Předkládaná diplomová práce se zabývá výpočtovým modelováním turbodmychadla se zaměřením na přítlačnou pružinu. Práce je sepsána přehledně, stylisticky a graficky na vysoké úrovni a je vysázena pomocí LaTex-u.
Student pracoval na zadání průběžně. Začátek prací se mírně zpozdil kvůli skutečnosti, že se musel zabývat nad rámec zadání numerickým výpočtem teplotního zatížení řešených součástí (CFD). V dalším si dostatečně osvojil nutný teoretický vhled do problematiky teplotního tečení, což zvládl dále prakticky aplikovat na problém relaxace přítlačné síly pružiny posouzením původního materiálu pružiny Inconel 718 a nového návrhu materiálu pružiny Inconel X-750. V poslední fázi práce se zabýval inženýrskou optimalizací tvaru pružiny při použití materiálu Inconel X-750.

Výsledky práce demonstrují přínos výpočtového modelování v rozhodnovacím procesu konstrukčního návrhu pružiny turbodmychala a jsou proto hodnotným přinosem pro praxi.

Práci hodnotím známkou A a doporučuji k obhajobě.

1 Celkové hodnocení a aktuálnost tématu

Předložená práce řeší prakticky motivovaný úkol z firemního prostředí (Garrett Motion): posouzení, zda lze stávající materiál přítlačné talířové pružiny VNT turbodmychadla, slitinu Inconel 718, nahradit levnější slitinou Inconel X-750. Téma je nesporně relevantní – kombinuje creep, relaxaci napětí, sdružený přestup tepla (CHT) a tvarovou optimalizaci do jednoho uceleného výpočtového řetězce. Práce je rozsahem (74 stran textu), strukturou i grafickou úrovní nadprůměrná a svědčí o velmi dobré orientaci autora v prostředí Ansys Workbench. Závěr je formulován jednoznačně a opřený o data: náhrada za stávající technologie výroby není možná. To je hodnotný a obhajitelný výstup.

Práce splňuje všech pět bodů zadání. Níže uvedené připomínky proto nezpochybňují její celkovou kvalitu, ale směřují k metodickým rozhodnutím, jejichž dopad na závěry by měl být obhájen.

2 Silné stránky Promyšlený výpočtový řetězec. Postup CHT → 3D teplotní/strukturní → kalibrovaný 2D osově symetrický model (obr. 15) je logický a dobře zdůvodněný; redukce na 2D pro řešení creepu a optimalizace je obhajitelná a výpočetně racionální. Identifikace materiálových konstant. Postup určení konstant Nortonova modelu (C1–C3) včetně teplotní interpolace s krokem 1 K (kap. 3.2.1) je nadstandardně podrobný a transparentní. Autor správně rozpoznal nerovnoběžnost regresních přímek a vyhnul se chybě globální sady konstant. Korektní rozlišení creep vs. relaxace. Teoretická část (kap. 2.4) i implementace přes řízené stlačení (konstantní deformace) jsou věcně správné. Konzervativní přístup k poškození (napětí z konce analýzy bez zohlednění dalšího poklesu) je otevřeně přiznán a je na straně bezpečnosti.3 Připomínky a kritické otázky3.1 Délka simulace versus deklarovaná životnost

Relaxace je vyhodnocena pouze pro 1 000 h, zatímco požadovaná životnost je 3 000 h (resp. 15 000 h celkově). Pokles síly u X-750 (5,1 %) i hodnoty poškození jsou tedy extrapolovány, nikoli přímo spočteny. Vzhledem k asymptotickému charakteru relaxační křivky (obr. 65) je lineární extrapolace na životnost diskutabilní. Přímý výpočet do 3 000 h by byl přesvědčivější a výpočetně dostupný (2D model).

3.2 Zanedbání primárního a terciárního creepu

Nortonův model popisuje pouze sekundární stadium. U relaxace ze počátečního napětí blízkého mezi kluzu však může být příspěvek primárního creepu k poklesu předpětí v prvních hodinách významný a model jej systematicky podhodnocuje. To je relevantní právě pro kritérium 2 % poklesu.

3.3 Reprezentativnost „nejhoršího řezu“

2D model přebírá teplotní pole z jednoho nejteplejšího meridiánového řezu 3D modelu (kap. 3.4.3) a posuvy hran jsou kalibrovány. Reakční síla pružiny je však integrální veličina po celém obvodu; lokální nejhorší řez nemusí korektně reprezentovat globální přítlačnou sílu. Autor sice v pozn. 6 zmiňuje, že posuvy po obvodu nejsou konstantní, ale dopad volby „nejhoršího“ řezu na vypočtenou sílu (a tedy na procento relaxace) není kvantifikován.

3.4 Citlivost a verifikace sítě

Není doložena studie konvergence sítě ani u CHT (66 mil. prvků – ale bez ověření), ani u strukturních modelů. Tři prvky po tloušťce pružiny u 3D modelu jsou pro ohybově namáhaný talíř na hranici dostatečnosti. Chybí kvantifikace numerické chyby, přitom rozdíl 0,007 % vs. 5,1 % je vyhodnocován s velkou citlivostí.

3.5 Larson–Millerova konstanta a koeficienty regrese

Hodnoty CLM = 25 (718) a 15 (X-750) jsou převzaty z literatury bez vlastní verifikace proložení; rozdíl je značný a přímo ovlivňuje predikovanou životnost. Záporné koeficienty A u kubických polynomů (tab. 4, 8) navíc mohou vést k nefyzikálnímu chování mimo kalibrovaný rozsah napětí – nakolik je extrapolace ohlídána?

3.6 Drobné a formální nedostatky

Nekonzistentní popis obr. 1 a obr. 3 – oba mají v práci stejný popisek „Řez VNT turbodmychadlem“, ač zobrazují jiné věci (seznam obrázků to již rozlišuje).

Reakční síly přírubové spony (tab. 10) jsou převzaty z odděleného modelu – chybí ověření, že linearizace přes BEAM188 + RBE3 dostatečně reprodukuje skutečné rozložení.

4 Závěr posudku

Diplomová práce prokazuje, že autor zvládl náročný multifyzikální výpočtový problém na velmi dobré úrovni a dospěl k jasnému, prakticky využitelnému závěru. Vznesené připomínky se týkají především rozsahu časové simulace, modelu creepu a chybějících verifikací citlivosti – nejde o chyby zpochybňující výsledky, nýbrž o oblasti, kde by hlubší rozbor zvýšil důvěryhodnost závěrů. Práce splňuje požadavky kladené na diplomovou práci a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:

1. Otázky k obhajobě 1. Relaxace byla počítána do 1 000 h, ale životnostní požadavek je 3 000 h. Jak byste obhájil extrapolaci poklesu přítlačné síly a hodnot poškození na trojnásobný čas a jaký je odhad chyby této extrapolace? 2. Jaký vliv na výslednou přítlačnou sílu a procento relaxace by mělo zahrnutí primárního stadia creepu (např. modifikovaný time-hardening model) namísto čistě sekundárního Nortonova zákona? 3. Jak jste ověřil, že teplotní pole a posuvy z jediného nejteplejšího řezu 3D modelu vedou na konzervativní (a nikoli podhodnocenou nebo nadhodnocenou) celkovou přítlačnou sílu vůči integraci po celém obvodu? 4. Provedl jste studii konvergence sítě? Jaká je očekávaná numerická nejistota hodnoty poklesu síly, zejména u Inconelu 718, kde je výsledek 0,007 % v řádu numerického šumu? 5. V závěru navrhujete tepelnou clonu nebo variabilní tloušťku průřezu. Máte kvantitativní odhad, o kolik °C by musela clona snížit provozní teplotu pružiny, aby X-750 splnil limit 2 % / 3 000 h,