diplomová práce

Optimalizace těhlice formule student pro výrobu SLM technologií

Text práce 8.8 MB Příloha 1.12 MB

Autor práce: Ing. Ondřej Vaverka, Ph.D.

Ak. rok: 2016/2017

Vedoucí: doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D.

Oponent: Ing. Bronislav Růžička, Ph.D.

Abstrakt:

Diplomová práce se zabývá návrhem těhlice pro Formuli Student, která je topologic-ky optimalizovaná a aditivně vyrobená technologií Selective Laser Melting. Materiá-lem pro výrobu je hliníková slitina AlSi10Mg, která má horší mechanické vlastnosti než tradičně používané vysokopevnostní slitiny. Proto bylo cílem navrhnout pomocí topologické optimalizace díl, který bude mít srovnatelné vlastnosti jako díl frézovaný. Metodou konečných prvků byla provedena deformačně napěťová analýza a byla sta-novena bezpečnost a maximální deformace. Byl vyroben prototyp a pomocí optické digitalizace byla provedena rozměrová kontrola, která prokázala přesnost výroby. Pevnostní výpočty byly ověřeny pomocí speciálního testovacího zařízení a fotogram-metrického měření. Při testech bylo aplikováno také o 20 % větší zatížení, při kterém nebyl pozorován žádný mezní stav. Tím byla ověřena její bezpečnost a funkčnost.

Klíčová slova:

Těhlice, Selective Laser Melting, Topologická optimalizace, AlSi10Mg, TU Brno Racing

Termín obhajoby

15.06.2017

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaCznamka

Klasifikace

C

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Konstrukční inženýrství (M-KSI)

Složení komise

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (člen)
Ing. Robert Navrátil (člen)
Ing. Martin Repka, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen)
Ing. Dětřich Robenek (člen)
Ing. Bronislav Růžička, Ph.D. (člen)

Diplomová práce se věnuje návrhu těhlice pro závodní vůz formule student Dragon 7.  Pro minimalizaci hmotnosti byla využita topologická optimalizace, která ve spojení s aditivní výrobní technologií umožnila vznik komplexního tvaru s optimálním rozložením materiálu. Navržený tvar byl ověřen pomocí MKP.  Vypočtené deformace při maximálním zatížení dílu byly experimentálně ověřeny na vyrobeném prototypu pomocí fotogrametrického systému, přičemž bylo dosaženo dobré shody. Vyrobený prototyp tak splňuje definované požadavky. Práce je na výborné úrovni. Diplomant prokázal znalosti pokročilých návrhových i experimentálních metod, včetně kritického zhodnocení dosažených výsledků. Všechny cíle práce byly splněny. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky 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

Známka navržená vedoucím: A

Využití aditivních technologií  je jedním z klíčových  trendů pro výrobu strojních součástí  zejména v prototypové fázi.  Protože Formule Student a motorsport obecně do této oblasti spadají, jedná se v případě zadaného tématu o ideální platformu k získání  dalších zkušeností  s reálnou aplikací.  Z tohoto pohledu lze tedy problematiku řešenou v diplomové práci považovat za velmi  přínosné téma. Ocenit  je pak nutno  zejména komplexnost celého řešení,  od vlastní optimalizace tvaru těhlice  až po vlastní test vyrobené součásti k ověření  deformací  se skutečným zatížením.

    Diplomant v úvodu vychází z poměrně dobře zpracované rešerše  použitých řešení , technologií a materiálu (topologická optimalizace/SLM/AlSi10Mg) které byly při návrhu a výrobě těhlice použity. Stejně tak je dobře a logicky navržená i celá metodika podle které dále postupuje. Slabým místem celé práce se však jeví problematika správného stanovení zatížení těhlice pro nejkritičtější jizdní režimy vozidla (5.1.3 Výpočet zatížení a reakcí). Kromě chyb v některých vzorcích je bohužel celkově tato pasáž dosti nepřehledná  (indexování, grafické vysvětlení apod.)  a relativně stručná , což  znesnadňuje kontrolu správnosti postupu. Při obhajobě by se tedy diplomant měl zaměřit právě na vyjasnění toho jak postupoval a z jakých předpokladů vycházel a prokázat, že veškeré výpočty (včetně MKP) jsou korektní z  hlediska vstupů . Samotný postup, resp.dílčí kroky  topologické optimalizace dílu je pak popsán poměrně systematicky a srozumitelně.  Celkem stručně se ale diplomant vyjadřuje k samotné problematice výroby dílu metodou SLM, nicméně toto není závažný problém. Zavěr práce se pak týká experimentálního ověření  deformací těhlice definovaným zatížením simulujícím skutečné podmínky s využitím fotogrammetrie. V této části je proveden rovněž návrh a vlastní kostrukce testovacího stojanu , včetně vytvoření testovací metodiky. Kladně lze tady hodnotit především kritické hodnocení nedostatků které se zde objevily  s ohledem na zjištěné výsledky a doporučení na zlepšení pro další experimentální práci v této oblasti.   

    Z hlediska formální úpravy  je práce kromě drobných překlepů a chyb v zásadě na dobré úrovni.  Co je však nutno označit za nedostatek je především již zmíněná nepřehlednost v pasážích popisujících vstupy a výstupy výpočtů nebo měření.  Shrnování těchto faktů do textů namísto  využití většího množství jasných obrázků a tabulek  úroveň práce velmi snižuje. Stejně tak jako  využívání stejných symbolů (např. „a“ pro zrychlení  i souřadnice bodu) je v některých případech poměrně matoucí a diplomant by měl ve své budoucí praxi věnovat větší pozornost  tomu, aby výsledky jeho práce byly co nejvíce srozumitelné a přehledné jakožto  technická zpráva.

Protože řešitel prokázal schopnost zpracovat danou problematiku na odpovídající úrovni, doporučuji tuto práci k obhajobě a nárok na udělení titulu Ing.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. Může diplomant zrevidovat vzorce a výpočty v kapitole 5.1.3 "Výpočet zatížení a reakcí " a provést přehledné shrnutí nekritičtějších stavů z hlediska jízdní dynamiky vozidla s ohledem na zatížení těhlice ? V případě, že jsou některé stavy zanedbány měl by být tento fakt zdůvodněn.
  2. V kapitole 5.3.3 "Kritéria hodnocení" uvádí diplomant, že kritické frekvence pro modální analýzu se odvíjejí od otáček kol.Existují ještě jiné vlivy/buzení které by bylo dobré potencionálně vzít pro modální analýzu v úvahu ?
  3. Lze zanedbat změny v zatížení těhlice v důsledku změn v geometrii zavěšení kola např. při brzdění a zatáčení? A proč?

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová