Master's Thesis

Stress-strain analysis of front car seat fasteners

Final Thesis 5.84 MB

Author of thesis: Bc. Matúš Mäsiar

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr Skalka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Miroslava Kučerková

Abstract:

This master's thesis focuses on the analysis of the stress-strain response of the joint between the seat cushion and the backrest of a front automotive seat under rear-impact loading. Particular attention is paid to the bolted joint between the recliner bracket and the seat frame, where local failure was observed during physical testing and could not be adequately captured by the original computational model. The main objective of the thesis is to develop a modified computational model that enables a more detailed investigation of the failure mechanism and an assessment of the influence of the selected modeling approach on the response of the evaluated joint. The work includes a sensitivity study of the GISSMO damage model with respect to the discretization model of the recliner bracket, an analysis of the influence of the inverse forming procedure on the initial stress-strain state, and a comparison of the modified variant with the reference computational model. The thesis also includes a component test of the critical joint, in which selected modeling techniques of the bolted joint are compared. Based on the obtained results, the influence of the selected modeling approach on the local joint response, the force development in the bolted joint, the initiation of recliner bracket failure, and the overall response of seat structure is assessed.

Keywords:

automotive seat, rear impact, numerical simulation, bolted joint, explicit, LS-DYNA, GISSMO, inverse forming

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

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: Která zkoumaná součástka byla kritická a jak byla zatížena? Odezva pro šíření trhliny se liší v závislosti na modelování okrajových podmínek (síla vs. posuv). Bylo toto uvažováno? Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako: B - Velmi dobře.

Language of thesis

Slovak

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)

Supervisor’s report
Ing. Petr Skalka, Ph.D.

Diplomová práce se zaměřuje na deformačně–napěťovou analýzu spojovacích prvků předního sedadla automobilu za podmínek simulující zadní náraz. Velkou slabinou doposud používaného výpočtového modelu je jeho neschopnost věrohodně predikovat porušení kritického šroubového spoje mezi konzolí a rámem sedadla, které bylo experimentálně prokázáno. Cílem práce je tedy upravit doposud používaný výpočtový model tak, aby věrohodně popisoval deformačně-napěťovou odezvu spojovacích prvků sedadla během nárazové zkoušky a spolehlivě předpověděl jejich selhání pozorované během experimentu.

Práce obsahuje rešeršní část, ve které autor představuje současný stav poznání v oblasti konstrukce předních sedadel, bezpečnostních požadavků kladených na přední sedadla a experimentálního provedení nárazových zkoušek. Představuje také software LS Dyna, který společnost Adient používá ve výpočtovém modelování pro simulace nárazové zkoušky předního sedadla. V rámci výpočtového modelování provádí systematické úpravy modelu geometrie, modelu diskretizace kritické oblasti sedadla a zohledňuje ve výpočtovém modelu vliv historie výroby spojovacích komponent sedadla v jeho kritické oblasti. V závěrečné části práce se věnuje na detailní úrovni deformačně-napěťové analýze jednotlivých komponent kritického spoje. Najít „dostačující“ úroveň výpočtového modelu není jednoduché a jedná se vždy o kompromis mezi kvalitou sledovaných výstupů a časovou náročností řešení.

Autor prokázal vysokou míru samostatnosti, schopnost výpočtově modelovat, pracovat s pokročilými výpočetními nástroji (ANSYS, LS-Dyna) a výborné porozumění řešené problematice.

Diplomová práce však vykazuje nadbytečné strukturální členění, což narušuje její ucelenost a řešené téma je tím příliš detailně a tematicky rozptýleno. Rovněž označování jednotlivých variant výpočtových modelů nepřispívá k lepší orientaci v práci. Diplomová práce obsahuje místy chyby, překlepy a nevhodné formulace. V závěru práce mi chybí zhodnocení a porovnání všech dosažených výsledků. Nicméně chápu, že ne všechny informace ohledně nastavení a dalších detailů výpočtového modelu je možné zveřejnit (na základě dohody s firmou Adient).

Diplomová práce naplňuje všechny požadavky kladené na tento typ práce, splňuje cíle zadání a přináší prakticky využitelné výsledky pro vývojový proces společnosti Adient, což vidím jako hlavní přínos této práce.

Práci doporučuji k obhajobě.
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 C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Miroslava Kučerková

Diplomová práca sa zaoberá deformačne-napäťovou analýzou skrutkového spoja medzi rámom opierky a sedáka prednej sedadlovej štruktúry automobilu. Motiváciou práce je lokálne porušenie spomenutého spojenia pri experimentálnom testovaní zadného nárazu automobilu, ktoré pôvodný referenčný numerický MKP model nedokázal popísať.

Úvod diplomovej práce sa venuje rešeršnej štúdii, ktorej členenie je pomerne dobré. Autor v nej zjednodušene predstavuje zostavu automobilového sedadla a detailnejšie už popisuje predmetný skrutkový spoj. Plynule prechádza do ďalšej kapitoly venovanej teórii výpočtového modelovania nárazových skúšok sedadiel, kde sú podrobne popísané entity explicitného numerického riešiču LS-DYNA, následne využité vo výpočtovom modeli.

Ďalšia časť práce je zameraná na modifikáciu už existujúceho MKP modelu zadného nárazu s figurínou H395 a analýzu dosiahnutých výsledkov. Oceňujem niekoľko typov siete modelovaného spojenia a podrobnú analýzu vplyvu diskretizácie na časový aspekt iniciácie, či charakter porušenia konzoly. Zásadná pre prax je predikcia porušenia skrutkového spojenia a dobré zhrnutie dosiahnutých výsledkov z hľadiska počtu prvkov siete, pridanej hmotnosti či času trvania samotného výpočtu.

Ako nevýhodu kapitol týkajúcich sa numerického modelu vidím pomerne nesúrodé označovnie jednotlivých variantov. K prehľadnosti kapitol by výrazne prispelo vizuálne porovnanie diskretizácie modelov v jednom obrázku a vyčlenenie samostatných podkapitol pre popis počiatočnej pozície sedadla, presimulácie stlačenia peny a okrajových podmienok vrátane krivky aplikovaného zrýchlenia v závislosti na čase, ktorá v definícii modelu chýba. Vhodné by bolo farebne zosúladiť jednotlivé modely a príslušné krivky posuvu či priradiť modelom prehľadne napr. čísla alebo iné označenie (namiesto odkazovania sa na modifikovaný variant, alternatívny variant atď...). Rovnako by sa na záver žiadalo vzájomné porovnanie všetkých variant a rozdiely v odozve sedadla zhodnotiť aj percentuálne.

Na záver je v práci podrobne popísaná numerická simulácia substitučného testu konzoly na úrovni testovania komponentu. Autor pripravil a následne efektívne porovnal veľké množstvo variantov s rôznym modelovaním skrutky či typom a nastavením kontaktu skrutky voči drieku konzoly, čo je časovo náročné. Túto aktivitu hodnotím veľmi pozitívne, keďže je z môjho pohľadu významná pre ďalšie využitie firmy Adient.

Celkovo je formálna úroveň textu práce na dobrej úrovni, vyskytujú sa tu ale ojedinelé gramatické chyby, preklepy a drobné štylistické nepresnosti (napr. popis obrázkov 4.2 a 4.3 sa nezhoduje s opisom v texte, kde autor uvádza, že vľavo sa jedná o diskretizáciu, avšak ide o geometriu súčiastky, atď....)

Keďže sú ciele vytýčené v zadaní diplomovej práce splnené a výsledky adekvátne aplikovateľné v praxi, prácu hodnotím stupňom B a doporučujem k obhajobe.
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 A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Autor v práci popisuje modifikáciu už existujúceho numerického modelu, pričom bol upravený aj systém pásov. Má táto úprava výrazný vplyv na výsledok, keďže sa jedná o zadný náraz a bolo nutné ju vykonať?
  2. Autor v práci, okrem iného, porovnáva aj vplyv rôznych faktorov na celkový výsledný posuv sedadla (kap. 5.1.4, 5.2.3, 5.3.2...) . Vo všetkých prípadoch chýba informácia o mieste merania spomenutého posuvu. Prosím, o definovanie miesta merania a dôvod jeho výberu.
  3. Motiváciou práce je nesúlad medzi experimentom a pôvodnou numerickou predikciou, je možné správanie skrutkového spoja v referenčnom a modifikovanom numerickom modeli porovnať s fyzickým testom a skutočným mechanizmom porušenia?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová