Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Master's Thesis
Author of thesis: Bc. Dominik Kolář
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D.
Reviewer: Ing. Aleš Dočkal, Ph.D.
This diploma thesis addresses the development of an additively manufactured kinetic-energy absorber for cushioning the impact of a 70 kg payload airdropped by parachute. The objective of the work is to design a modular absorber composed of four corner units that, at an impact velocity of approximately 5.4 m·s⁻¹, limits the peak transmitted acceleration of the payload to below 15 g. The absorber is formed by an internal lattice structure printed by fused filament fabrication (FFF) from polyamide reinforced with short carbon fibres (PA12CF15). Four candidate lattice topologies were first compared by quasi-static compression tests and dynamic drop-tower tests using a unified test methodology; the chiral topology was selected for the functional prototype owing to its stable plateau stress and favourable ratio of absorbed energy to mass. The mechanical response of the printed material was characterised by tensile tests at several strain rates covering both the quasi-static and the dynamic regime. The geometry of the chiral cell was optimised through a parametric finite-element study in the explicit solver LS-DYNA, employing a material model that reflects the rate-dependent response of the polymer composite. The numerical model was validated by drop-tower experiments on a representative set of configurations. A regression relation between relative density and plateau stress was derived from the parametric study data and combined with a design map, which together with an iterative procedure enabled analytical sizing of the corner-unit functional prototype. The functional prototype was manufactured by FFF and its response under simulated impact was verified by an FE simulation. The thesis delivers a complete methodology for the design and validation of a printed single-use absorber – from material and topology selection through a parametric FE study and regression analysis to experimental verification and iterative sizing of the functional prototype.
kinetic energy absorber, additive manufacturing, lattice structure, LS-DYNA, PA12CF15
Date of defence
16.06.2026
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Grading
B
Process of defence
Student prezentoval výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta. Otázka oponenta 1: Výsledkem experimentálního porovnání kandidátních topologií jsou data v Příloze 2, která jsou zpracována do tabulky 4-3. Můžete ukázat a popsat některý z naměřených průběhů? Jak byla zpracována data získaná z akcelerometru a tenzometrů? Jakých hodnot dosahovala zmíněná směrodatná odchylka? ZODPOVĚZENO Otázka oponenta 2: Přestože to není předmětem této práce, jaký vliv by na volbu výsledné struktury měl šikmý dopad? ZODPOVĚZENO doc Maňas: Dala by se struktura skládat z různých bloků, které by se navzájem natáčely? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek: Proč je požadavkem nevratná absorbce? ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek: Proč jste pro verifikaci nevyužil dostupný pádostroj? ZODPOVĚZENO prof. Vimmr: Jak jste určoval dopadovou rychlost? Jaký jste uvažoval součinitel aerodynamického odporu? ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO doc. Maňas: Opravdu jste dělal materiálový model nebo jste použil šablonu? ZODPOVĚZENO prof. Hartl: Je použití nerezových struktur ekonomické? ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO prof. Hartl: Veličina „lehkost“ – co tím myslíte? ZODPOVĚZENO prof. Hartl: Co myslíte tím, že je nejistota MKP 20%? NEZODPOVĚZENO doc. Mazůrek: Bylo by možné použít jako materiál keramiku? ZODPOVĚZENO prof. Hartl: Proč dochází při osovém zatížení k diagonální deformaci struktury? ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO doc. Horák: Počítal jste s vlivem teploty prostředí? ZODPOVĚZENO
Language of thesis
Czech
Faculty
Fakulta strojního inženýrství
Department
Institute of Machine and Industrial Design
Study programme
Mechanical Engineering Design (N-KSI-P)
Composition of Committee
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (místopředseda) doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (člen) doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen) doc. Ing. Zdeněk Horák, Ph.D. (člen) Ing. Aleš Dočkal, Ph.D. (člen) prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (člen)
Supervisor’s reportdoc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D.
Grade proposed by supervisor: B
Reviewer’s reportIng. Aleš Dočkal, Ph.D.
Grade proposed by reviewer: A
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová