Master's Thesis

Construction of a test device for loading small samples by biaxial tensile

Final Thesis 8.34 MB

Author of thesis: Bc. Peter Martinko

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

Reviewer: Ing. Petr Krejčí, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with the design of a device for testing small samples by biaxial ten-sion. The designed device allows testing small cross-shaped samples with a maximum force of 500 N. The application of force to the sample is carried out using movement screws, which cause the sliding movement of the crossbars equipped with movement nuts. Jaws are placed on the crossbars. The jaws serve to clamp the test samples. The independence of the loading axes is solved using a bevel gear with straight teeth. The movement screws are driven by stepper motors. To reduce weight, where possible, the material used was aluminum alloy EN AW 6062. An approximate estimate of the production costs for the proposed device was made, which is 32,815.06 CZK. However, the price does not include the costs of machining parts that are not standardized or cannot be purchased already manufactured. In addition to the price of the device, the assembly procedure for its proper function was also made.

Keywords:

Biaxial tensile testing machine, cruciform specimen, bevel gear, movement screw, jaws

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student ve vymezeném čase prezentoval svou závěrečnou práci. Následně byly přečteny posudky vedoucího a oponenta spolu s přiloženými dotazy, na které student odpověděl. Po zodpovězení doplňujících dotazů bylo přistoupeno k odborné rozpravě. Je na zařízení mechanická pojistka pro zamezení poškození? Jakým způsobem bylo řešeno řízení? Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako: A – výborně.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Engineering Mechanics and Biomechanics (N-IMB-P)

Specialization

Engineering Mechanics (IME)

Composition of Committee

prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Suchánek (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Petera Martinka „Konstrukce zkušebního zařízení pro zatěžování malých vzorků dvouosým tahem" splňuje v plném rozsahu všechny tři body zadání: obsahuje systematickou rešerši jednoosých i víceosých zkušebních zařízení, promyšlený konstrukční návrh kompaktního stroje (do 500 N) s nezávislým řízením os elegantně řešeným kuželovým soukolím a pohonem pouze dvěma krokovými motory, i rozsáhlou výpočtovou verifikaci (analytické pevnostní výpočty soukolí, hřídelů, ložisek a šroubových spojů doplněné MKP kontrolou) spolu s výkresovou dokumentací, odhadem nákladů a postupem montáže. Student prokázal schopnost samostatně vyřešit komplexní konstrukční úlohu na velmi dobré odborné úrovni, proto hodnotím stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
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 A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Petr Krejčí, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem zkušebního zařízení pro mechanické testování miniaturních vzorků pomocí dvouosého tahového namáhání. Téma práce je aktuální a ve vědecké i inženýrské praxi využitelné pro testování celé řady materiálů. Výhodou celého zařízení je možnost integrace DIC metody pro měření deformace zkoumaných vzorků.

Splnění cílů zadání

1. Rešeršní část: Autor vhodně zmapoval stávající komerční i akademická řešení jednoosých i víceosých zkušebních systémů, včetně metodiky měření sil a deformací.

2. Koncepční a konstrukční návrh: Byl navržen funkční mechanický systém s maximální zatěžovací silou 500 N a nezávisle ovládanými osami pomocí krokových motorů a specifického kuželového ozubeného soukolí.

3. Výpočtové ověření a dokumentace: Práce obsahuje komplexní analytickou kontrolu vybraných konstrukčních uzlů a ověření části konstrukce pomocí MKP analýzy v programovém prostředí Ansys. Práce také obsahuje výkresovou dokumentaci celého konstrukčního návrhu.

Diplomant při řešení práce postupoval systematicky. V konstrukčním návrhu oceňuji konstrukční řešení nezávislosti zatěžovacích os, které autor vyřešil pomocí dělených hřídelů a kuželového ozubeného soukolí s přímými zuby, čímž obešel prostorové omezení při křížení os v jedné rovině.

V analytické části student prokázal potřebnou úroveň znalostí z oblasti pružnosti a pevnosti i částí strojů. U numerického modelování (MKP) je na zvážení, zda globálně nastavená velikost prvků 2mm je dostatečná a zda by nebylo vhodnější pro některé části modelu použití jemnější konočnoprvkové sítě.

Z formální stránky mám výtku k samotnému textu, kde použití bezpatkového fontu pro psaní textu snižuje čitelnost samotné práce. Dále mám výtku k výkresové dokumentaci, kde jednotná tloušťka čar a způsob kótování zhoršuje „čitelnost“ výkresů.

Na základě uvedeného konstatuji, že student splnil cíle DP a proto navrhuji, po zodpovězení dotazů, hodnotit práci stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
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 C
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Uvažoval jste při návrhu výkonu krokových motorů i ztráty v navrženém kuželovém soukolí a lineárních pojezdech realizovaných pomocí vodících tyčí?
  2. Z jakého důvodu byla pro pohyb jednotlivých os použita závitová tyč s trapézovým závitem? Nebylo by vhodnější použít kuličkové šrouby? Mělo by případné použití kuličkových šroubů vliv i na způsob řízení jednotlivých pohonů?
  3. Do jaké rychlosti zatěžování jsou použité krokové motory vhodné při zachování plánovaného maximálního zatížení 500N?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová