Bachelor's Thesis

Automatic Modal Hammer for Experimental Dynamics

Final Thesis 1.95 MB Appendix 284.62 kB

Author of thesis: Václav Kovář

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Vladimír Skřivánek

Reviewer: Ing. Petr Lošák, Ph.D.

Abstract:

Vibrations are among the leading causes of fatigue and failure in mechanical structures, with modal hammers being commonly used for experimental determination of dynamic properties. However, manual excitation suffers from limited repeatability and the risk of double hits. The aim of this thesis was to design and build an automated mechanism for impact excitation using a commercial PCB 086C03 modal hammer to eliminate these shortcomings.
Existing approaches to impact excitation automation were reviewed and compared. Based on this comparison, a rotating hammer principle with a cam mechanism driven by two DC motors and a servo-controlled catch system was selected.
The device was integrated into a compact 3D-printed module mounted on a photographic tripod with a control system based on the ESP32 platform. The prototype was validated by experimental measurements on two aluminium beams successfully identifying two eigenmodes.
The results confirmed reliable impact force repeatability. A rubber tip is recommended for thin compliant structures, as it eliminates the risk of double hits. However, for universal use independent of the stiffness of the measured structure, the catching mechanism would need to be modified.

Keywords:

impact excitation automation, modal hammer, cam mechanism, ESP32, 3D printing, experimental dynamics

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Popište člen x v uvedeném vztahu pro výpočet směrodatné odchylky. Proč byl pro implementaci vybrán IR senzor, má použití IR nějaký význam? Co je příčinou vzniku dvojitých rázů? Poznámka k realizaci zdvihnutí kladívka s cílem předejít dvojitému rázu. Na závěr byla obhajoba hodnocena jako dobrá.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

Ing. Martin Appel, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. David Vlachý (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)
Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)

Supervisor’s report
Ing. Vladimír Skřivánek

Student přistupoval k řešení své bakalářské práce zodpovědně a v průběhu celého období prokazoval stabilní pracovní nasazení. Jako vedoucí práce oceňuji jeho svědomitost a systematický postup, se kterým se zhostil jak teoretické přípravy, tak i následné praktické realizace v rámci laboratorního výzkumu. Student prokazoval dobrou míru iniciativy, na konzultace docházel připraven a dokázal konstruktivně řešit technické komplikace, které se přirozeně objevily během montáže a oživování hardwaru.
Hlavním přínosem této práce je vytvoření funkčního mechatronického prototypu, který byl úspěšně ověřen při experimentálním měření. Díky studentovu úsilí máme nyní na pracovišti k dispozici prakticky použitelné zařízení, které usnadní provádění některých měření v oblasti experimentální dynamiky a pomůže snížit vliv lidského faktoru při rázovém buzení.
Určité inženýrské nedotaženosti, jako jsou limity záchytného mechanismu u velmi tenkých struktur, jsou u takto komplexního hardwarového projektu v rámci bakalářského studia pochopitelné. Oceňuji, že student tato slabá místa v diskuzi sám pojmenoval a navrhl adekvátní kroky k jejich budoucímu vylepšení. S přístupem studenta i s výsledkem jeho práce jsem spokojen, předložený text splňuje náležitosti kladené na závěrečné práce a doporučuji jej 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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Petr Lošák, Ph.D.

Bakalářská práce pana Václava Kováře je kvalitní, splnila zadání a přinesla funkční výsledek. Prototyp skutečně funguje, byl otestován na reálné měřicí sestavě s laserovým vibrometrem. Práce je přehledná, struktura logická. Student ve své práci otevřeně popisuje nedostatky, například problém s plastovým hrotem na tenkých nosnících, vliv kabelu na dynamiku odrazu, posun stativu při vibraci, atd.

Rešerše existujících řešení je popisná, ale celkem povrchní. Tabulka 2.2 porovnává kategorie pouze verbálně (střední/vysoká opakovatelnost), bylo by hezké uvést kvantitativní data. Není jasné odkud pocházejí tyto informace.  Tvrzení o "zanedbatelném rozptylu" v kapitole 5 není podloženo žádným číslem. Chybí statistické zpracování přes sérii úderů. Pouze vizuální hodnocení z obrázků 4.8 až 4.10 nestačí pro takovéto tvrzení. Navíc špička na obrázku 4.9 má dle mého názoru blíže k 6 N, než 4,5 N, jak uvádí text. V práci se mnohokrát objevuje pojem opakovatelnost, chybí jakákoliv její kvantifikace.

Navrhuji hodnocení práce stupněm C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
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. Co to je opakovatelnost A jakou statistickou veličinu byste použil pro kvantifikaci opakovatelnosti úderů a jak byste ji konkrétně vypočítal z naměřených časových průběhů síly, které máte na obr. 4.8 až 4.10?
  2. Co je koherence v kontextu modálního měření, jak se počítá a jakou hodnotu byste očekával u kvalitního měření? Šlo by jí využít ve vaší práci jakožto ukazatele kvality modálního měření?
  3. Píšete: „Tvar vačky byl během vývoje postupně optimalizován.“ Jakou metodu optimalizace jste použil, a jak vypadala hodnotící (někdy též nazývaná cílová, nebo účelová) funkce?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová