Master's Thesis

Prediction of the crack growth in the rear axle of the automobile

Final Thesis 5.2 MB

Author of thesis: Bc. Vít Čech

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: Ing. Jan Poduška, Ph.D.

Abstract:

The thesis deals with predicting crack propagation in a car’s rear axle using numerical simulations. Conducting tests on actual axles can be time-consuming and costly during vehicle development, and numerical simulations can significantly increase efficiency in this area. The thesis includes an overview of possible automotive axle designs and methods for testing them. This is followed by a brief overview of the history of fracture mechanics and the methods used to determine the lifespan of a component with a crack. In the practical section of the thesis, the first part describes the procedure for designing a suitable experiment, its execution, and the analysis of the results. Subsequently, a numerical simulation was created in the ANSYS Workbench 2025 environment to replicate the experiment, and the obtained data were validated. Other results of the thesis included numerical simulations that subsequently predicted the propagation of additional cracks that were not part of the experiment.

Keywords:

crack propagation, numerical simulation, finite element method, lifespan, car rear axle

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

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 student zodpověděl doplňující dotazy: Můžete se vyjádřit k módům šíření trhliny a očekávané rychlosti šíření v těchto módech? Jste na konzervativní straně? Byla bifurkace pozorována v experimentu? Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako: C – dobře.

Language of thesis

Czech

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)

Diplomant vypracoval svoji závěrečnou práci s podporou firmy Škoda Auto a.s. Věnoval se šíření trhlin v nápravě osobního automobilu, a to jak experimentálně, tak výpočtově. Práce je tedy vysoce komplexní a prakticky přínosná. Při vyhodnocování experimentu a zprovoznění numerických simulací však pan bakalář narážel na spoustu překážek, které přispěly k tomu, že na tématu s různými odmlkami pracoval tři roky. I tak text obsahuje množství překlepů, jako je chybějící interpunkce, nejednotné používání pojmů a nejasné formulace, například co se třetí kapitoly týče. Zde s ohledem na diskutovaný vývoj náprav chybí odkaz na standardně používaný V-model. Samotný výčet testů na zkušebních tělesech není ani kompletní, ani systematický. Mnoho věcí se naopak v prvních kapitolách opakuje. Orientaci ztěžuje místy i nelogické odkazování se na obrázky, použití různých symbolů pro jednu veličinu, jako u meze kluzu, nevysvětlení některých symbolů nebo nekonzistentní používání zkratek. Z typografického hlediska lze vytknout například nejednotné zarovnání textu do bloku či nejednotný styl referencí. Závěrem lze práci hodnotit jako dobrou a doporučit k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Jan Poduška, Ph.D.

Autor se v práci zabýval simulací šíření trhliny v zadní nápravě automobilu. Simulace je zde porovnána s experimentem na skutečné součásti a pracuje se i s různými variantami modelu. Práce je po formální i obsahové stránce zpracována solidně, ale má několik podstatných slabin. Cíle 2–5 jsou splněny, avšak u cíle 1 považuji rešerši metod predikce životnosti za nedostatečnou. Autor sice popisuje lomovou mechaniku a výpočet počtu cyklů, ale chybí širší přehled přístupů k simulaci šíření trhlin a jejich aplikací, na něž by měl navržený postup navazovat. To je podle mě hlavní nedostatek práce.

Krom toho u tohoto typu práce považuji za standardní některé věci, které v této chybí: přehledná závislost K na délce trhliny; schéma k rozboru silového působení (sekce 2.6); celkový pohled na řešenou součást s popisem jejich částí. Dále by měl být lepší rozbor rozdílů mezi experimentem a simulací. A v části 7 pak autor označuje model za "validovaný", což je dost zavádějící. 

Postup řešení je jinak technicky správný. Autor se celkem invenčně vypořádal se šířením trhliny ve smíšeném módu, s praktickou aplikací kritéria MTS a s výpočtem životnosti. Formálně je práce bez problémů.

Celkově hodnotím stupněm C. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. V práci autor uvádí na str. 60: „Zároveň je nutné zmínit, že při výpočtu životnosti docházelo k určitému zjednodušení, kdy v laboratoři byla naměřena životnost materiálu pouze při zatěžování čistým módem I, kdežto výstupem z numerických simulací byl z důvodu povahy zatížení, tedy kombinace všech 3 módů zatěžování trhliny, použit J-integrál, respektive jeho rozkmit, který se následně převáděl na ekvivalentní KJ a tento rozkmit vstupoval do výpočtu životnosti.“ – už se ale nedovíme, k čemu by to teoreticky mělo vést – souhlasí to tedy s tím, že počet cyklů v experimentu je menší nebo ne?
  2. Byl rozsah součinitelů intenzity napětí, ve kterém se trhlina šíří v simulaci, porovnán s rozsahem, pro který byla naměřena rychlost šíření trhliny? Prosím uveďte toto porovnání a zhodnoťte jestli má vliv na nesrovnalost mezi modelem a experimentem.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová