Bachelor's Thesis

Simulations of torsional vibration dampers for cranktrain

Final Thesis 3.35 MB

Author of thesis: Bc. Natalia Mandurova

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Kateřina Fridrichová, Ph.D.

Reviewer: Ing. Lubomír Drápal, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis addresses the issue of torsional vibrations of the crankshaft in an internal combustion engine and the means of their damping. The causes of torsional vibrations, their types, and the conditions for resonance are described. An overview of current design solutions for torsional vibration dampers is presented, including their comparison and modern development trends. The practical part of the thesis consists of a simulation analysis of the dynamic behaviour of the crank mechanism of a four‑cylinder spark-ignition engine in two software environments – Virtual Dynamics and GT-Suite. In both environments, three system variants are compared: without a damper, with a damper used in industrial applications, and with a damper of reduced moment of inertia. The simulation results demonstrate the effectiveness of the rubber torsional damper in the mid and high engine speed range and confirm the sensitivity of the dynamic response of the system to changes in the damping parameters.

Keywords:

torsional vibration, torsional vibration damper, crankshaft, internal combustion engine, Virtual Dynamics, GT-Suite, harmonic analysis

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta: Co popisuje pojem hysterezní moment a jak je definován? -Zodpovězeno Čím si vysvětlujte paradoxní zvýšení vlastní frekvence torsního kmitání klikového mechanismu s tlumičem se sníženým momentem setrvačnosti oproti provedení zcela bez tlumiče? -Zodpovězeno částečně Jakým způsobem byly prakticky simulovány viskoelastické vlastnosti torsního tlumiče ve Virtual Dynamics a proč nebyl použit stejný způsob zadání parametrů tlumiče v obou softwarech? -Zodpovězeno částečně Dále odpovídal na otázky členů komise: V čem je rozdíl mezi dvěma přístupy? Proč jsou rozdíly ve výsledných křivkách? -Nezodpovězeno Modely v softwarech jste vytvářela sama? Z čeho jste vycházela? -Zodpovězeno Dokážete podle grafu říct jaká je vlastní frekvence kmitání soustavy? -Nezodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Machine and Equipment Construction (SSZ)

Composition of Committee

doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (předseda)
Ing. Aleš Prokop, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lubomír Drápal, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Böhm, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Vacula, Ph.D. (člen)

Předložená bakalářská práce se zabývá problematikou simulací tlumičů torzních kmitů a obsahuje i praktickou část, jejímž cílem bylo zejména porovnat přístupy dvou používaných softwarů pro simulace dynamiky.

Práce je vhodně strukturována a logicky členěna. V textu se vyskytují pouze drobné typografické a gramatické chyby. Grafická úprava práce splňuje požadavky na technický text. Práce s literaturou je po formální stránce správná. Autor čerpal také z několika cizojazyčných odborných publikací. Tato práce přináší ucelený přehled o dané problematice, avšak rešeršní část by bylo vhodné rozšířit o více informací z aktuálních publikací pojednávajících o daném tématu.

V praktické části práce student vhodně popisuje použité modely a přehledně porovnává získané výsledky a vliv tlumičů na torzní kmitání v klikovém mechanismu. Pro účely této bakalářské práce student vytvořil model v prostředí GT-Suite, což bylo velmi časově náročné. Autor práce také vhodně popisuje původ rozdílů mezi výsledky z různých simulačních softwarů.

Student pracoval průběžně, pravidelně konzultoval, v průběhu řešení se však opíral především o přesně definované pokyny vedoucího, což mírně omezilo prostor pro jeho vlastní invenci. Celkově se ale jedná o dobře zpracovanou a přínosnou bakalářskou práci, byly splněny všechny zadané cíle, a tedy tuto práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic C

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Lubomír Drápal, Ph.D.

Bakalářská práce výpočtového charakteru se zabývá torsní dynamikou klikového mechanismu zážehového čtyřválcového motoru pro pohon osobních automobilů. Výpočtové části předchází rešerše popisující vznik a druhy vibrací klikového mechanismu, zmiňuje základní informace k jeho torsnímu kmitání a popisuje a hodnotí tlumiče tohoto kmitání. Vlastní výpočtová část zahrnuje porovnání tří variant klikového mechanismu téhož motoru lišící se svým tlumičem ve dvou softwarech. Konkrétně se jedná o Virtual Dynamics, coby nadstavbu MBS softwaru Adams, a GT-Suite s modulem pro dynamiku klikového mechanismu.

Z rešeršní části práce není zcela zřejmé, zda autorka rozlišuje mezi torsním kmitáním deformačně namáhajícím klikový hřídel a nerovnoměrností chodu celého klikového mechanismu, jenž pro životnost klikového hřídele není nebezpečná, avšak způsobuje namáhání dalších částí pohonného řetězce za setrvačníkem. Jednotlivé informace uvedené v rešerši nejsou nesprávné, avšak schází určitý nadhled, jejž by bývalo bylo možné částečně získat např. jednoduchou parametrickou studií na výpočtových modelech z praktické části práce.

Vzhledem k zaměření práce mohly být zmíněny alespoň nejběžnější druhy pryží resonančních tlumičů a tlumičových kapalin viskosních tlumičů, u nichž mohly být uvedeny i funkčně významné pružné vlastnosti.

Jeden z cílů zadání, popsat modely tlumičů v obou srovnávaných softwarech, se nepodařilo zcela naplnit, neboť popis výpočtového modelu tlumiče ve Virtual Dynamics je nedostatečný. Čtenář se až v poslední číslované kapitole dočte o prostém zadání ztrátového úhlu bez jakýchkoli detailů.

Samotná výpočtová část vzbuzuje určité pochybnosti, jelikož třeba celý vysoce pokročilý výpočtový model ve Virtual Dynamics je popsán dosti obecně a povrchně. Není tak zcela jasné, co je vlastní přínos autorky a co bylo připraveno vedoucí bakalářské práce.

Poněkud podezřele působí také presentované výsledky torsního kmitání klikového mechanismu bez tlumiče, viz obr. 21, jež vykazují podstatně nižší vlastní frekvence torsní deformace, než jsou u tohoto motoru běžné. Ovšem i bez jakékoli znalosti dynamiky konkrétního předmětného motoru čtenáře překvapí, jak je možné, že nasazením resonančního torsního tlumiče se sníženým momentem setrvačnosti se oproti variantě bez tlumiče zvýší vlastní frekvence deformačního kmitání, což jednoznačně vyplývá např. z porovnání obr. 21 a obr. 23.

Dosažené výsledky jsou tedy diskutabilní, avšak ocenit je třeba pionýrský pokus o pokročilejší simulace dynamiky klikového mechanismu v prostředí GT-Suite, jež se na našem pracovišti jinak používá především pro jiné účely.

Logické uspořádání práce je v pořádku. Jen škoda, že kapitola 2.2 s názvem „Harmonické křivky krouticího momentu“ nezachycuje v grafické podobě jedinou křivku a popisovaný diskrétní torsní model není opatřen alespoň odkazem na obrázek uvedený až v kapitole 2.3.1. Kapitolu 3.1 pak není nutné opatřovat číslovanou podkapitolou, když je jediná.

Z jazykového hlediska by dokument neměl obsahovat brněnský dialekt, viz „rychlé útlum“ na str. 34, věty by neměly začínat zkratkou (str. 38 a 40) a nesprávné je také masivní používání desetinných teček namísto desetinných čárek. Terminologicky nesprávný je výraz „pohyblivé hmoty“ objevující se v několika obměnách.

Obrázky s výsledky vlastních simulací rovněž není třeba rastrovat, a tím zbytečně snižovat jejich kvalitu.

Celkově však lze konstatovat, že zajímavá bakalářská práce se simulacemi na pokročilých výpočtových modelech vykazuje dobrou úroveň, a doporučuji ji tak k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment C
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory C
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Co popisuje pojem „hysterezní moment“ na obr. 14 a 15 a jak je definován?
  2. Čím si vysvětlujete paradoxní zvýšení vlastní frekvence torsního kmitání klikového mechanismu s tlumičem se sníženým momentem setrvačnosti oproti provedení zcela bez tlumiče v kapitole 4?
  3. Jakým způsobem byly prakticky simulovány viskoelastické vlastnosti torsního tlumiče ve Virtual Dynamics a proč nebyl použit stejný způsob zadání parametrů tlumiče v obou softwarech?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová