Master's Thesis

Stress-strain analysis of the automobile rear axle under impact to the obstacle

Final Thesis 12.53 MB

Author of thesis: Bc. Ondrej Bodo

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. František Šebek, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.

Abstract:

This master's thesis deals with stress–strain analysis of a rear torsion axle colliding with foreign road obstacles. Following, the research about commonly used suspension systems including possible damage mechanisms and corresponding situations leading to structural failures, the theoretical fundamentals, covering the explicit formulation of the finite element method and material models of plasticity and ductile fracture, were presented. To simulate the impact, a comprehensive computational model was developed to cover a wide range of possible impact scenarios, varying in initial velocity magnitude, geometry of the obstacle, and position of the impact including a calibration of Johnson–Cook models of plasticity and ductile fracture. Subsequently, the comparison between all simulated scenarios was carried out, determining the impact on the possible fracture initiation. A material comparative study was presented comparing the calibrated Johnson–Cook model against a similar model found in the literature. Lastly, the accuracy of the computational model was validated using a controlled experiment utilizing a custom-built frame and a hydraulically-driven impactor.

Keywords:

torsion beam, explicit formulation of finite element method, crashworthiness, impact simulation, Johnson–Cook model, ductile fracture

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student ve vymezeném čase prezentoval svou závěrečnou práci. Následně byly přečteny posudky vedoucího a oponenta spolu s přiloženými dotazy, na které student odpověděl. Následně byly zodpovězeny doplňující dotazy: Jaká byla rychlost zatěžování při testování vzorků? Jaká byla celková hmotnost testovaného automobilu? Jak jste uvažoval připojení nápravy k rámu? Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako: A – výborně.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Engineering Mechanics and Biomechanics (N-IMB-P)

Specialization

Engineering Mechanics (IME)

Composition of Committee

prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc. (člen)
Ing. Jaroslav Suchánek (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)

Předložená diplomová práce byla realizována ve spolupráci s firmou Škoda Auto a.s. a zabývala se nárazem automobilové nápravy do překážky. Student na tématu pracoval průběžně dva roky a mimo jiné specifikoval experiment a provedl jeho následné zpracování, byl samotný a svědomitý a dopustil se spíše menších nepřesností, viz strana 69. Z dalších nedostatků lze zmínit například reference, které v práci nejsou citovány chronologicky či chybné připsání míry aproximace v obrázku 4.16 velikosti konečných prvků. Hlavní náplní je však komplexní numerická simulace několika variant nárazů, která je v jednom případě porovnána s měřením, které proběhlo na Technické univerzitě v Liberci. Výstupem anglicky psané práce jsou tak velmi cenné podklady pro výrobce osobních vozů, ze kterých lze například odečíst, zda nalezené poruše na nápravě odpovídá popis užívání vozidla majitelem. Práci tedy doporučuji k obhajobě a hodnotím jako výbornou.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Diplomová práce pana Ondreje Boda, zabývajcí se analýzou nárazu zadní nápravy automobilu do tuhé překážky, předkládá velmi kvalitní výsledky řešení náročného problému. Splňuje všechny formulované cíle zadání, které jsou v některých směrech překročeny. Týká se to zejména srovnání výpočtového řešení s dostupnými experimentálními výsledky. Práce je napsána v anglickém jazyce vcelku přehledně a srozumitelně, našel jsem jen drobné nepřesnosti. Jedná se například o použití termínu "weight matrix" namísto "mass matrix" (str. 31) nebo tvrzení, že Johnson-Cookův model vyjadřuje vliv "strain-rate, temperature and pressure" na hodnotu lomového přetvoření. Z těchto důvodů hodnotím práci stupněm výborně a prosím autora o vyjádření k přiloženým dotazům.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Umístění překážky poměrně vysoko nad vozovkou vede k velmi razantnímu nárazu do torzní tyče nápravy - dle obr. 5.3 dojde postupně ke kontaktu s oběma vertikálními částmi C-profilu tyče. Bylo by možné ukázat deformaci tyče i v pohledu rovnoběžném s podélnou osou vozidla? Došlo při nárazu k vertikálnímu výkmitu nápravy vzhledem k vozidlu?
  2. Zbýval jste se i možností porušení dalších částí nápravy, jako je uchycení torzní tyče ke kyvným ramenům nebo uchycení celé nápravy k vozidlu?
  3. Při určení parametrů Johnson-Cookova modelu porušení jste vycházel z tahových zkoušek hladkých a vrubovaných plochých vzorků. Skutečný mechanismus porušení nápravy je však od prostého tahu dosti odlišný. Jaký tvar vzorku a namáhání byste doporučil ke zpřesnění popisu lomového chování zkoumaného materiálu nápravy?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová