Bachelor's Thesis

Analysis of a mixing bucket using DEM simulation

Final Thesis 3.62 MB Appendix 12.9 MB

Author of thesis: Martin Miko

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Michal Kubiš

Reviewer: Ing. Jiří Frühbauer

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design, modelling, and analysis of a mixing bucket equipped with a screw mixer, intended for compact tractors – specifically the Solis 26. The aim of the work is to create a virtual model of the bucket and to evaluate the mixing efficiency of bulk materials – concrete components – using the Discrete Element Method (DEM) in Altair EDEM, depending on the screw geometry. Three types of screws were designed and compared: a full screw, a ribbon screw, and a paddle screw. Contact interactions were modelled using the Hertz-Mindlin (no slip) contact model, with material parameters – Young's modulus, Poisson's ratio, density, coefficient of restitution, static friction coefficient, and rolling friction coefficient – sourced from the literature for gravel–sand–cement–steel material pairs. Simulation results were evaluated by visual comparison of component distribution over time. Based on the achieved mixture homogeneity, the ribbon screw was identified as the most suitable design for the physical production of the bucket. The thesis provides a basis for the real manufacturing of the device and proposes further possible improvements.

Keywords:

Discrete Element Method, DEM, Altair EDEM, mixing bucket, Hertz-Mindlin, bulk materials, concrete, screw mixer, mixing homogeneity

Date of defence

11.06.2026

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: 1) Zdroj informací v tab. 2 - odpověděl 2) Volba velikosti materiálu virtuálním modelu - odpověděl 3) Jaký pohon šneku uvažujete? - odpověděl 4) Směsný poměr u betonové smesi v simulaci a reálném procesu - částečně odpověděl

Language of thesis

Slovak

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. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Nezbeda (člen)
Ing. Václav Mergl, Ph.D. (člen)
Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Michal Kubiš

Student se ve své bakalářské práci zabýval návrhem a numerickou analýzou míchací lopaty se šnekovým míchadlem určené pro malotraktory, konkrétně pro traktor Solis 26. Cílem práce bylo vytvoření virtuálního modelu zařízení a posouzení vlivu geometrie šneku na homogenitu míchané směsi pomocí diskrétní prvkové metody v prostředí Altair EDEM.

Práce obsahuje rozsáhlou rešeršní část zaměřenou na problematiku míchání sypkých hmot, mechaniku granulárních materiálů a principy DEM simulací. Student prokázal dobrou orientaci v řešené problematice a schopnost pracovat s odbornou literaturou. Teoretická část vytváří vhodný základ pro následnou praktickou část práce.

V praktické části student navrhl 3 různé geometrie šneku míchací lopaty s ohledem na omezení malotraktoru. Následně byly realizovány DEM simulace jednotlivých variant a provedeno jejich vzájemné porovnání z hlediska homogenity směsi.

Student během řešení práce pracoval aktivně a samostatně. Průběžně konzultoval vzniklé problémy a prokazoval snahu o pochopení řešené problematiky. Práce splňuje základní požadavky kladené na bakalářskou práci.

Práce však vykazuje i několik dílčích nedostatků. Text obsahuje větší množství stylistických a jazykových nepřesností, místy méně formální formulace a občasné nepřesnosti v odborné terminologii. V některých částech by bylo vhodné hlubší technické vyhodnocení dosažených výsledků a podrobnější kvantitativní porovnání jednotlivých variant. Přes uvedené připomínky hodnotím práci jako přínosnou a po odborné stránce odpovídající požadavkům bakalářské práce.

Předloženou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
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
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jiří Frühbauer

Bakalářská práce se zabývá analýzou míchací lopaty pomocí DEM simulace.

V úvodu práce student popisuje přínosy analýzy mísení a rozdělení strojů používaných pro mísení betonu, přičemž se dále zaměřuje na šnekové mísiče. Dále jsou popsány vybrané vlastnosti sypkých látek spolu s efekty, které přímo ovlivňují procesy mísení a navazuje popis aplikace DEM na procesy mísení.

V hlavní části práce student popisuje řešený problem na konkrétní lopatě určené pro traktor Solis 26. Student výpočtem přibližně určil maximální množství sypaného materiálu a představil 3 typy mísících šneků, kterými bude sypaný material promíchávat. Dále student popsal metody pro vyhodnocení výsledků mísení. Dále je vybrán kontaktní model pro DEM analýzu spolu s kontaktními parametry použitých materiálů.

V poslední části práce je vytvořen a popsán DEM model lopaty spolu se všemi zvolenými typy mísících šneků. Po dokončení simulací student kvalitativně vyhodnotil výsledky analýz mísení, z čehož vhodně vyloučil mísič s plným šnekem. Na ukázku kvalitativního vyhodnocení byly vloženy průběhy mísení ve stejných časových záznamech pro všechny mísiče, kde dále navazují ukázky rozptýlení jednotlivých materiálů během simulace a po konci simulace.

Součástí práce je i videodokumentace průběhu mísení, která podkládá studentova tvrzení uvedená v práci.

Práce je zpracována přehledně, autor se v ní dopustil několika chyb. Konkrétně mám připomínky k:

-občasně nechány velké mezery mezi odstavci

-občasné netechnické vyjadřování a překlepy

Všechna odborně napsaná tvrzení v rešeršní části jsou podložena dostatkem zdrojů. Kvůli občasným překlepům a netechnickým formulacím lze říci, že je velmi malá pravděpodobnost tvorby textu pomocí generativní AI. Autor použil AI primárně na hledaní zdrojů.

Předložená práce je původní, má dobrou úroveň a i přes nedostatky splňuje požadavky zadání. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
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 B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jaký by byl zvolen postup pro kvantitativní vyhodnocení kvality promísení u lopatkového a obvodového šneku?
  2. Jaký ze dvou šneků by byl vhodnější pro vyprazdňování lopaty bez zásahu operátora?
  3. Je možné ze simulace určit, zda se vyskytují u vytvořených mísičů “mrtvé” oblasti?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová