Bachelor's Thesis

Influence of material properties of the crash box under dynamic loading

Final Thesis 2 MB

Author of thesis: Bc. Lukáš Čamek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zoja Barančoková

Reviewer: Ing. Dávid Riedl

Abstract:

This bachelor‘s thesis examines the influence of material properties of a crash box under
dynamic loading. The thesis first summarizes the issues of passive safety, crash tests, design
parameters of crash boxes and their materials. Subsequently, a simplified geometric model
of the crash box is created, in which the behaviour of selected materials – DP590, DP780
and TRIP450/700 – is compared under constant geometric and boundary conditions.
The computational part is performed using the finite element method in LS-DYNA
environment. The simulations focus on dynamic loading of the crash box by a rigid barrier.
The individual variants are compared based on the deformation process, absorbed energy,
specific absorbed energy, initial peak forces and average deformation forces and crush force
efficiency.

Keywords:

crash box, passive safety, FEM analysis, energy absorption, dynamic load, LS-DYNA

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) V kapitole 9.3 na strane 45 ste stanovili rýchlosť simulácie na hodnotu 4,16 mm/ms. Na základe akých kritérií bola táto rýchlosť zvolená? Hodnocení: Zodpovězeno. 2) Ako vysvetľujete takmer totožné hodnoty absorbovanej vnútornej energie pri materiáloch DP590, DP780 a TRIP450/700 napriek ich rozdielnym materiálovým vlastnostiam a aké vlastnosti by mal mať na základe získaných výsledkov optimálny materiál pre deformačný člen? Hodnocení: Zodpovězeno. 3) Obr. 30 zachytáva graf závislosti deformačnej sily od posuvu. Po dosiahnutí maximálnej hodnoty dochádza k poklesu sily, avšak jej priebeh naďalej osciluje. Čo je zodpovedné za vznik týchto oscilácií? Hodnocení: Zodpovězeno. Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Proč je pohlcená energie shodná, ale průběhy sil jiné? Hodnocení: Nezodpovězeno. 2) Co je vnitřní energie materiálu? Hodnocení: Zodpovězeno. 3) Co bylo podmínkou ukončení simulace? Hodnocení: Zodpovězeno. 4) Co je úkolem deformačního prvku a co se hodnotí v metodice NCAP? Hodnocení: Zodpovězeno. 5) Jaké jsou podmínky reprodukovatelnosti výsledků? Hodnocení: Částečně zodpovězeno. 6) Jaké jsou prvky aktivní bezpečnosti? Hodnocení: Zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (místopředseda)
Ing. Jan Fojtášek, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Hejtmánek, Ph.D. (člen)
Ing. Lubor Zháňal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zoja Barančoková

Predložená bakalárska práca sa zaoberá problematikou vplyvu materiálových vlastností deformačného prvku pri dynamickom zaťažení a je spracovaná na 58 stranách. Cieľom práce bolo spracovať rešerš danej problematiky a porovnať deformačné správanie vybraných materiálov pomocou MKP analýzy.

Rešeršná časť je spracovaná dobre, avšak po formálnej stránke sa v práci vyskytuje niekoľko nedostatkov, ktoré znižujú jej celkovú kvalitu. V úvode použitie komerčných webových zdrojov, zlé formátovanie záhlavia, použitie anglických názvov a nefunkčné krížové odkazy. V záverečných kapitolách je viditeľný časový tlak, napríklad na strane 49 sa nachádza medzera v odseku, odkaz na obrázok 28 zobrazuje v texte chybovú hlášku a tabuľka 4 vybočuje z predpísaných okrajov.

V praktickej časti boli porovnávané tri materiálové varianty. Pri analyzovaní výsledkov je zrejmé, že študent len mechanicky odčítaval maximálne hodnoty z grafov bez ohľadu na fyzikálnu podstatu priebehu nárazu. Taktiež chýba prepojenie jednotlivých skúmaných kritérií a ich komplexné vyhodnotenie. V popise CFL podmienky sa nachádzajú chyby, zvolená hodnota pre rýchlosť bariéry nie je zdôvodnená a vysvetlenie voľby koncového času simulácie nie je dostatočné. V závere sa uvádza, že počiatočná špičková sila by sa nemala pohybovať v daných hodnotách, avšak už nie je uvedené, aké hodnoty sú vhodné.

Prácu študent konzultoval až po výzvach vedúcej a vo veľmi krátkom časovom úseku. Napriek uvedeným nedostatkom je možné konštatovať, že študent splnil všetky zadané ciele.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality E
Ability to interpret achieved results and draw conclusions E
Applicability of results in practice or theory D
Logical arrangement of thesis and its layout D
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations C
Student's independence when working on the topic E

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Dávid Riedl

Pán Čamek sa vo svojej bakalárskej práci venoval vplyvu materiálových vlastností deformačného prvku. Cieľom práce bolo vykonať rešerš v danej oblasti, na základe ktorej prebehla voľba materiálov určených na následné porovnanie. Teoretická časť sa v úvode venuje histórii bezpečnosti vozidiel a prvkom pasívnej bezpečnosti. Hoci vytvára základný vstup do problematiky, miestami pôsobí vzhľadom na zameranie práce nadbytočne. Rešerš metodík Euro NCAP a RCAR je prevažne založená na internetových zdrojoch, čo mierne znižuje odbornú úroveň spracovania. Zároveň však tvorí odrazový mostík pre praktickú časť, hoci nie je úplne zrejmé, do akej miery boli poznatky z týchto metodík ďalej aplikované. Pozitívne hodnotím spracovanie problematiky deformačných prvkov a kritérií nárazovej bezpečnosti, ktoré sú vysvetlené zrozumiteľne aj pre menej zainteresovaného čitateľa. Bohužiaľ, v tejto časti práce absentuje hlbšie zamyslenie nad tým, ktoré z uvedených materiálov by bolo možné reálne použiť, pričom práca sa následne pomerne skokovo presúva k tvorbe MKP simulácie. K voľbe materiálu sa študent vracia až neskôr v texte, čo čiastočne narúša logickú postupnosť práce. Študent síce uvádza dôvody vyradenia hliníkových zliatin z hodnotenia, avšak ostatným materiálom spomenutým v rešeršnej časti už nevenuje podobnú pozornosť.  Napriek tomu oceňujem, že študent pracoval v softvéri, ktorý nie je bežne vyučovaný. Aj pri použití zjednodušeného modelu si príprava MKP simulácie vyžadovala samostatné oboznámenie sa s novým prostredím, čo hodnotím pozitívne. Praktická časť už nepôsobí tak presvedčivo. Študent si síce zvolil vhodné metriky pre porovnanie materiálových variantov, avšak v práci absentuje hlbšia interpretácia výsledkov a ich prepojenie s praktickým využitím. Diskusia nad získanými výsledkami je často príliš stručná a nevedie k výraznejším odborným záverom. Zároveň je vlastný prínos práce a miera originality pomerne obmedzená, keďže práca je prevažne založená na aplikácii dostupných postupov a porovnaní vybraných materiálových variantov bez formulácie výraznejších nových poznatkov. Po grafickej stránke je práca nevyvážená, keďže niektoré obrázky a grafy nemajú dostatočné rozlíšenie a nie sú vhodné na detailnejšie skúmanie. V odovzdanej verzii zároveň absentujú prekliky na obrázky, citácie a v rámci obsahu, čo znižuje komfort práce s dokumentom. Ciele práce boli formálne splnené, avšak úroveň ich spracovania zostala miestami otázna. Nedostatky sa prejavili predovšetkým v oblasti interpretácie výsledkov, formulácie odborných záverov a obmedzeného vlastného prínosu práce. Študent transparentne uvádza iba podporné využitie nástrojov umelej inteligencie, pričom predložené výsledky sú preukázateľne výsledkom jeho vlastnej práce. Napriek uvedeným výhradám prácu odporúčam k obhajobe.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality E
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
Applicability of results in practice or theory D
Logical arrangement of thesis and its layout D
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations C
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 9.3 na strane 45 ste stanovili rýchlosť simulácie na hodnotu 4,16 mm/ms. Na základe akých kritérií bola táto rýchlosť zvolená?
  2. Ako vysvetľujete takmer totožné hodnoty absorbovanej vnútornej energie pri materiáloch DP590, DP780 a TRIP450/700 napriek ich rozdielnym materiálovým vlastnostiam a aké vlastnosti by mal mať na základe získaných výsledkov optimálny materiál pre deformačný člen?
  3. Obr. 30 zachytáva graf závislosti deformačnej sily od posuvu. Po dosiahnutí maximálnej hodnoty dochádza k poklesu sily, avšak jej priebeh naďalej osciluje. Čo je zodpovedné za vznik týchto oscilácií?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová