Scriptiebank overzicht

De wereldwijde maritieme sector staat onder toenemende druk om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, onder meer door regelgevingen zoals het Europese Fit for 55-pakket. Methanol wordt daarbij gezien als een veelbelovende alternatieve brandstof voor bestaande motoren die worden omgebouwd naar een dual-fuelwerking. De hoge verdampingswarmte en lage vluchtigheid van methanol zorgen er echter voor dat de brandstof gemakkelijk op de cilinderwand neerslaat. Dit kan leiden tot problemen met de homogeniteit van het brandstof-luchtmengsel en de stabiliteit van de motor.

Als eerste stap wordt in deze thesis een uitgebreide literatuurstudie uitgevoerd. Hierbij wordt de achtergrond van methanol als alternatieve brandstof besproken, samen met de belangrijkste gevolgen ervan voor de werking van de motor. Vervolgens wordt de huidige stand van de kennis over wandbevochtiging (wall wetting) in systemen met poortbrandstofinjectie (Port Fuel Injection, PFI) kritisch geanalyseerd. Op basis van deze literatuurstudie wordt een duidelijke onderzoekskloof geïdentificeerd en worden de onderzoeksvragen geformuleerd.

In deze thesis wordt vervolgens een op Computational Fluid Dynamics (CFD) gebaseerd model ontwikkeld en gevalideerd in CONVERGE om het gedrag van methanol op de cilinderwand bij poortbrandstofinjectie te simuleren. Het model maakt gebruik van een Lagrangiaanse-Euleriaanse aanpak, gecombineerd met het Bai-Gosman-model voor de interactie tussen de brandstofspray en de wand en met conjugate heat transfer. Het numerieke model wordt gevalideerd aan de hand van experimentele gegevens en de beperkingen van het model worden besproken.

Tot slot wordt met behulp van een systematische Latin Heuristic Sampling-studie onderzocht welke invloed de injectiedruk, brandstoftemperatuur en omgevingstemperatuur hebben op de dikte, oppervlakte en massa van de brandstoffilm op de wand.

Op grote evenementen staan vrouwen vaak langer aan te schuiven voor het toilet dan mannen. Gelijke vloeroppervlakte betekent namelijk niet per se gelijke capaciteit: vrouwen doen langer over een toiletbezoek en mannen kunnen gebruikmaken van snelle urinoirs. In mijn masterproef onderzoek ik met een computersimulatie hoe je met dezelfde ruimte zowel de wachttijden als het verschil tussen mannen en vrouwen kunt verkleinen. Ik vergelijk zes toiletindelingen onder realistische, schommelende drukte, en test daarna vier voorrangsregels voor vrouwen op de beste indeling.

De beste indeling combineert 14 gedeelde hokjes met 8 urinoirs. Die verkort de gemiddelde wachttijd met 43% en het verschil tussen mannen en vrouwen met 84%, vergeleken met de beste gescheiden indeling. Een slimme voorrangsregel (Dynamic Aging) werkt het resterende verschil van ongeveer 12 seconden weg, maar enkel bij een gelijke verdeling van mannen en vrouwen (50/50).

Mijn scriptie onderzocht wat de invloed is van houtrot op het draagvermogen van CLT panelen en verbindingen in een Belgisch klimaat. Wat zijn de aandachtspunten, problemen en hoe reken je rot door bijvoorbeeld langdurige openstelling aan vocht in op een veilige en economische manier. Dit werd onderzocht aan de hand van een referentie gezinswoning uit Boortmeerbeek in een 'worst case' klimaat voor België.

Al vele jaren neemt het UAntwerp Solar Boat Team het op tegen universiteiten van over de hele wereld in de Solar Class tijdens de jaarlijkse Monaco Energy Boat Challenge. Sinds 2025 is deze klasse vervangen door de AI-Class, waarin alle vaartuigen autonoom moeten opereren in meerdere disciplines. De inzichten die het team tijdens het eerste jaar in de AI-klasse heeft opgedaan, vormden een solide basis voor een systematische ontwerpbenadering gericht op het ontwikkelen van een geoptimaliseerde romp en het verbeteren van de huidige ontwerpen door middel van uitgebreide simulaties, iteratieve tests en validatie, waardoor ze meer vermogen aankunnen, hogere kruissnelheden halen en zeewaardiger zijn.
De analyse van bestaande ontwerpen biedt inzicht in het potentieel en de tekortkomingen en suggereert aanpassingen om de prestaties te verbeteren en de levensduur te verlengen. Het nieuwe rompontwerp leert van de tekortkomingen in eerdere ontwerpen en houdt rekening met zowel hydrodynamische als aerodynamische effecten om de efficiëntie, wendbaarheid en stabiliteit tijdens races op zee te maximaliseren. Bijzondere nadruk werd gelegd op het bereiken van een moderne, hoogwaardige, snelle en zeewaardige configuratie die veilig snelheden tot 30-50
knopen kan halen op rechte banen. Lessen uit eerdere ontwerpen en industrienormen werden zorgvuldig geanalyseerd om bekende tekortkomingen te elimineren, en een modulaire en gemakkelijk te vervaardigen architectuur te bereiken met een hogere sponsor en mediawaarde. Bovendien is de romp ontworpen met het oog op aanpasbaarheid op lange termijn, waardoor ze toekomstbestendig is voor gebruik tijdens meerdere wedstrijdcycli.

Traditionele geotechnische ontwerpmethoden in België zijn in hoofdzaak gebaseerd op deterministische of semi-probabilistische benaderingen. Deze leiden vaak tot conservatieve schattingen die de inherente variabiliteit van het bodemgedrag slechts beperkt weerspiegelen. In deze thesis wordt de praktische toepassing van volledig probabilistische geotechnische berekeningen onderzocht, met specifieke aandacht voor het voorspellen van dijkzettingen.

Het onderzoek richt zich op het project voor dijkversterking te Groot Schoor (Bornem), dat deel uitmaakt van het bredere Vlaamse Sigmaplan voor waterveiligheid. Hierbij wordt uitgebreide veld- en laboratoriumdata geïntegreerd met geavanceerde probabilistische methoden.

Een omvattende methodologie wordt ontwikkeld, waarin PLAXIS 2D eindige-elementenmodellering wordt gecombineerd met Python-gebaseerde automatisering en probabilistische berekeningen. Via een sensitiviteitsanalyse worden de belangrijkste bodemparameters geïdentificeerd en gemodelleerd als stochastische variabelen, gebaseerd op kansverdelingen afgeleid uit CPT(u)-gegevens en laboratoriumproeven. Latin hypercube sampling wordt toegepast om representatieve inputsets te genereren, terwijl een response-surface model, getraind op een beperkt aantal PLAXIS-simulaties, een grootschalige probabilistische analyse mogelijk maakt. Bayesian updating, geïmplementeerd via de Markov Chain Monte Carlo-methode, verfijnt de probabilistische voorspellingen door de integratie van werkelijke zettingsmetingen uit de monitorcampagne.

De resultaten tonen aan dat probabilistische methoden niet alleen de variabiliteit en onzekerheid van zettingsgedrag accurater weergeven dan deterministische benaderingen, maar tevens waardevolle inzichten verschaffen in parametersensitiviteit en modelrobuustheid. Deze studie bevestigt de haalbaarheid en de voordelen van het structureel integreren van probabilistische technieken in geotechnisch ontwerp, wat de weg opent naar betrouwbaardere en kostenefficiëntere infrastructuurontwikkeling, evenals data-gestuurde besluitvorming.

De opkomst van elektrische Vertical Take-Off and Landing (eVTOL) vliegtuigen roept vragen op over hun akoestische integratie in dichtbevolkte stedelijke omgevingen. Een belangrijke uitdaging is te onderzoeken in hoeverre het karakteristieke tonale geluid van eVTOL’s wegvalt in of juist afsteekt tegen de stedelijke achtergrond. Deze masterproef behandelt deze problematiek aan de hand van de centrale onderzoeksvraag: “Hoe kan een goedkoop en autonoom akoestisch meetsysteem worden ontworpen, gebouwd en gekalibreerd om op betrouwbare wijze stedelijke achtergrondgeluiden vast te leggen en de akoestische impact van eVTOL-vliegtuigen te evalueren?

Om deze vraag te beantwoorden werd een goedkoop, autonoom meetsysteem ontwikkeld en gevalideerd voor langdurige geluidsmonitoring in stedelijke context. Het prototype combineert een MEMS-microfoon, een Raspberry Pi met data-acquisitiesysteem, 4G-connectiviteit en een op zonne-energie gebaseerde energievoorziening in een robuuste configuratie die buitenshuis kan
functioneren met minimale interventie. Kalibratie tegen een referentiemicrofoon beperkte het betrouwbare frequentiebereik tot 500–3000 Hz. Binnen dit bereik registreerde een eerste meting op de VUB-campus stedelijke geluidsdrukniveaus tussen 42 en 57 dB SPL. De metingen tonen zowel geleidelijke variaties als kortstondige pieken, vermoedelijk veroorzaakt door verkeersintensivering en sirenes van hulpdiensten. Daarnaast werden tonale componenten waargenomen, met name rond 1 kHz en 2 kHz. Dit illustreert de capaciteit van het systeem om smalbandige kenmerken in het geluidslandschap te detecteren. Een vergelijking met numerieke voorspellingen van eVTOL-rotorgeluid suggereert dat tonale pieken het stedelijke achtergrondniveau met meer dan 10 dB kunnen overstijgen direct onder het toestel, terwijl waarnemers opzij deels maskering kunnen ervaren. Deze eerste resultaten tonen aan dat het ontwikkelde systeem een veelbelovend en betaalbaar proof-of-concept vormt voor de evaluatie van de akoestische voetafdruk van eVTOL’s in stedelijke context. Verdere metingen zijn echter noodzakelijk om de betrouwbaarheid en robuustheid volledig te onderbouwen.

Zwaartekrachtgolven bieden een unieke blik op ons universum en een nieuwe manier om materie te bekijken. We meten echt de dynamiek van massa's wat ons toe zou staan om op vrij natuurlijke wijze de samenstelling van compacte objecten te bepalen. Voor mijn thesis heb ik een techniek ontwikkeld die twee algemene data analyse technieken uit de zwaartekrachtgolffysica combineert om ongemodelleerde fenomenen bovenop gekende theoretische modellen toe te voegen en vervolgens te infereren. Zo'n fenomenen zouden bijvoorbeeld resonanties van neutronensterren kunnen zijn, die nauw samenhangen met de interne structuur van deze objecten, of glitches in zwaartekrachtgolfdetectoren.

Diepgaand leren heeft het visueel waarnemingsvermogen bij autonoom rijden aanzienlijk verbeterd, maar conventionele camera's blijven beperkt door bewegingsonscherpte, een beperkt dynamisch bereik en hoge latentie. Gebeurteniscamera's, geïnspireerd door biologische visie, overwinnen deze beperkingen door asynchroon veranderingen in pixelhelderheid te detecteren. Dit mechanisme levert datastromen die schaars, temporeel nauwkeurig en zeer efficiënt zijn voor embedded toepassingen. De inherente schaarste en het gebrek aan intensiteitsinformatie in gebeurtenisgegevens bemoeilijken echter het extraheren van onderscheidende kenmerken en vormen uitdagingen voor de training van neurale netwerken. Daarnaast lijden gangbare datasets zoals CIFAR10-DVS aan een niet-uniforme verdeling van gebeurtenissen door het gebruik van lineaire of polygonaal gevormde bewegingstrajecten tijdens de opname, wat leidt tot periodieke artefacten.
Om deze beperkingen te overwinnen, evalueert dit proefschrift systematisch gebeurtenisrepresentaties—waaronder gestapelde afbeeldingen, voxelrasters en tijdoppervlakken—met standaard CNNs om optimale architecturen voor embedded implementatie te identificeren. Door gebruik te maken van transfer learning met vooraf getrainde ImageNet-modellen wordt de nauwkeurigheid onder beperkte dataomstandigheden aanzienlijk verbeterd. Experimentele resultaten tonen aan dat volledige fine-tuning van het hele netwerk noodzakelijk is om zich aan te passen aan de unieke eigenschappen van gebeurtenisgebaseerde gegevens. Het voorgestelde model integreert dropout, L2-regularisatie en een meerfasig leersnelheidsschema om de trainingsstabiliteit en generalisatie te bevorderen. Met deze co-designbenadering behaalt EfficientNetB0 een nauwkeurigheid van 81,05% op CIFAR10-DVS bij verwerking van gebeurtenissen binnen één temporeel venster.
Voor implementatie identificeert inspectie met het Xilinx Vitis Al-platform TensorFlow's MobileNetV2 als de optimale keuze dankzij volledige compatibiliteit met DPU-hardwareversnellers. Hoewel post-training pruning op basis van globale kanaalrangschikking is onderzocht, is de effectiviteit beperkt door het inherent gebrek aan redundantie in het model. Daarentegen compenseert quantization-aware training (QAT) succesvol het nauwkeurigheidsverlies tijdens INT8-kwantisatie, waarmee real-time prestaties (2,8 ms/frame) bij een ultralaag energieverbruik (1,77 mW) worden bereikt op het KV260 embedded platform.
Gemotiveerd door de beperkingen van bestaande datasets wordt een nieuw acquisitieplatform voorgesteld, waarbij gebruik wordt gemaakt van een Dobot-robotarm voor continue cirkelvormige beweging geïnspireerd op biologische oogbewegingen. Deze methode genereert uniforme gebeurtenisverdelingen en elimineert periodieke artefacten die aanwezig waren in eerdere datasets, wat robuustere training en evaluatie van neurale netwerken op gebeurtenisgegevens ondersteunt.

Dengue, een door muggen overgedragen virus, vormt een belangrijke wereldwijde bedreiging voor de gezondheid, vooral in tropische en subtropische gebieden. Met een toenemende incidentie en geografische verspreiding zijn effectieve vaccinatiestrategieën cruciaal voor het beperken van de gevolgen. Dit proefschrift onderzoekt het gebruik van
multi-objectieve multi-armed bandit (MOMAB) algoritmen om optimale vaccintoewijzing te identificeren voor de onderdrukking van dengue-epidemieën, waarbij medische werkzaamheid en monetaire kosten tegen elkaar worden afgewogen.

Het onderzoek gaat na of MOMAB-algoritmen efficiënt een subset van optimale vaccinatiestrategieën kunnen identificeren op basis van stochastische simulaties. Door het dengue-model van Recker et al. uit 2009 uit te breiden met ondersteuning voor vaccinatiestrategieën en leeftijdsheterogeniteit, simuleerden we de effecten van 53 verschillende strategieën.

We pasten verschillende MOMAB-algoritmen aan voor Pareto Front Identification (PFI) en stellen ook een volledig nieuw Top-two Pareto Front Thompson Sampling (TTPFTS) algoritme voor de PFI setting. Om de kwaliteit van de aanbevelingen van de beschouwde algoritmen te evalueren, hebben we drie metrieken ontwikkeld: de Bernoulli metriek, de Jaccard similarity metriek en de Hypervolume metriek.

Uit tests over 100 experimentele herhalingen met een beperkt budget van 30.000
simulaties bleek dat de algoritmen Pareto UCB1, TTPFTS en Pareto Thompson Sampling
consistent uitstekend presteerden in termen van efficiëntie en stabiliteit, en drastisch beter presteerden dan de momenteel gebruikte Uniform Sampling-methode.

De bevindingen tonen aan dat PFI MOMAB-algoritmen effectief zijn in het identificeren van optimale vaccinatiestrategieën voor de bestrijding van dengue op een efficiënte manier. Dit onderzoek draagt bij aan de optimalisatie van vaccinatieprogramma's en biedt een robuust besluitvormingskader voor volksgezondheidsfunctionarissen die geconfronteerd worden met de uitdaging van dengue-epidemieën. Het onderzoek onderstreept het potentieel van MOMAB-algoritmen om de strategische inzet van vaccins, ziektebeheer, en ziektebestrijding te verbeteren.

Keverpopulaties zijn snel achteruit aan het gaan en dit onder andere door klimaatsverandering. Maar helaas is er niet veel aandacht voor deze dieren. Daarom werd in dit onderzoek getest hoe goed het Vlaamse Natura 2000 netwerk in staat is kevers te beschermen. Hiervoor gebruikten we een individual based model. Een verdere achteruitgang van de keverpopulaties met het huidige Natura 2000 netwerk werd voorspeld. Er zijn dus dringend aanpassingen in het netwerk nodig om deze soorten van extinctie te redden.

Deze scriptie behandelt hoe computersimulaties gebruikt kunnen worden om dieren in de natuur na te bootsen, specifiek springspinnen. Met deze simulaties kan er zowel onderzoek gedaan worden naar het gedrag van de spinnen als naar mogelijke designs voor een springende robot. Om deze simulaties uit te voeren werd er gebruik gemaakt van evolutionaire algoritmen, om zo de ontwikkeling van het dier in echte evolutie na te bootsen.

Deze scriptie onderzoekt met behulp van een computersimulatie de invloed van verschillende omgevingsfactoren zoals nutriëntenniveaus en disrupties op de evolutie van cellulaire hechtingsterkte in bacteriële biofilms. Dit is relevant in de medische sector (o.a. besmetting van patiënten en medisch gereedschap), maar ook voor allerlei industriële toepassingen zoals corrosie van metalen installaties.

Het gebruik van ondiepe geothermie is in opmars maar een groot deel van Vlaanderen is niet geschikt voor het type systemen met het grootste vermogen. Voor deze thesis werd nagegaan of in deze gebied het implementeren van koude-warmteopslag (KWO) alsnog mogelijk is en wat de financiële voordelen hiervan zijn.

De numerieke simulatie (FEA) van de invloed van de positie van de palatale expander en de osteotomieën op het expansiepatroon bij SARPE-procedures.

Aan de hand van machine learning algoritmes wordt informatie gehaald uit gesimuleerde waarnemingen van zwaartekrachtsgolven afkomstig van supernovae. Het slagen hiervan bewijst dat het mogelijk is om de nodige zaken te leren uit een detectie, ook al kan er op voorhand geen exact passend model voor worden opgesteld.

Met thermische seizoensopslag kan zonne-energie uit de zomer worden opgeslagen tot in de winter om te gebruiken voor de verwarming van woningen. De opslagtechnologie wordt gecombineerd met andere componenten in een globaal warmtenetwerk. In de thesis worden verschillende concepten voor zo'n warmtenetwerk met seizoensopslag ontworpen en vervolgens geëvalueerd op CO₂-uitstoot en kostprijs.

Deze thesis combineert de wetenschapstakken 'quantum computing' en 'machine learning' met als doel om onze klassieke computers te overklassen. De focus ligt op het ontwerpen en analyseren van een nieuw rekenkundig model.

Schuifbewegingen van twee oppervlakken over elkaar zijn vandaag in vele aspecten nog een mysterie. De gekko gebruikt deze schuifbeweging om op plafonds en muren te lopen. Op een andere schaal veroorzaakt de beweging van tektonische platen in de aardkorst aardbevingen. In deze thesis wordt een computersimulatie voorgesteld die zulke schuifbewegingen ontrafelt: hoe de oppervlakken van elkaar loskomen weer vasthechten. We ondervinden dat het weer vasthechten cruciaal is voor de beweging. Met deze informatie kunnen we allerlei glijdende systemen beter begrijpen.

De scriptie beschrijft een innovatieve manier om roterende wielen in een ultralaag weerstandsvoertuig te simuleren met behulp van CFD. De techniek wordt getest op de Solar Car van het KU Leuven Solar team, hierdoor kunnen zij betere resultaten behalen in de competitie.

In dit proefschrift hebben we het
functioneren van gedecentraliseerde waterhergebruiksystemen door middel van simulatie bestudeerd, met bijzondere
aandacht op het functioneren op huishoudniveau en onafhankelijk van het
drinkwaternet of rioleringsnetwerk. Er werd een theoretisch waterbeheersysteem uitgewerkt, waarvoor een technologische
configuratie geconstrueerd werd op basis van biologische en physico-chemische
waterzuiveringstechnologieën met additionele disinfectie. Centraal staat het gecombineerd
hergebruik van grijswater en regenwater in het systeem, waarbij het systeem
regenwater als enige instroom gebruikt en zwartwater als uitstroom.

Data van (blauw)groene daken uit Antwerpen laten toe om met een zelf ontwikkeld groendakmodel simulaties uit te voeren voor de ganse stad Antwerpen. Het slim aansturen van groendaken met buffers (blauwgroen) via weersvoorspellingen maakt de daken veel effectiever tegen wateroverlast en tegen hitte, zo blijkt uit de simulaties.

Ballonnen zijn niet enkel leuk op feestjes, ze zijn ook zeer interessant vanuit technologisch standpunt. Zo kunnen we ze samenstellen tot zachte robots die klein, goedkoop en veilig zijn en die zelfs geen sturende elektronica nodig hebben. Deze thesis stelt een nieuwe ballonachtige structuur voor die nieuw complex gedrag van die puur mechanische constructies mogelijk maakt.

In veel wetenschappelijke toepassingen beïnvloeden de microscopische deeltjes, bijvoorbeeld moleculen in de lucht, belangrijke macroscopische grootheden, bijvoorbeeld de luchtdruk en de windsnelheid. Experimenten uitvoeren in dergelijke situaties is vaak zeer moeilijk waardoor we gebruik moeten maken van computersimulaties. Dergelijke computeralgoritmes duren echter zeer lang om een oplossing te berekenen omdat we alle interacties en bewegingen van de moleculen in rekening moeten brengen. In deze scriptie toonden we via veel computerexperimenten aan dat een nieuw algoritme sneller nauwkeurige resultaten kan uitrekenen.

De structuur en passiverende eigenschappen van hydrofobe zelf-geassembleerde monolagen is onderzocht via moleculaire dynamica berekeningen.

Collectieve beweging is een alomtegenwoordig en fascinerend fenomeen in de natuur en onze maatschappij. Een voorbeeld ervan is de vorming van zwermen bij vogels, waarbij groepen — in aantal soms groter dan tienduizenden — spectaculaire patronen creëren. Wat zijn nu net de noodzakelijke omstandigheden voor het ontstaan van zulke groepen?

Bistabiele schaarstructuren zijn uitvouwbare structuren die in hun geopende toestand onmiddellijk krachten kunnen weerstaan. Aan deze interessante eigenschap hangt er echter een prijskaartje: het ontwerp van dergelijke structuren is enorm complex. Het ingewikkelde structurele gedrag tijdens het uitvouwen werd onderzocht door computermodellen te ontwikkelen. Hierdoor kunnen we het complexe gedrag van bistabiele schaarstructuren beter begrijpen, wat een vereiste is om praktische toepassingen te ontwerpen.

Energy leakage is nowadays becoming a fundamental problem in the chip’s energy household. Reducing the energy leakage is especially important for chips targeted for low power applications such as future 'internet of everything'- devices. In this thesis we propose a solution on transistor level for the energy leakage in chips.

In deze scriptie wordt een methode bestudeerd om het magnetisch veld in de atmosfeer van de zon, i.e. de corona, te bepalen. Dit magnetisch veld veroorzaakt zonne-uitbarstingen die, wanneer ze gericht zijn naar de aarde, grote schade kunnen aanrichten aan onze sattelieten en andere technologie op aarde.

Diepe hersenstimulatie (DBS) wordt gebruikt om verschillende bewegings- en neuropsychiatrische stoornissen te behandelen. Eerst worden de elektromagnetische velden, opgewekt tijdens DBS, bestudeerd met computersimulaties. Vervolgens wordt de neuronale respons onderzocht aan de hand van een programma dat voor de scriptie geschreven werd.

Puzzelen met moleculaire bouwblokken: het ontwerp van nieuwe materialen met de computer“I have not failed. I’ve just found 10 000 ways that won’t work.”                                                                                                                         Thomas EdisonMetaal-organische roosters (MOF’s) vormen sedert enkele jaren een nieuwe klasse van materialen.  Ze vertonen interessante eigenschappen die kunnen gebruikt worden in verscheidene toepassingen zoals katalysatoren in chemische processen.