Bachelor's Thesis

Analysis of the buckling of the automobile tie rod

Final Thesis 2.04 MB Appendix 11.21 MB

Author of thesis: Bc. Ondřej Štěrba

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. František Šebek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Pokorný, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the analysis of the buckling of a passenger car steering tie rod using the finite element method. The work was carried out in cooperation with Rhythm Automotive Czech a.s., where real components and experimental data were available. The theoretical part describes the basic principles of column buckling, including Euler’s solution, Johnson’s formula, and the issue of eccentric loading. Furthermore, the finite element method and its application in engineering practice are briefly introduced. This part also includes a description of the steering tie rod design and its function within the vehicle steering system. The practical part focuses on the numerical simulation of tie rod buckling using a combination of Abaqus and ANSA software. First, a linear analysis is performed, which is subsequently replaced by a more accurate nonlinear analysis considering both material and geometric nonlinearity. Individual parameters affecting the accuracy of the simulation are gradually analyzed, particularly mesh, boundary conditions, material properties, and the position of kinematic point obtained through measurements on a coordinate measuring machine. The results of the numerical simulations are compared with experimental buckling tests. Based on this comparison, key factors influencing the accuracy of the simulation are identified, and measures for their improvement are proposed. It was found that the most significant influence on the results comes from the precise position of the kinematic point and accurate material properties.

Keywords:

Buckling, critical force, finite element method, steering tie rod, nonlinear analysis

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svou bakalářskou práci, po skončení prezentace byly předneseny posudky vedoucího práce a oponenta, včetně jejich hodnocení a připomínek. Následně student odpověděl na otázky položené oponentem v posudku. K práci položili členové komise následující otázky: Jaký vliv ma rychlost deformace na mezní stav vzpěrné stability? Jak jste zahrnoval geometrickou a materialovou nelinearitu? Jaký jste použil nelineární model materiálu? Jak probíhal lineární výpočet a jaké jste použil okrajové podmínky? Jak stanovíte mezní hodnotu velikosti úderu do táhla? Připouští se plastická oblast při provozu? Obhajoba práce byla hodnocena jako velmi dobrá.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

Ing. Lubomír Junek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Oldřich Ševeček, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (člen)
Ing. Dávid Halabuk, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Marcián, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jana Horníková, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. František Šebek, Ph.D.

Student svoje téma zpracoval ve spolupráci s dačickým závodem společnosti THK, která je součástí divize Automotive, ve které proběhlo i nezanedbatelné množství experimentů a konzultací. Práce je prakticky orientovaná a přináší průmyslovému partneru cenné poznatky o ztrátě stability táhla řízení automobilu. Autor se však v textu nevyhnul různým nepřesnostem, viz například strana 16 nebo 31. Některé zkratky nejsou vysvětleny a pro některé veličiny se používá více symbolů. I po grafické stránce práce někdy pokulhává, viz například obrázek 14, ze kterého je na první pohled patrný zásah generativní umělé inteligence. Sice jsou v praktické části některé formulace a obrázky těžko pochopitelné, tak i přesto je práce přínosná a pan Ondřej Štěrba při jejím zpracování prokázal schopnost řešit úlohy technické praxe. Bakalářskou práci tedy doporučuji k obhajobě a hodnotím jako dobrou.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory A
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 B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Jan Pokorný, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá analýzou vzpěrné stability táhla řízení automobilu pomocí metody konečných prvků a porovnáním výpočtu s experimentem.

Práci hodnotím kladně zejména z hlediska rozsahu praktické části. Autor zde pracuje s reálnou komponentou, experimentálními daty a provedl větší množství MKP simulací. Oceňuji porovnání lineární a nelineární analýzy, ověření vlivu sítě, zohlednění materiálových charakteristik a snahu určit vliv polohy kinematického bodu na výslednou sílu.


K práci však mám několik výhrad. Teoretická část je místy zjednodušená a obsahuje nepřesné formulace, zejména v oblasti kinematiky a popisu pohybů táhla a kulových kloubů. Ne zcela jasně jsou popsány okrajové podmínky výpočtového modelu a jejich vztah ke skutečnému upnutí při experimentu. Podobně není dostatečně vysvětleno, co přesně vyjadřuje kladné a záporné posunutí "kinematického bodu" a jaká hodnota byla ve finálním nastavení použita. Diskuze výsledků je navíc poměrně stručná.

U práce realizované ve spolupráci s průmyslovým partnerem by také bylo vhodné jednoznačné vymezit, která data, měření a části výpočtového modelu byly převzaty a které části představují vlastní práci autora.

Přes uvedené připomínky považuji zadání za splněné. Vzhledem k praktickému přínosu, rozsahu provedených simulací a dosažené shodě s experimentem doporučuji práci k obhajobě a hodnotím ji známkou B.
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 B
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
Topics for thesis defence:
  1. Co ve Vašem výpočtovém modelu vyjadřuje posunutí kinematického bodu a jaká konkrétní hodnota tohoto posunutí byla použita ve finálním nastavení?
  2. Můžete stručně upřesnit, které vstupní podklady, měření, experimentální výsledky a části výpočtového modelu byly převzaty od průmyslového partnera a které části představují Vaši vlastní práci?
  3. V kinematickém rozboru uvádíte, že táhlo má jeden stupeň volnosti. Následně ale píšete, že táhlo může konat rotační a současně výkyvný pohyb. Můžete to prosím objasnit?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová