Military Vehicles Commons^™

Bayesian Assembly Tool For Intelligent Digital Twin Selection, Shishir Sharma

All Theses

Digital twins can be used for system performance optimization, health monitoring, predictive maintenance, and investigating system anomalies. A ground vehicle digital twin may be assembled using representations of the subsystem models (tires, suspension system, powertrain, etc.) of different fidelity. Lower fidelity Digital Twins have relatively simpler design and physics, hence are generally computationally less expensive, but may not represent the physical system accurately. On the contrary, higher fidelity Digital Twins are generally more precise in their ability to represent the physical system, but due to complexity, are usually computationally more demanding. This thesis describes the application of Bayesian Classification within …

Development Of A Mixing-Controlled Combustion Model For 0d Engine Modeling: Using High-Order Models To Guide The Formulation Of Reduced-Order Models, James Gohn

All Dissertations

Vehicles are becoming increasingly complex to comply with the increasingly stringent regulations placed on all market sectors while still maintaining performance requirements. This increased complexity leads to increases in the cost and time it takes to develop and produce these next generation vehicles. To meet demand therefore, it becomes necessary to evaluate numerous design iterations using computer models. There are multiple levels of models that may be necessary for different purposes or use cases. All levels of modeling for virtual prototyping, however, require a level of validation and predictive ability to be useful. To this end, the following thesis presents …

Uncertainty-Aware Estimation, Planning, And Control For Tracking Multiple Drifting Patches In Flow Fields, Daniel O. Akanji, Krishnanand N. Kaipa, Cong Wei

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

In this study, we present a replay-based framework for uncertainty-aware persistent tracking of multiple advected surface patches using an autonomous marine vehicle operating in spatiotemporal-varying currents. The method combines three components: local flow estimation, covariance-aware patch-boundary propagation with intermittent boundary fusion, and mission-level scheduling over multiple patches. Each patch is represented by a polygonal boundary, whose vertices are propagated through the estimated flow field while carrying per-vertex covariance, thereby quantifying uncertainty growth during advection. A flow-aware gain-scheduled linear quadratic regulator (LQR) was designed to shape the desired surge speed to take advantage of favorable currents. When the vehicle services a …

Data-Driven Discovery Of Finite-Dimensional Koopman Operator For Modeling And Control Of Uncrewed Ground Vehicles, Ajinkya Joglekar

All Dissertations

This dissertation advances data-driven modeling and adaptive control techniques for Uncrewed Ground Vehicles (UGVs), with a focus on autonomy in mission-critical and safety sensitive environments. UGVs are deployed across a wide spectrum of domains, from structured manufacturing shop floors to unstructured off-road terrains, including planetary exploration, precision agriculture, and disaster response. These platforms, operating in dull, dirty, and dangerous conditions, demand autonomy that is both adaptable and robust. While traditional model-based control methods offer interpretability and robustness, they struggle with unmodeled dynamics, parameter variations, and integration of high-dimensional sensing. Conversely, modern machine learning approaches can directly exploit sensory data but …

Tradespace Exploration For Multiple Collaborative Vehicles, Mrunal Deshmukh

All Theses

Modern military operations demand systems that adapt to uncertain, rapidly changing missions across diverse terrains. Traditional single-platform vehicle design is insufficient for such complexity. This research introduces a hierarchical tradespace exploration framework for designing and evaluating families of heterogeneous ground vehicles under a System-of-Systems (SoS) architecture. The framework treats vehicle design as a co-optimization problem, where a “parent” vehicle (e.g., a Squad Multipurpose Equipment Transport) coordinates specialized “child” vehicles for reconnaissance, amphibious tasks, terrain traversal, and stealth missions. Unlike conventional approaches that optimize vehicles individually, this study emphasizes collaborative performance, resource sharing, and adaptability at the family level. Central to …

The Effects Of Shot Peening Highly Loaded Compression Springs, David J. Breuer

15th International Conference on Shot Peening

The compression spring in this test study is typical of one used in a demanding off-road vehicle suspension. The cyclic loads applied during fatigue tests were severe enough to cause failure in approximately 11,000 cycles without shot peening.

The objectives of this study were the following: (1) Design a compression spring similar to those used in the off-road recreational industry. (2) Design & manufacture a fatigue test stand that could withstand high loads for months of testing. (3) Generate a matrix of shot peening treatments to produce different amounts of residual compressive stress. (4) Measure the shot peening residual compressive …

Secure Control And Trust Evaluation Framework For Autonomous Transportation Systems, Grace Muriithi

All Dissertations

This dissertation advances the cybersecurity of hybrid tracked vehicles (HTVs) and ship power systems (SPSs) by developing innovative cyber-attack models and corresponding defence frameworks. First, we formulate stealthy false-data-injection attacks (FDIAs) on HTV energy-management systems as a partially observable Markov decision process (POMDP) solved via deep reinforcement learning. A novel sniffing-based reward function guides the attacker to covertly degrade battery capacity and energy efficiency, which we evaluate using custom stealth–impact metrics and a sliding-window anomaly detector (Isolation Forest with Dynamic Time Warping). Additionally, we model sophisticated control-layer attacks in HTVs, including reinforcement-learning-optimised replay attacks and denial-of-service (DoS) attacks targeting generator-speed …

ต้นแบบระบบตรวจจับ คัดแยก และป้องกันภัยจากอากาศยานไร้คนขับขนาดเล็ก, รักษ์ตะวัน พูลสุวรรณ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ได้นำเสนอการออกแบบและความเป็นไปได้ของระบบกระบวนการหลายขั้นตอนแบบครบวงจรสำหรับการตอบโต้โดรน (UAV) โดยใช้แพลตฟอร์ม Software-Defined Radio (SDR) ในกระบวนการแรก การตรวจจับใช้วิดีโอเรดาร์แบบคลื่นต่อเนื่องปรับความถี่ (FMCW) ที่มีความถี่พาหะ 2.4GHz สำหรับการตรวจจับและติดตามเป้าหมายทางอากาศ ระบบย่อยนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อระบุระยะทางและความเร็วของวัตถุที่เข้ามา ขั้นตอนที่สองเกี่ยวข้องกับการจำแนกสัญญาณคลื่นความถี่วิทยุ (RF) โดยใช้โครงข่ายประสาทเทียมแบบคอนโวลูชัน (CNN) เพื่อวิเคราะห์สัญญาณควบคุมและการถ่ายโอนข้อมูลที่ส่งระหว่างโดรนและผู้ควบคุมภายในย่านความถี่ ISM (2.4GHz) ขั้นตอนสุดท้ายคือการทำให้ภัยคุกคามที่ได้รับการยืนยันเป็นกลางโดยใช้เทคนิคการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์สองวิธี วิธีแรกคือการปล่อยสัญญาณรบกวนเพื่อขัดขวางการเชื่อมโยงคำสั่งและการควบคุมในย่านความถี่ ISM (2.4GHz) เพื่อแยกโดรนออกจากผู้ควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ระบบจะทำการหลอก GPS ภายในย่านความถี่ L1 โดยการส่งสัญญาณ GPS L1 จำลองในย่านความถี่ 1.575GHz เพื่อทำให้ตำแหน่งของโดรนสับสน ระบบนี้ได้ทดสอบกับโดรน DJI Mini 4K ที่มีพื้นที่หน้าตัดเรดาร์ 0.01 ตารางเมตร โดยมีผลลัพธ์คือระยะการตรวจจับ 20 เมตร และระยะการรบกวนและการหลอก GPS ที่ 50 เมตร ภายใต้ข้อจำกัดกำลังส่งที่ 20 dB ตามข้อจำกัดของย่านความถี่ ISM

Potential Of Lidar And Hyperspectral Sensing For Overcoming Challenges In Current Maritime Ballast Tank Corrosion Inspection, Sergio Pallas Enguita, Jiajun Jiang, Chung-Hao Chen, Samuel Kovacic, Richard Lebel

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

Corrosion in maritime ballast tanks is a major driver of maintenance costs and operational risks for maritime assets. Inspections are hampered by complex geometries, hazardous conditions, and the limitations of conventional methods, particularly visual assessment, which struggles with subjectivity, accessibility, and early detection, especially under coatings. This paper critically examines these challenges and explores the potential of Light Detection and Ranging (LiDAR) and Hyperspectral Imaging (HSI) to form the basis of improved inspection approaches. We discuss LiDAR’s utility for accurate 3D mapping and providing a spatial framework and HSI’s potential for objective material identification and surface characterization based on spectral …

Predictive Maintenance In Naval Vessel Propulsion Systems For Enhanced Marine Operations Using A Bigmm-Hmm Framework With Divergence-Based Clustering, Farshid Javadnejad, Hyoshin John Park, Samuel Kovacic, Andres Sousa-Poza

Engineering Management & Systems Engineering Faculty Publications

This study introduces a BiGMM-HMM Integration Framework designed to improve predictive maintenance strategies for naval vessel propulsion systems, addressing the need for efficient and reliable operation in marine engineering applications. The framework effectively manages multimodal sensor data by leveraging a unique combination of Gaussian Mixture Models (GMMs) and Hidden Markov Models (HMMs) in a bidirectional architecture. It analyses the dynamic interactions between sensors and subsystems. Two preprocessing methods are evaluated: Method 1 focuses on subsystem interactions, employing divergence-based root cause analysis to identify key sensor variables by clustering of sensors and subsystems. In contrast, Method 2 processes the entire dataset …

Green Defense: Evaluating Potentials And Limitations In Transitioning Military Vehicles To Clean Energy, Aurora M. V. Bellingeri, Danielle M. Drumm, Zoe S. Koutsokostas

Student Publications

Army operations rely on fuel-intensive vehicles and aircraft, which contribute substantially to global emissions and the looming threat of global warming. This study evaluates the potential of transitioning five key U.S. Army vehicles, the M1301 ISV, HMMWV M1165, JLTV M1280, LMTV M1078, and M3A3 Bradley, from traditional diesel and JP8 powertrains to electric vehicle (EV) and hydrogen fuel cell vehicle (FCV) technologies. Vehicle specifications including engine power, fuel efficiency, weight, and payload were gathered for each vehicle and compared. Efficiency was estimated for EV and FCV powertrains using linear regressions with data from the AFLEET Online tool, which provided national …

On The Right Track? Energy Use, Carbon Emissions, And Intensities Of World Rail Transportation, 1840–2020, Bernardo Tostes, Sofia T. Henriques, Paul E. Brockway, Matthew Kuperus Heun, Tiago Domingos, Tânia Sousa

University Faculty Publications and Creative Works

The history of rail transport can offer valuable insights for future energy transitions due to its importance in promoting clean mobility. There is a complex interplay between the evolution of the railway network, fuel consumption, efficiency, energy service, and CO2 emissions that requires further exploration. We developed a dataset that covers energy use in all stages of rail transportation, as well as the length of track, energy service, and CO2 emissions at the world scale. To deal with missing data we utilized machine learning techniques for the first time in a historical energy reconstruction study. Our analysis reveals that …

Real-Time Degradation Abatement Framework For Energy Storage System In Automotive Application Using Data-Driven Approaches, Laxman Timilsina

All Dissertations

The increasing popularity of electric vehicles (EVs) is driven by their compatibility with sustainable energy goals. However, the decline in the performance of energy storage systems, such as batteries, due to their degradation puts EVs and hybrid electric vehicles (HEVs) at a disadvantage compared to traditional internal combustion engine (ICE) vehicles. The batteries used in these vehicles have limited life. The degradation of the battery is accelerated by the operating conditions of the vehicle, which further reduces its life and increases the reliability and economic concerns for the vehicle’s operation. The aging mechanism inside a battery cannot be eliminated but …

Dynamic Impact Testing And Numerical Analysis Of Non-Proprietary Astm F2656-20 M50 Anti-Ram Barrier Components, Weston Kelley

Department of Mechanical and Materials Engineering: Dissertations, Theses, and Student Research

In a post-9/11 world, hostile actors are using vehicles as weapons to inflict civilian casualties. Pedestrians, vulnerable road users, military personnel, and police may be targeted using a vehicle as a weapon. The United States Department of Defense (DoD) also utilizes Entry Control Facilities (ECFs) which are carefully designed transportation corridors to manage how threat vehicles are able to access military facilities. In 2004, DoD started to upgrade all ECFs using both passive and active barriers. Many anti-ram vehicle barriers were evaluated according to the criteria established in ASTM F2656, but to date few options are available which are (1) …

Enhancing Bridge Resilience And Overheight Vehicle Mitigation Through Innovative Sacrificial Cushion Systems, Aly Mousaad Aly, Marc Hoffmann

Faculty Publications

Transportation departments have made significant strides in addressing the challenges posed by the increasing weights of trucks on bridges. While there is a growing awareness of overheight vehicle collisions with bridges, implementing effective countermeasures remains limited. The susceptibility of bridges to damage from such collisions is on the rise, further exacerbated by unpredictable lateral impact forces. This study employs nonlinear impact analysis to assess the response of an unprotected vehicle-girder model, yielding realistic deformation outcomes comparable to observed impacts on the US-61 bridge. Predictions for a truck traveling at 112.65 km/h indicate deformations of 0.229 m, 0.161 m, and 0.271 …

Undergraduate Research On 5g Propagation Analysis In Naval Ship Environment, Otilia Popescu, Dimitrie Popescu, Murat Kuzlu

Engineering Management & Systems Engineering Faculty Publications

Wireless communication systems have experienced rapid advancements over the last decade, with 5G systems becoming the regular standards and 6G systems being under development. However, the naval ship environment still requires more study due to the special indoor characteristics of the spaces below the deck, where the metal structures strongly impact the propagation characteristics, being prone to signal degradation, dead spots, and unreliable connectivity. This paper presents the research work conducted by a team of undergraduate students from Electrical and Computer Engineering (ECE) and Electrical Engineering Technology (EET) majors. The work was a partnership between Old Dominion University engineering programs …

Kinodynamic Motion Planning For A System With Squid Dynamics, Logan E. Beaver, Cong Wei, Wei-Kuo Yen

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

This paper introduces a path planning algorithm for a system with squid dynamics in a cluttered environment. We capture the complex interactions of fin, arms, and body patterning by analyzing experimental data collected from observing squid motion. We extract nine motion primitives to build the control sequence for a time-optimal trajectory. This task is formulated as a mixed-integer program, and we generate the minimum-time trajectory using a sample-based approach. Numerical simulations illustrate the efficacy of this strategy and motivate ongoing and future efforts to exploration of squid motion features, improvement of the modeling, and experimental demonstrations of the motion planning …

การวิเคราะห์ความอ่อนไหวของตัวแปรที่มีผลต่อแบบจำลองพฤติกรรมของไฟ, ธวัช งามศรีตระกูล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัญหาไฟป่าในภาคเหนือของประเทศไทยนับเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นทุกปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งจังหวัดเชียงใหม่ที่มีพื้นที่ความเสียหายจากไฟป่าสูงกว่าจังหวัดอื่นๆ ซึ่งปัญหาดังกล่าวได้ส่งผลกระทบต่อมนุษย์ สัตว์ และทรัพยากรธรรมชาติในพื้นที่ การจัดการเชื้อเพลิงเป็นหนึ่งในวิธีการควบคุมไฟป่าที่มีประสิทธิภาพโดยเป็นการลดปริมาณเชื้อเพลิงที่สะสมภายในพื้นที่ เพื่อลดความรุนแรงของไฟป่า แบบจำลองพฤติกรรมของไฟเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการศึกษาพฤติกรรมของไฟป่า ที่มีการนำมาใช้ในการวางแผนเพื่อกำหนดวิธีการควบคุมไฟป่าและการจัดการเชื้อเพลิง ในงานวิจัยนี้ได้นำแบบจำลองพฤติกรรมของไฟ FlamMap มาศึกษาพฤติกรรมของไฟและวิเคราะห์ความอ่อนไหวของแบบจำลอง โดยมีพื้นที่อุทยานแห่งชาติสุเทพ-ปุยเป็นพื้นที่ศึกษา และข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิง ภูมิศาสตร์ และอุตุนิยมวิทยาในพื้นที่ศึกษาเป็นข้อมูลนำเข้า ซึ่งได้ทำการจำลองพฤติกรรมของไฟจากชุดข้อมูลนำเข้าจำนวน 10 วันภายใต้ 5 สถานการณ์จำลอง ได้แก่ ไม่มีการจัดการเชื้อเพลิง และมีการจัดการเชื้อเพลิงในพื้นที่ (10%, 15%, 20% และ 30%) พบว่า ความยาวของไฟมีค่า 0.11 – 0.774 เมตร ค่าอัตราการลุกลามของไฟอยู่ในช่วง 0.208 - 1.828 เมตรต่อนาที ค่าความรุนแรงของไฟอยู่ในช่วง 2.07 – 139.93 กิโลวัตต์ต่อเมตร ค่าพลังงานความร้อนต่อหน่วยพื้นที่มีค่า 2.07 – 5,253.72 กิโลจูลล์ต่อตารางเมตร และเวลาที่น้อยที่สุดในการเคลื่อนที่ของไฟอยู่ในช่วง 6,420 – 102,319 นาที และการศึกษาความอ่อนไหวของตัวแปรที่มีผลต่อแบบจำลองด้วยค่าความชื้นในเชื้อเพลิงกับพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของไฟนั้นสามารถแบ่งพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของไฟได้เป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่แปรผันตามค่าความชื้นฯ ได้แก่ ความยาวของไฟ อัตราการลุกลามของไฟ ความรุนแรงของไฟ และพลังงานความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ เป็นต้น และกลุ่มที่แปรผกผันกับค่าความชื้นฯ คือ เวลาที่น้อยที่สุดในการเคลื่อนที่ของไฟ โดยกลุ่มที่ 1 จะมีค่าลดลงเมื่อค่าความชื้นฯมีค่าสูงขึ้น ในขณะที่กลุ่มที่ 2 จะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นฯมีค่าสูงขึ้น โดย ค่า R2 แต่ละชุดความสัมพันธ์ของข้อมูลมีค่า 0.6596 - 0.9941 (ความยาวของไฟ), 0.6282 – 0.9946 (อัตราการลุกลาม), 0.6331 – 0.9945 (ความรุนแรงของไฟ), 0.6223 – 0.9934 (พลังงานความร้อนต่อหน่วยพื้นที่) และ 0.8298 – 0.9535 (MTT) …

แนวทางการจัดการฝุ่นละอองขนาดเล็กไม่เกิน 2.5 ไมครอน:กรณีศึกษาพื้นที่เขตดินแดงและเขตปทุมวัน, ณัชภรณ์ ภัทรพงศ์ดิลก

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

มลพิษทางอากาศโดยเฉพาะจาก PM2.5 เป็นปัญหาสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อสุขภาพและคุณภาพชีวิตของมนุษย์ในปัจจุบัน ประเทศไทยเป็นอีกหนึ่งประเทศที่ประสบปัญหาจาก PM2.5 โดยเฉพาะในพื้นที่กรุงเทพมหานครที่มีค่าเกินมาตรฐานที่กำหนดไว้ ซึ่งส่งผลกระทบต่อความมั่นคงของประเทศทั้งในด้านเศรษฐกิจและสังคมอีกทั้งรวมไปถึงส่งผลกระทบต่อสุขภาพของประชาชน ก่อให้เกิดการตายก่อนวัยอันควรในประเทศไทย ประมาณ 50,000 คนต่อปี และกระทบต่อภาพลักษณ์ของกรุงเทพมหานครในฐานะศูนย์กลางการท่องเที่ยว โดยงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาแหล่งกำเนิดของมลพิษฝุ่น PM2.5 กรณีศึกษาเขตปทุมวันและเขตดินแดง วิเคราะห์แนวโน้มความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของมลพิษทางอากาศ PM2.5 กับจำนวนของยานยนต์ โดยศึกษาข้อมูลตั้งแต่ปี พ.ศ. 2562-2566 และศึกษามาตรการในการแก้ปัญหา PM2.5 และนอกจากนี้ในงานวิจัยนี้ได้ทำการระบุแหล่งกำเนิดในพื้นที่เขตปทุมวันด้วยวิธี Factor Analysis ผลการศึกษาของการทบทวนเอกสารและผลของการวิเคราะห์ด้วย Factor Analysis พบว่าแหล่งกำเนิดสำคัญที่ส่งผลไปยังมลพิษฝุ่น PM2.5 คือ ฝุ่นถนนและฝุ่นที่ออกมาจากปลายท่อไอเสียยานยนต์ อีกทั้งจำนวนรถที่วิ่งบนถนนในเขตพื้นที่ที่ศึกษาเป็นอีกปัจจัยที่มีผลต่อค่าเฉลี่ย PM2.5 มีรถวิ่งมากยิ่งทำให้จำนวนวันที่ค่าเฉลี่ยมลพิษฝุ่น PM2.5 เกินมาตรฐานมากขึ้น และนอกจากนี้ มาตรการ Work From Home ที่ได้บังคับใช้ในสถานการณ์โควิด-19 สามารถทำให้มลพิษฝุ่น PM2.5 จากแหล่งกำเนิดประเภทยานพาหนะลดลง

Cfrp Delamination Density Propagation Analysis By Magnetostriction Theory, Brandon Eugene Williams

All Dissertations

While Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRPs) have exceptional mechanical properties concerning their overall weight, their failure profile in demanding high-stress environments raises reliability concerns in structural applications. Two crucial limiting factors in CFRP reliability are low-strain material degradation and low fracture toughness. Due to CFRP’s low strain degradation characteristics, a wide variety of interlaminar damage can be sustained without any appreciable change to the physical structure itself. This damage suffered by the energy transfer from high- stress levels appears in the form of microporosity, crazes, microcracks, and delamination in the matrix material before any severe laminate damage is observed. This …