Master's Thesis

Flutter analysis of compliant structure

Final Thesis 5.66 MB Appendix 111.68 kB

Author of thesis: Bc. Martin Marek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis focuses on the analysis of the non-linear instability of flutter type and creating the reduction methodology of a complex FEM model into a more simple model. In the theoretical section, the introduction to the flutter problem is described with the introduction of parameters with the most significant impact on the critical flutter speed, followed by the description of simple methods of flutter analysis, accompanied by the methods of determining the critical flutter speed. The next section describes the simulation of the flutter instability on the model with two degrees of freedom, with the proper instability analyses and determining the critical flutter speed. This section is followed by the section describing the FEM model simplification using the modal reduction and by creating state-space model on which the stability of this system is observed, excited with the aerodynamic excitation introduced in the two degrees of freedom model, and subsequently, a flutter simulation in the time-domain is performed. Computational cost reduction of the model reduction is presented on the sensitivity analysis of each structure parameter and its impact on the critical flutter speed, with the investigation of the ones with the most significant impact, and the verification of these structure parameters' influence with the theoretical introduction at the beginning of this thesis.

Keywords:

Flutter, Simulink, Self-excited oscillation, Compliant structure, State-space model, Modal reduction, Sensitivity analysis, Time-domain, Transient analysis

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 student zodpověděl doplňující dotazy: Řeší se u dvoucestné analýzy proudění v rámci jednoho kroku jak CFD, tak strukturální výpočet? Jaké jsou zhruba rychlosti kmitání bodu na povrchu tělesa? Jaký je fyzikální význam parametrů v pohybových rovnicích? Jedná se skutečně o rovinnou úlohu? Je proudění po celé délce laminární? 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)

Supervisor’s report
prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Předkládaná diplomová práce se zabývá možností analyzovat chování aerodynamicky zatěžované poddajné konstrukce a vyhodnotit ztrátu stability typu flutter. Na reprezentativním MKP modelu zvolené poddajné konstrukce byla provedena redukce stupňů volnosti modelu na výpočetně jednodušší stavový model, který byl v prostředí Simulink zatěžován aerodynamickými silami. Cíle práce byly v požadovaném rozsahu splněny.

Student přístupoval k řešení dané problematiky systematicky a prokázal výborné znalosti získané během studia. Během řešení práce byly diskutovány dosažené výsledky a přes některé nedorozumění v interpretaci simulací bylo dosaženo požadovaných výsledků. Výsledky práce budou dále využitelné v praxi pro analýzu flutteru u komplexních MKP geometrií. Student pracoval samostatně a byl velmi aktivní. Práce je psaná v anglickém jazyce a je zpracována pečlivě a logicky uspořádána. Diplomovou práci hodnotím známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Diplomová práce studenta Bc. Martina Marka se věnuje vysoce aktuální problematice aeroelastické nestability typu flutter, která vzniká při nadkritické rychlosti obtékání poddajného tělesa tekutinou. V předložené práci je řešena striktně lineární stabilita systému, tedy přesný okamžik a podmínky, za kterých k tomuto nebezpečnému samobuzenému kmitání dochází. Silové působení od proudícího média je uvažováno pomocí analytických vztahů a aerodynamických koeficientů průřezu, přičemž tyto účinky jsou následně implementovány do modálně redukovaného MKP modelu v prostředí MATLAB/Simulink. Vzhledem k velmi nízké výpočetní náročnosti při stanovení stability pomocí metodiky lineárního stavového prostoru uvedené v této práci bylo možno provést rozsáhlou a přehlednou citlivostní analýzu popsanou v kapitole 6. Dosažené závěry a zjištěné kritické parametry budou velmi užitečné pro bezpečné nastavení, sledování a měření flutteru v laboratorních podmínkách při experimentálním ověřování. Diplomová práce je na velmi vysoké úrovni, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení A (výborně).
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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V diplomové práci uvádíte citlivostní analýzu konstrukčních parametrů. Jakým způsobem a k jakému účelu by bylo možné její výsledky využít při následném experimentálním sledování flutteru v laboratorních podmínkách?
  2. Jaké jsou hlavní fyzikální limity Vašeho lineárního modelu a při jakých typech kmitání či nelineárních jevech interakce tělesa s tekutinou by již bylo nutné nasadit dvoucestnou (2-way) FSI analýzu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová