Master's Thesis

Dynamic Testing of Packaging Materials

Final Thesis 4.14 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Ponka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Miroslav Jopek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Řiháček, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the experimental characterization of the mechanical properties of OSB/3 packaging material under quasi-static and dynamic loading conditions. The theoretical section includes a review of high strain rates, focusing on the propagation of elastic and plastic stress waves, and an overview of mechanical testing methods. In the practical section, a quasi-static bending test was performed for two directions of material orientation, which demonstrated significant material anisotropy, as the bending strength in the 0° direction is more than double that in the 90° direction. Furthermore, a dynamic cyclic bending test was performer, which tested the fatigue resistance of the material. A material model was subsequently developed from the results obtained from these tests, which is used for numerical simulations.

Keywords:

OSB/3, quasi-static bending test, dynamic cyclic bending test, material model

Date of defence

18.06.2026

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. Jaká byla motivace pro analýzu tohoto materiálu? zodpovězeno 2. Byla měřena vlhkost použitých vzorků? zodpovězeno 3. Byl experiment zaměřen na další obalové materiály? zodpovězeno Otázky členů komise byly zodpovězeny.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

doc. Ing. Karel Kouřil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miroslav Jopek, Ph.D. (místopředseda)
doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Řehoř, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Fafílek, Ph.D. (člen)
Ing. Martina Sasínková, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Dvořáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Miroslav Jopek, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Jakuba Ponky je zaměřena na aktuální a odborně náročnou problematiku dynamického zkoušení obalových materiálů, konkrétně dřevotřískových OSB desek. Řešené téma navazuje na současné trendy v oblasti experimentálního hodnocení mechanických vlastností aglomerovaných materiálů a současně reaguje na potřebu hlubšího poznání jejich chování při různých režimech zatěžování.Hlavním cílem práce bylo experimentálně charakterizovat mechanické vlastnosti OSB desek při kvazistatickém a dynamickém zatěžování a na základě získaných dat navrhnout odpovídající materiálový model. Pro splnění stanovených cílů autor nejprve zpracoval rozsáhlou literární rešerši zaměřenou na problematiku kompozitních deskových materiálů, jejich mechanických vlastností a metod experimentálního testování. Na základě provedené analýzy byly navrženy a realizovány kvazistatické ohybové zkoušky v souladu s normou ČSN EN 310 a dynamické cyklické ohybové zkoušky na prototypovém pneumatickém zařízení Air Blaster. V experimentální části práce autor prokázal schopnost samostatně připravit a realizovat rozsáhlý soubor měření, zpracovat získaná data a kriticky vyhodnotit dosažené výsledky. Výsledky kvazistatických zkoušek jednoznačně potvrdily výraznou anizotropii testovaného materiálu a současně prokázaly splnění normových požadavků na mechanické vlastnosti OSB desek. Neméně cenné jsou poznatky získané při dynamických zkouškách, které přinesly nové informace o odolnosti materiálu vůči dlouhodobému cyklickému zatěžování. Přestože ani při vysokém počtu zatěžovacích cyklů nedošlo k porušení vzorků, lze tento výsledek považovat za významný poznatek s potenciálním praktickým využitím. Za přínosnou považuji také část věnovanou tvorbě materiálového modelu, která vychází z experimentálně získaných dat a umožňuje lépe popsat mechanickou odezvu materiálu v závislosti na směru orientace jeho struktury. Během celého řešení diplomové práce přistupoval student k plnění jednotlivých úkolů velmi zodpovědně, aktivně a s vysokou mírou samostatnosti. Pravidelně konzultoval dosažené výsledky, připomínky vedoucího práce dokázal efektivně zapracovat a při řešení dílčích problémů prokazoval iniciativu i schopnost hledat vlastní řešení. Oceňuji zejména jeho systematický přístup k experimentální práci, pečlivost při zpracování dat a schopnost kriticky hodnotit získané výsledky. Předložená diplomová práce je zpracována na dobré odborné úrovni a splňuje požadavky kladené na závěrečné práce navazujícího magisterského studia. Rozsahem, kvalitou zpracování i dosaženými výsledky v některých ohledech běžné požadavky převyšuje. Student během řešení práce prokázal schopnost samostatně řešit komplexní technický problém, aplikovat získané teoretické znalosti v experimentální praxi a odborně interpretovat dosažené výsledky. Práce představuje hodnotný přínos pro další výzkum v oblasti mechanického chování aglomerovaných materiálů a současně dokládá odborné předpoklady pro navazující výzkumnou činnost.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
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
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

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

Diplomová práce Bc. Jakuba Ponky se zabývá experimentální charakterizací mechanických vlastností desek OSB/3 za kvazistatických a dynamických podmínek ohybového zatěžování. Cílem práce bylo na základě získaných experimentálních dat sestavit materiálový model využitelný pro numerické simulace. Téma práce je vysoce aktuální, neboť přesná predikce chování anizotropních materiálů na bázi dřeva při různých rychlostech deformace je klíčová pro optimalizaci konstrukcí i transportních systémů. Samotný název práce je však mírně zavádějící, neboť termín „obalový materiál“ v běžné praxi evokuje spíše papírové krabice, kartony či fólie, nikoliv rigidní konstrukční desky typu OSB.
V teoretické části autor předkládá rešerši problematiky vysokých rychlostí deformace se zaměřením na šíření elastických a plastických napěťových vln. Tato rešerše je zpracována logicky a přehledně. Velmi kladně hodnotím vcelku podrobný popis zkušebních metod i způsobů jejich vyhodnocení, což svědčí o tom, že autor problematice porozuměl. Je však škoda, že v teoretickém úvodu chybí hlubší rozbor samotného zkoušeného materiálu – tedy OSB desek, případně dřeva obecně, jeho struktury a specifických vlastností.
Praktická část práce má široký experimentální záběr, což je nepochybným přínosem celé práce. Byla provedena celá škála testů za kvazistatických i dynamických podmínek. Kvazistatická ohybová zkouška byla realizována pro dva směry orientace materiálu a jasně prokázala výraznou anizotropii OSB desek. U této zkoušky mi nicméně chybí bližší popis geometrie zkušebního přípravku, který je pro relevanci výsledků zásadní. Dále oceňuji realizaci dynamické cyklické ohybové zkoušky zaměřené na únavu materiálu a chválím také přínosný návrh na budoucí rozšíření tohoto dynamického testu.
Z výsledků experimentů autor úspěšně sestavil křivky ohybového napětí v závislosti na deformaci. Zde bych očekával vysvětlení, jak k hodnotám napětí a deformace student dospěl. Možný problém spatřuji i v jejich následné interpretaci. Tyto křivky jsou v práci prezentovány jako základ pro budoucí využití v numerických simulacích. Domnívám se, že aplikace tohoto modelu není v daném případě zcela možná, neboť se pro stanovení materiálových modelů vychází téměř výhradně z tahových nebo tlakových testů. Z tohoto pohledu je pak nejasná samotná využitelnost dosažených výsledků pro stanovení materiálového modelu v numerických simulacích. Zde bych doporučil provést validaci materiálového modelu pomocí numerického výpočtu nebo srovnání výsledků s klasickou tahovou nebo tlakovou zkouškou. Škoda, že student neprovedl alespoň srovnávací tahové zkoušky, což by práci bezesporu obohatilo.
I přes uvedené metodické a formální nedostatky práce obsahuje velké množství cenných experimentálních dat a prokazuje autorovu schopnost samostatné práce v laboratoři i při následném zpracování výsledků. Práce je tak bezesporu cenným podkladem pro další výzkum v této oblasti přinášející mnoho zajímavých informací.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V úvodu praktické části zmiňujete, že vzhledem k anizotropii materiálu byly odebrány vzorky ve směru 0° a 90°. Proč nebyly pro přesnější popis anizotropie uvažovány i další směry (typicky alespoň 45°)?
  2. Na str. 37 uvádíte v tab. 4 hodnoty hustoty testovaných vzorků; jak byla hustota měřena?
  3. Blíže určete geometrii zkušebního přípravku pro kvazistatickou ohybovou zkoušku.
  4. V práci uvádíte, že sestavený materiálový model poskytuje základ pro budoucí využití v numerických simulacích. Jakým způsobem byste výsledky pro numerickou simulaci využil (jaká data byste vložil do numerického softwaru)?
  5. Vysvětlete, jakým způsobem jste dospěl k hodnotám napětí a deformace v grafech na obr. 29 a obr. 30.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová