Master's Thesis

Determination of non-uniform equi-biaxial residual stresses considering the effect of plasticity

Final Thesis 3.56 MB

Author of thesis: Bc. Eduard Slotík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Dávid Halabuk, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with the extension of the hole-drilling method for measuring residual stresses in cases where plastic deformations occur around the drilled hole. Standard evaluation procedures are based on the assumption that only elastic strain relief occurs, while the presence of plasticity can lead to significant errors in the determined residual stresses.
The thesis consists of three main parts. The first part presents a computational model of the drilling process based on the finite element method. The second part focuses on the calculation of residual stresses from measured strains according to the ASTM E837-25 standard. The final part introduces an algorithm for correcting errors caused by plastic deformations using a neural network. The results of the simulations and the evaluation of the proposed approach are presented at the end of the thesis.

Keywords:

Hole-drilling method, residual stresses, plasticity, neural networks

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

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. Po zodpovězení doplňujících dotazů bylo přistoupeno k odborné rozpravě. Jak by se simuloval průběh napětí po odvrtávání s nelineární charakteristikou? Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako: B - velmi dobré.

Language of thesis

Slovak

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. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Suchánek (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Dávid Halabuk, Ph.D.

Diplomová práca sa zaoberá skúmaním vplyvu tvorby plastických deformácií pri vyhodnocovaní rovnoosých zvyškových napätí meraných pomocou odvŕtavacej metódy. V práci bol najskôr vytvorený výpočtový model, pomocou ktorého bol simulovaný proces odvŕtavania pre rôzne lineárne priebehy zvyškových napätí po hĺbke materiálu. Z výsledkov simulácií boli určené zvyškové napätia a porovnávané chyby vyplývajúce z tvorby plastických deformácií v okolí odvŕtavaného otvoru. Následne bola vytvorená neurónová sieť, ktorá bola po natrénovaní schopná tieto chyby minimalizovať. Študent potreboval počas riešenia viacero usmernení po ktorých bol ale schopný samostatnej práce. Negatívne ale hodnotím nadmerné používanie nástrojov generatívnej umelej inteligencie, pretože z priebežných konzultácií som nadobudol dojem, že niektoré myšlienky a postupy uvedené v práci boli nekriticky prebrané z týchto nástrojov bez potrebného overenia či hlbšieho porozumenia danej problematike. Celkovo ale práca splnila vytýčené ciele preto ju hodnotím známkou „veľmi dobre“ a doporučujem ju k obhajobe.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: B

Diplomová práce se zabývá aktuálním a netriviálním problémem rozšíření odvrtávací metody měření zbytkových napětí o korekci vlivu plasticity pro nehomogenní rovnoosá napětí, přičemž všechny stanovené cíle byly splněny. Rešeršní část prokazuje dobrou orientaci autora v problematice. Praktická část je metodicky promyšlená. Hlavním výstupem je korekce pomocí hluboké dopředné neuronové sítě, jež snížila relativní maximální chybu ze 164,9 % na 6,8 %, což je důležitý výsledek doplněný i analýzou citlivosti na experimentální šum. Mezi hlavní výhrady patří omezení pouze na lineární profil napětí a rovnoosý stav, což snižuje praktický dosah výsledku. Je však třeba uznat, že tato omezení byla do značné míry vynucena povahou řešeného problému. V kapitole, která popisuje trénování neuronové sítě chybí zdůvodnění volby konkrétní topologie (proč právě pět vrstev a daný počet neuronů, zda proběhlo ladění hyperparametrů či porovnání alternativních architektur). Volba je popsána, ale není doložena, že je optimální. Dále chybí konvergenční křivka trénování, která je standardním dokladem korektního průběhu učení. Bez ní nelze posoudit, zda nedošlo k podučení nebo naopak, v kolika epochách trénink reálně skončil. Přes uvedené výhrady je práce obsahově bohatá, čtivá, graficky dobře zpracována a má jasnou strukturu. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji klasifikaci 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 dosaž. 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
Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem jste dospěl ke konkrétní topologii neuronové sítě?
  2. Z jakého důvodu jste pro generování zbytkových napětí zvolil výhradně lineární průběh po hloubce a jakým reálným technologickým procesům či praktickým stavům napjatosti tento lineární profil odpovídá? Do jaké míry je takové zjednodušení reprezentativní vzhledem k typickým průběhům zbytkových napětí v inženýrské praxi (např. po svařování, kuličkování nebo broušení), které bývají často výrazně nelineární?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová