Bachelor's Thesis

Modal and harmonic analysis using the digital image correlation method

Final Thesis 3.28 MB

Author of thesis: Matej Dojčár

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Gabriel Cabaj

Reviewer: Ing. Lubomír Houfek, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on analyzing the dynamic behavior of a steel cantilever beam to determine
its modal parameters and to compare theoretical calculations with experimental measurements.
The numerical model was developed using the finite element method in the ANSYS Mechanical
environment. To experimentally determine the dynamic response of the structure, impulse
excitation was utilized, and the response was recorded using the non-contact optical method of
two-dimensional digital image correlation . Subsequent analysis of the frequency response
functions demonstrated a very good agreement between the model and the experiment, with
deviations in the identified natural frequencies being only around two percent. The main
contribution of this thesis is the practical verification of combining numerical modeling with
the DIC method, proving it to be an adequate and effective tool for experimental vibration
measurement and dynamic diagnostics.

Keywords:

modal analysis, harmonic analysis, digital image correlation, vibrations, natural frequencies,
mode shapes, frequency response, impulse excitation, finite element method

Date of defence

12.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Jaké rozlišení mají použité kamery a na jaké frekvenci snímkují? Jakým způsobem detekujete vlastní frekvence pomocí experimentu? Čemu odpovídají spodní špičky v uvedené amplitudo-frekvenční analýze? Měřicí aparaturu jste sestavoval, nebo jde o dostupné řešení? Jak je metoda citlivá na prostorové rozmístění kamer? Hraje pozadí záběru kamery roli ve vyhodnocení dat? Na závěr byla obhajoba hodnocena jako velmi dobrá.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Appel, Ph.D. (místopředseda)
Ing. David Vlachý (člen)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Gabriel Cabaj

Pán Matej Dojčár predložil bakalársku prácu, ktorá podľa môjho názoru splnila vytýčené ciele v plnom rozsahu a zároveň presahuje štandardné požiadavky kladené na bakalársku prácu. Počas celého riešenia pristupoval k práci s vysokým nasadením, na konzultácie bol vždy dôkladne pripravený a jednotlivé kroky riešenia vedel kriticky zhodnotiť. Osobitne oceňujem jeho samostatnosť a aktívny prístup pri realizácii experimentálnej časti práce, ktorá patrila medzi hlavné ciele zadania. Zásahy vedúceho práce boli potrebné len v minimálnej miere. Z pohľadu vedúceho práce odporúčam bakalársku prácu k obhajobe a hodnotím ju známkou A/výborne.
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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
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. Lubomír Houfek, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se věnuje vysoce relevantnímu a modernímu tématu využití metody digitální korelace obrazu (DIC) pro modální a harmonickou analýzu. Vítám snahu o propojení pokročilé optické metody měření s kmitáním mechanických soustav, což má velký potenciál pro inženýrskou praxi.

Práce úspěšně plní formální cíle zadání – od rešerše přes popis metodiky až po realizaci praktického experimentu a vyhodnocení modálních charakteristik. Oceňuji zejména zvládnutí experimentální části a zpracování naměřených dat, které prokazuje autorovu schopnost pracovat s moderní laboratorní technikou a softwarovými nástroji.

Slabším místem práce je však hloubka teoretického popisu a interpretace. Řada fyzikálních a matematických principů v textu zůstává popsána spíše povrchně a v některých pasážích se objevují drobné nepřesnosti či terminologická nekonkrétnost, což mírně snižuje odbornou úroveň jinak velmi solidního inženýrského základu. Práce splňuje požadavky na ni kladené a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
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 C
Topics for thesis defence:
  1. V textu popisujete principy digitální korelace obrazu. Jaké jsou hlavní limitující faktory metody DIC při analýze vyšších vlastních tvarů kmitů s velmi malou amplitudou posunutí?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová