Master's Thesis

Strength analysis of the dumper bed using DEM-FEM analysis

Final Thesis 4.49 MB Appendix 14.35 MB

Author of thesis: Bc. Andrej Lukačovič

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D.

Reviewer: Ing. David Vaněk

Abstract:

This Master's thesis deals with the structural analysis of the DV125 dumper body from Wacker Neuson. The theoretical part of the thesis focuses on the description of numerical methods used for simulation development and soil calibration tests. The practical part consists of describing the soil properties required for the simulation, as well as the development and calibration of the virtual material using the Discrete Element Method (DEM). Furthermore, the thesis describes the modification of the dumper body CAD model, the preparation of the Finite Element Method (FEM) analysis, and the subsequent DEM simulation of specific load cases. The main outcome of the thesis is a strength analysis for each load case and material using a one-way DEM-FEM simulation. Finally, the results of the analyses are evaluated, and possibilities for simulation optimization are proposed.

Keywords:

FEM, DEM, dumper, dumper body, calibration, cosimulation

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

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: Odkud student převzal použití hodnot zrychlení při simulaci jízdy? - Odpověděl Lepení materiálu -> vlivy. - Částečne odpověděl Typ dopravovaného materiálu? - Odpověděl Zrychlení a zpomalení dumperu? - Odpověděl

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Robert Brázda, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D. (člen)
Ing. David Hloušek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Vaverka, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D.

Práce patří k základům nových přístupů řešení optimalizace funkcí, tvarů, interaktivních napětí a technologických schopností strojních součástí při dopravě, zpracovávání a skladování nehomogenních a partikulárních materiálů. Úvod představuje citace dle použitých podkladů a literatury - tedy kapitolu 1, 2 a 3. Tuto méně známou problematiku bylo třeba představit jako základ další práce a experimentů, dle rozsahu práce - převzatých i vlastních. Některé popisy v kapitolách by zasloužily srozumitelnější formu, například vysvětlit, proč odlehčování materiálu je pomalejší oproti stlačování - viz. kapitola 4.4. Podstatný rozsah textu i vlastní práce je převzatý z literatury [17].  Kapitola 5.6 je poněkud neprokazatelná co do uspořádání způsobu měření, přitom výsledky mají podstatný vliv. Co je to hustota částic je třeba zpřesnit - začátek kapitoly 8. "Z grafu byla vybrána síla, která nejlépe odpovídá určenému stavu" - text začátku kapitoly 10.2 a další rozhodování autora je poněkud logicky nepodloženo. Výsledky modelování DEM simulace jsou ovšem velice zajímavé. Následná kapitola 11 FEM analýza s vytvořením sbírky zatížení je velmi podrobná, rozsáhlá a kvalitní. Práce je logicky a přehledně uspořádána, pouze seznam použitých zkratek a symbolů nemá abecední pořadí. Přes jistý optimizmus až euforii při rozhodování autora v průběhu práce je závěr práce logickým přesným vyhodnocením.
Tuto práci doporučuji k obhajobě s uvedeným hodnocením 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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. David Vaněk

Pan Lukačovič se ve své práci detailně věnuje komplexnímu zadání, pro jehož vypracování je třeba skloubit znalosti více nesourodých simulačních prostředí a fyzikálních oblastí. Bylo nutné aplikovat znalosti teorie DEM a připravit model v prostředí DEM softwaru, dále vytvořit FEM model a zpracovat data z laboratorních testů zemin.

Diplomová práce je vhodně strukturována, přičemž každé její části se autor věnoval v odpovídajícím rozsahu. Teoretická část práce popisuje základní principy DEM modelování, principy kosimulace a detekce kontaktu, kontaktní modely, dostupné materiálové modely a jejich specifika. Věnuje se též vysvětlení jednotlivých vlastností sypkých látek, na které je následně navázáno v dalších částech práce.

Student ve své práci pracuje s materiálovými daty zemin, která vznikla testováním jeho kolegů v předchozích letech. Tato data vhodně zpracoval a vyhodnotil tak, aby byla následně využita k tvorbě virtuálních materiálů, které pomocí virtuálně replikovaných experimentů validuje.

Sestavení FEM modelu korby dumperu z poskytnutých dat student zvládl samostatně, detaily aktivně konzultoval. Sestavil tedy model pro účely kosimulace a provedl simulace definovaných částí pracovního cyklu kolového dumperu v prostředí DEM, přičemž výsledky simulací komentuje v dobrém rozsahu a následně je využívá jako vstup pro strukturální analýzu v prostředí FEM, a to pro několik různých DEM modelovaných materiálů.

V závěrečné diskuzi autor vhodně komentuje získané výsledky a další možnosti zpřesnění. Zamýšlí se nad použitými předpoklady. Celkově se jedná o velmi zdařilou diplomovou práci, která vyniká svou komplexností a potenciálem pro reálnou aplikaci a další rozvoj metody. Zdůraznit bych chtěl zájem, který student o problematiku projevil, a pečlivost, se kterou zapracovával podněty a výstupy z konzultací.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. 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
Topics for thesis defence:
  1. Které z původně přijatých předpokladů aplikovaných při jednosměrné kosimulaci mezi DEM a FEM, mohly s nárůstem velikosti frakce pozbýt platnosti a tedy vést k příliš vysokým hodnotám napětí a deformací?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová