Master's Thesis

Design and manufacture of a disassembly counter ballast freediving structure

Final Thesis 5.16 MB

Author of thesis: Ing. Filip Džuppa

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Štěpán Kolomý, Ph.D.

Reviewer: Ing. Radim Veselský

Abstract:

This thesis describes the design and fabrication of a prototype counterbalance system intended
to rescue freedivers who lose consciousness underwater. The introductory section of the thesis
addresses the challenges of freediving and provides an overview of existing design solutions
for such systems. The third chapter presents a design for an innovative counterbalance system
utilizing structural analyses in Ansys software. Based on the results of these analyses, the design
was subsequently optimized. The fourth chapter describes the fabrication of a functional
prototype of the counterbalance system. Several manufacturing technologies were used in the
production, notably waterjet cutting, MAG welding, machining of parts on CNC machines, and
hot-dip galvanizing. The final chapter presents a technical and economic evaluation of the
prototype’s production.

Keywords:

freediving, counterbalance system, freediver rescue, structural analysis using the finite element
method, waterjet cutting, MAG welding, CNC, CAM, hot-dip galvanizing

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky vedoucího, oponenta a dalších členů komise. V průběhu obhajoby byly zodpovězeny následující doplňující otázky: 1. Je toto řešení komerčně dostupné? Máte v plánu Vaše řešení certifikovat? zodpovězeno 2. Jedná se o jedinečný návrh, nebo jste vycházel z již realizovaného řešení? Bylo prezentované řešení již vyzkoušeno v praxi? zodpovězeno 3 Jak předejít deformacím po technologii svařování? zodpovězeno 4. V jakých softwarech jste při návrhu modelu a MKP analýze pracoval? zodpovězeno Otázky členů komise byly zodpovězeny.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Manufacturing Technology

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology (STG)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jozef Majerík, PhD., EUR ING (místopředseda)
mjr. doc. Ing. David Dobrocký, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING (člen)
doc. Ing. Pavel Zeman, Ph.D. (člen)
prof. Dr. Ing. František Holešovský (člen)
Ing. Martin Petrenec, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Štěpán Kolomý, Ph.D.

Diplomová práce předložená studentem Bc. Filipem Džuppou se zabývá návrhem konstrukce counterbalastu, která je určená pro záchranu života člověka při ztrátě vědomí během potápění. Student provedl samostatný návrh konstrukce na základě metody konečných prvků ověřil jeho tuhost a potřebné mechanické vlastnosti. Po provedeném návrhu student samostatně vyrobil konstrukci counterbalastu. Pro návrh a výrobu musel student předvést komplexní znalosti v oblasti konstrukce, výpočtu a technologie což hodnotím velice pozitivně. Velice oceňuji studentovu samostatnost při zpracování závěrečné práce. Všechny dílčí kroky chodil pravidelně konzultovat. Práce přináší originální věc, která může být později využita ke komercionalizaci. Práci hodnotím jako úspěšnou, všechny cíle byly splněny. Plně doporučuji práci k obhajobě s celkovým hodnocením za A-výborně.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Radim Veselský

Předložená diplomová práce představuje solidní inženýrský počin s jasným praktickým dopadem. Ocenit je třeba komplexní přístup od CAD návrhu, který zahrnoval informace získané z průzkumu trhu i přihlédnutí na následné žárové zinkování celé konstrukce. Dále MKP analýzu až po fyzickou realizaci záchranného systému s technicko-ekonomickým zhodnocením. Kladně hodnotím ergonomické řešení lomeného ramene a využití MKP simulací pro systematický vývoj návrhu.  V rámci záchranného zařízení bych očekával svářecí práce vykonané certifikovaným pracovníkem, kvůli zabezpečení kvality svarů. Tento fakt by prodražil výrobu, ale umocnil by bezpečnostní aspekt. Jelikož nebyla poskytnuta cena dalšího podobného systému, nemohla být vyhodnocena finanční výhodnost této výroby. Přes tyto výtky jde o kvalitní a plně využitelnou práci, kterou doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Svařování metodou MAG vnáší do trubkové konstrukce značné množství tepla, což vede k tepelným deformacím a pnutí, které byly zaznamenány při vyoseí vodící tyše o 1°. Jak by byly tyto deformace řešeny v průmyslové sériové výrobě?
  2. Konstrukci jste navrhl z běžné konstrukční oceli s dodatečným zinkováním. Zvažoval jste v praktické fázi návrhu jako alternativu použití hliníkových slitin (např. eloxovaného duralu) nebo nerezové oceli? Jaké praktické, hmotnostní či ekonomické faktory rozhodly ve prospěch zinkované uhlíkové oceli pro zařízení, které má být mobilní a často přenášené?
  3. Konstrukce je připravena na využití jak na moři, tak na sladkovodních plochách. Jak by se změnila ochrana proti korozi v brakických vodách?
  4. Při kontaktu styčných ploch při MKP jste zvolil hodnotu tření jako 0,19. Na jakých veličinách závisí hodnota tohoto koeficientu?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová