Bachelor's Thesis

Optimization of ice axe topology

Final Thesis 3.1 MB

Author of thesis: Martin Kolář

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lukáš Zeizinger, Ph.D.

Reviewer: Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the structural topology optimization of an ice axe shaft using Ansys Mechanical software (FEM). The main objective is to maximize weight reduction while strictly adhering to safety standards and preserving the tool's original climbing properties. The thesis covers the legislative and theoretical framework and describes the practical optimization process, concluding with the necessary backward FEM validation of the newly designed shape.

Keywords:

Ice axe, topology optimization, finite element method, FEM, Ansys Mechanical, weight reduction

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval svou závěrečnou práci a odpověděl na otázky vedoucího i oponenta. Dále odpovídal na dotazy členů zkušební komise a to následovně: Dynamické účinky a oslabení konstrukce. -Odpověděl

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Machine and Equipment Construction (SSZ)

Composition of Committee

doc. Ing. Robert Brázda, Ph.D. (předseda)
Ing. Lukáš Zeizinger, Ph.D. (člen)
Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Mergl, Ph.D. (člen)
prof. Štefan Čorňák, Dr. (místopředseda)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Zeizinger, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá topologickou optimalizací násady cepínu. Práce řeší moderní a technicky zajímavé téma, které propojuje konstrukční návrh, metodu konečných prvků a optimalizační postupy v prostředí Ansys Mechanical. Pozitivně hodnotím práci s normami ČSN EN 13089+A3 a UIAA 152, použití slitiny 7075-T6, snahu o zavedení nelineárního materiálového modelu a následnou numerickou validaci optimalizovaného tvaru. Výsledkem je deklarované snížení hmotnosti násady z 432 g na přibližně 295 g, tedy o 31,7 %, což představuje zajímavý technický výsledek.

Student prokázal schopnost vytvořit výpočtový model, definovat návrhový prostor, provést topologickou optimalizaci a následně získaný tvar konstrukčně přepracovat a znovu numericky ověřit. Za přínosné považuji zejména to, že práce není pouze rešeršního charakteru, ale obsahuje vlastní výpočtovou a návrhovou část. Kladně hodnotím také snahu pracovat s normovými zatěžovacími stavy a posoudit optimalizovaný návrh z hlediska únosnosti a deformací. Z odborného hlediska jde o práci s vlastním technickým přínosem a potenciálem pro další rozvoj.

Práce však obsahuje významné metodické i formální nedostatky. U první zkoušky ohybem je dovolená trvalá deformace 2,12 mm, zatímco v práci je uvedena hodnota přibližně 2,1512 mm, což může znamenat hraniční nebo mírně nevyhovující výsledek; zároveň není jasně doloženo, zda byla provedena odlehčovací fáze simulace a zda uvedené deformace skutečně odpovídají trvalé deformaci po odlehčení. Celkový dojem dále výrazně snižují ponechané šablonové texty typu „BRNO 20XX“, „VLOŽTE NÁZEV KAPITOLY“, chyby v obsahu a překlepy. Práci doporučuji k obhajobě, avšak vzhledem k uvedeným nedostatkům navrhuji hodnocení C – dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá topologickou optimalizací cepínu.
V úvodu práce je uveden popis částí cepínu a základní typové rozdělení cepínů dle norem. Další částí práce je přehled typů strukturální optimalizace. Hlavní část práce je věnována vlastní topologické optimalizaci násady cepínu.
Student se při zpracování práce nevyhnul některým pochybením.
K práci mám zejména tyto připomínky:
- neopravené záhlaví a zápatí z původní šablony
- nefunkční odkazy na stránky v obsahu
- při použití v podstatě otevřeného průřezu násady s velkým rozdílem v ohybové tuhosti v hlavních směrech se vynořuje otázka na torzní tuhost s ohledem k možné ztrátě tvarové stability tzv. klopením
- v práci postrádám časovou křivku zatížení, aby bylo možno prokázat hodnoty výsledných plastických deformací
Bakalářská práce je v souladu se zadáním. Celkově má práce i přes některé nedostatky relativně solidní úroveň. Pan Martin Kolář ve své práci prokázal odpovídající znalosti studovaného oboru a schopnost budoucí samostatné práce. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Diskutujte vliv teploty na mechnické vlastnosti rukojeti cepínu.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová