of the VOILENav project which aims to improve the understanding of Fluid-Structure Interaction applied to sails. Full-scale numerical experimental comparisons are achieved in upwind conditions with an inviscid flow code. A criterion using the equilibrium between the righting and heeling moment is suggested to check the attached flow hypothesis. Previous fullscale studies on instrumented boat are limited by the natural unsteadiness of wind and sea conditions and the measurement of these conditions. True wind computation and the wide range of encountered sailing conditions are still challenging. Complementary wind tunnel tests are carried out in this PhD project, using controlled conditions, to address some issues observed at full-scale. Thanks to the Sailing Fluids collaboration, two experimental campaigns in the Twisted Flow Wind Tunnel of the Yacht Research Unit of the University of Auckland have investigated upwind and downwind conditions. Upwind tests investigate static and dynamic trimming on three model IMOCA60 mainsails. The optimum static trim is determined thanks to an innovative optimization algorithm then the pumping amplitude and frequency are investigated. Aerodynamic performances under dynamic trimming are better than the optimum static trim with a maximum located for a reduced frequency about 0.25 to 0.3. For the downwind test, the natural unsteadiness known as curling (repeated foldingunfolding of leading edge) is studied. Four model J80 spinnakers with identical design shape are tested with different materials and cuts. Wind tunnel measurements show that for apparent wind angles higher than 100°, the curling apparition increases the drive force by up to 10%. Wind speed and wind angle effects are investigated and show a reduced curling frequency of 0.4 independent from the flow velocity for an apparent wind angle of 120°. The variety of the experimental conditions tested makes this work a precious database for Fluid Structure Interaction numerical-experimental comparison in the future.
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Etudes expérimentales de l'Interaction fluide-structure sur les voiles de bateaux au portant / Experimental studies of fluid-structure interaction on downwind sails

Deparday, Julien 06 July 2016 (has links)
Cette thèse présente une étude expérimentale sur un voilier instrumenté, menée pour décrire le comportement aéro-élastique des voiles et du gréement pour des navigations au portant. Les formes des voiles utilisées sont des surfaces non développables avec de fortes courbures provoquant une séparation massive de l’écoulement. De plus, les spinnakers sont des voiles fines et souples rendant l’interaction fluide-structure fortement couplée. A cause du non-respect de certaines règles de similitude, le comportement dynamique d’un spinnaker se prête mal à l’étude en soufflerie et nécessite une comparaison avec des mesures in-situ. Les simulations numériques instationnaires modélisant le comportement aéro-élastique des voiles et du gréement doivent être qualifiées et demandent également des validations. C’est pourquoi un système d’instrumentation embarquée est mis en place sur un J/80, un voilier de huit mètres de long. Il s’agit de mesurer dynamiquement la forme en navigation du spinnaker, les efforts dans les gréements dormant et courant, la répartition de pression sur la voile ainsi que le vent et les attitudes du bateau. La forme du spinnaker en navigation est obtenue grâce à un système de mesure photogrammétrique développé pendant la thèse. La précision de ce système, meilleure que 1,5%, permet de mesurer la forme générale de la voile ainsi que les déformations importantes telles que celles liées au faseyement du guindant. L’effort aérodynamique produit par le spinnaker est obtenu grâce à la mesure de l’intensité des efforts et de leurs directions aux trois extrémités (drisse, amure, écoute) ainsi que par la mesure des pressions sur la voile. Le comportement général du spinnaker est analysé en fonction de l’angle du vent apparent. Une nouvelle représentation utilisant les surfaces de Bézier triangulaires est développée pour décrire la forme tridimensionnelle du spinnaker. Quelques points de contrôles suffisent pour représenter la voile et caractériser le type de voile. Un comportement dynamique propre au spinnaker est également étudié. Le réglage supposé optimal d’un spinnaker est à la limite du faseyement, en laissant le guindant se replier légèrement. Cependant ce réglage n’a jamais été scientifiquement étudié auparavant. Nous avons montré qu’il s’agit d’une forte interaction fluide-structure tridimensionnelle où une importante dépression apparaît au bord d’attaque, qui augmente temporairement les efforts, ce qui n’est pas observé avec un réglage plus bordé. / A full-scale experimental study on an instrumented sailing yacht is conducted to better assess the aero-elastic behaviour of the sails and rigging in downwind navigations. The downwind sail shape is a non-developable surface with high curvature leading to massive flow separation. In addition, spinnakers are thin and flexible sails leading to a strongly coupled Fluid-Structure Interaction. Due to the non-respect of some rules of similitude, the unsteady behaviour of downwind sails cannot be easily investigated with wind tunnel tests that would need comparison with full-scale experiments. Moreover unsteady numerical simulations modelling the aero-elastic behaviour of the sails and rigging require validations. An inboard instrumentation system has been developed on a 8 meter J/80 sailboat to simultaneously and dynamically measure the flying shape of the spinnaker, the aerodynamic loads transmitted to the rigging, the pressure distribution on the sail as well as the boat and wind data. The shape of the spinnaker while sailing is acquired by a photogrammetric system developed during this PhD. The accuracy of this new system, better than 1.5%, is used to measure the global shape and the main dynamic deformations, such as the flapping of the luff. The aerodynamic load produced by the spinnaker is assessed by the measurements of the load magnitudes and directions on the three corners of the sail (head, tack and clew), and also by the pressure distribution on the spinnaker. The global behaviour of the spinnaker is analysed according to the apparent wind angle. A new representation using Bézier triangular surfaces defines the spinnaker 3D shape. A few control points enable to represent the sail and can easily characterise the type of sail. A typical unsteady behaviour of the spinnaker is also analysed. Letting the luff of the sail flap is known by sailors as the optimal trim but has never been scientifically studied before. It is found that it is a complex three dimensional fluid-structure interaction problem where a high suction near the leading edge occurs, producing a temporary increase of the force coefficient that would not be possible otherwise.
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Mécanismes de fatigue dominés par les fibres dans les composites stratifiés d’unidirectionnels / Fibre-dominated fatigue failure in CFRP composite laminates

Pagano, Fabrizio 04 October 2019 (has links)
Dans un composite stratifié, les plis orientés à 0° par rapport à la direction du chargement pilotent souvent la rupture sous chargement de traction. Les fibres procurent l’essentiel de la rigidité et la résistance de ces plis. Dans ces travaux de thèse, le comportement en fatigue des plis à 0° est analysé dans des stratifiés unidirectionnels (UD) et multidirectionnels, au moyen d’essais de fatigue multi-instrumentés. Un protocole expérimental est mis en place pour éviter les ruptures prématurées typiques des essais sur UD. L’évolution en fatigue des ruptures de fibres est identifiée par leur émission acoustique. Les mécanismes de fatigue dominés par la rupture des fibres sont analysés par un modèle aux éléments finis développé à l’échelle des constituants. / Under quasi-static and fatigue tension loads, the failure of a carbon fibre reinforced polymer laminate (CFRP) is usually driven by 0° plies. Carbon fibres give most of the stiffness and strength of these plies. In this work, the fatigue behaviour of 0° plies inside unidirectional (UD) and multidirectional laminates is analysed via multi-instrumented tension-tension fatigue tests. A numerical and experimental study is addressed to perform fatigue tests without the typical premature failures of the UD laminates. The acoustic emissions technique is used to identify the evolution law of fibre breaks. A finite element model is developed at the microscale (fibres and matrix) to analyse the fibre-driven fatigue mechanisms.
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Distribuição e personalização de conteúdo multimídia em ambientes educacionais ubíquos

Araújo, Rafael Dias 06 August 2013 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Ubiquitous computing is known as the third wave of computing, which aims at making computational devices become more permeated to the users lives. It has helped people to perform their daily activities in many areas of expertise, especially in the educational domain where it assists instructors and students during their academic duties, achieving knowledge anywhere and anytime, making use of unobtrusive ways of reaching the desired content. Multimedia capture and context-awareness are two relevant subjects in ubiquitous computing research. While the former results in large amounts of digital media (e.g., video, audio, slides, text comments) being automatically produced, the latter oers the proper means to integrate and access such content. By merging the two concepts, users may benet from tools that allow them to retrieve, view and interact with the captured media artifacts. Thus, this work presents a communication model based on peer-to-peer networks, used for transferring and replicating the captured content. Furthermore, a contextual access architecture is presented for personalization and recommendation of interactive multimedia content captured in an instrumented educational environment. This architecture takes into account context information, user preferences and presentation constraints in order to personalize the access experience, tailoring it to users\' needs. As a case study, the proposals were implemented in Classroom eXperience, which is a ubiquitous computing platform for multimedia capturing designed to automatically record lectures and make them available to students. / Computação ubíqua é conhecida como a terceira onda da computação, a qual visa tornar os dispositivos computacionais mais integrados à vida das pessoas. Ela tem ajudado as pessoas a realizarem suas atividades diárias em diferentes domínios, especialmente no domínio educacional, onde auxilia instrutores e alunos durante as suas atividades acadê- micas obtendo conhecimento em qualquer lugar e a qualquer momento, fazendo uso de formas não intrusivas para recuperar o conteúdo desejado. Captura e acesso multimídia e ciência de contexto são dois importantes temas em pesquisas de computação ubíqua. Enquanto o primeiro produz automaticamente um grande volume de mídias digitais (ex., vídeo, áudio, slides, comentários de texto), o segundo oferece meios adequados para integrar e acessar tal conteúdo. Ao fundir os dois conceitos, os usuários podem se beneciar de ferramentas que lhes permitam recuperar, visualizar e interagir com os artefatos de mídia capturados. Assim, este trabalho apresenta um modelo de comunicação baseado em redes peer-to-peer, utilizado para transferência e replicação do conteúdo capturado. Além disso, uma arquitetura de acesso contextual é apresentada para personalização e recomendação de conteúdo multimídia interativo capturado em ambientes educacionais instrumentados. Essa arquitetura utiliza uma abordagem que considera informações de contexto, preferências do usuário e restrições de apresentação a m de personalizar a experiência de acesso, adequando-a às necessidades dos usuários. Como estudo de caso, as propostas foram implementadas no Classroom eXperience, que é uma plataforma de computação ubíqua para captura multimídia concebida para gravar automaticamente as aulas ministradas e disponibilizá-las posteriormente aos alunos. / Mestre em Ciência da Computação
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Metodika vývoje a validace softwaru pro bezpečnostní části řídících systémů v divadelní technice / Methodology Development and Validation of Software for Safety-Related Parts of Control Systems in Theater Technique

Drlík, Michal January 2019 (has links)
This thesis describes what the theatre is and what types of machinery can be found there. Then the issue of stage technical machinery is presented into the czech context, respectively into the Europian legislation with the emphasis on the technical norms usage, which are necessary to fulfil in order to reach this aim. In the next part of the thesis is made the analysis of control systems, which are used in the stage technics with the emphasis on the functionality of these control systems, since this functionality determines number and range of possible danger and dangerous events, later on. These dangerous situations are named and specified in detail, thereby their existence, importance and necessity of solution is being emphasized. There is also a possible solution outlined that these dangerous events can be solved in many cases by using of these programmable systems relating to the safety, thereby safety functions realized by these functions. Then the single steps are described into V-model with appropriate documents of these V-model steps. Outcome of this thesis will be suggested model of method and its development and software validation for programmable and control systems in theatre technology.
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Untersuchung von Holzwerkstoffen unter Schlagbelastung zur Beurteilung der Werkstoffeignung für den Maschinenbau: Untersuchung von Holzwerkstoffen unter Schlagbelastung zurBeurteilung der Werkstoffeignung für den Maschinenbau

Müller, Christoph 07 October 2015 (has links)
In der vorliegenden Arbeit werden Holzwerkstoffe im statischen Biegeversuch und im Schlagbiegeversuch vergleichend geprüft. Ausgewählte Holzwerkstoffe werden thermisch geschädigt, zudem wird eine relevante Kerbgeometrie geprüft. Ziel der Untersuchungen ist die Eignung verschiedenartiger Werkstoffe für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen mit Schlagbelastungen zu prüfen. Hierzu werden zunächst die Grundlagen der instrumentierten Schlagprüfung und der Holzwerkstoffe erarbeitet. Der Stand der Technik wird dargelegt und bereits durchgeführte Studien werden analysiert. Darauf aufbauend wird eine eigene Prüfeinrichtung zur zeitlich hoch aufgelösten Kraft-Beschleunigungs-Messung beim Schlagversuch entwickelt. Diese wird anhand verschiedener Methoden auf ihre Eignung und die Messwerte auf Plausibilität geprüft. Darüber hinaus wird ein statistisches Verfahren zur Überprüfung auf ausreichende Stichprobengröße entwickelt und auf die durchgeführten Messungen angewendet. Anhand der unter statischer und schlagartiger Biegebeanspruchung ermittelten charakteristischen Größen, wird ein Klassenmodell zum Werkstoffvergleich und zur Werkstoffauswahl vorgeschlagen. Dieses umfasst integral die mechanische Leistungsfähigkeit der geprüften Holzwerkstoffe und ist für weitere Holzwerkstoffe anwendbar. Abschließend wird, aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen, ein Konzept für die Bauteilprüfung unter Schlagbelastung für weiterführende Untersuchungen vorgeschlagen. / In the present work wood-based materials are compared under static bending load and impact bending load. Several thermal stress conditions are applied to selected materials, furthermore one relevant notch geometry is tested. The objective of these tests is to investigate the suitability of distinct wood materials for security relevant applications with the occurrence of impact loads. For this purpose the basics of instrumented impact testing and wood-based materials are acquired. The state of the technology and a comprehensive analysis of original studies are subsequently presented. On this basis an own impact pendulum was developed to allow force-acceleration measurement with high sample rates. The apparatus is validated by several methods and the achieved signals are tested for plausibility. A general approach of testing for adequate sample size is implemented and applied to the tested samples. Based on the characteristic values of the static bending and impact bending tests a classification model for material selection and comparison is proposed. The classification model is an integral approach for mechanical performance assessment of wood-based materials. In conclusion a method for impact testing of components (in future studies) is introduced.
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FROM THEORY TO APPLICATION: THE ADDITIVE MANUFACTURING AND COMBUSTION PERFORMANCE OF HIGH ENERGY COMPOSITE GUN PROPELLANTS AND THEIR SOLVENTLESS ALTERNATIVES

Aaron Afriat (10732359) 20 May 2024 (has links)
<p dir="ltr">Additive manufacturing (AM) of gun propellants is an emerging and promising field which addresses the limitations of conventional manufacturing techniques. Overall, this thesis is a body of work which serves to bridge the gap between fundamental research and application of additively manufactured gun propellants.</p>

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