diplomová práce

Stanovení zbytkové únavové životnosti povrchově upravené vlakové nápravy

Text práce 3.37 MB

Autor práce: Ing. Ondřej Pánek

Ak. rok: 2021/2022

Vedoucí: prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D.

Oponent: Ing. Jan Poduška, Ph.D.

Abstrakt:

Tato diplomová práce se zabývá predikcí zbytkové únavové životnosti vlakové nápravy. V první části této práce je na základě dostupné literatury zpracován teoretický úvod do problematiky. Druhá část je již věnována numerickému modelování reálné vlakové nápravy s trhlinou, kterým jsou získány potřebné parametry vstupující do samotného výpočtu zbytkové únavové životnosti. V prvním kroku byl vytvořen konečno-prvkový model válcového tělesa s trhlinou zatíženého ohybovým momentem, který byl srovnán s analytickým řešením za účelem verifikace tohoto modelu. Druhým krokem bylo vytvoření modelů vlakové nápravy s trhlinou pro tři typy zatížení – ohybový moment, nalisování kola a zbytková napětí. Dále byl dle metodiky vyvinuté na ÚFM AVČR stanoven tvar trhliny, jakým se dle uvažovaných předpokladů bude trhlina šířit a pro takto stanovený tvar byly vypočteny součinitele intenzity napětí zvlášť od jednotlivých složek zatížení pro různé hloubky trhliny, které byly použity pro závěrečný výpočet zbytkové únavové životnosti pro reálné zátěžné spektrum.

Klíčová slova:

zbytková únavová životnost, vlaková náprava, šíření trhliny, zbytková napětí

Termín obhajoby

13.06.2022

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student ve vymezeném čase prezentoval svoji diplomovou práci, dále byly přečteny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky související s diplomovou prací: Je správný výraz „zatížení ohybovým momentem“? Do jaké hloubky pod povrchem byla předepisována zbytková napětí? Co znamenají počty cyklů, které uvádíte? Jaké různé typy zatížení byly uvažovány? Zkoušel jste k vyhodnocení použít metodu stékajícího deště? Jaký počet cyklů byl nutný pro nukleaci trhliny? Po zodpovězení všech dotazů byla obhajoba celkově hodnocena jako výborná / A.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Inženýrská mechanika a biomechanika (N-IMB-P)

Specializace

Inženýrská mechanika (IME)

Složení komise

prof. Ing. Vladislav Laš, CSc. (předseda)
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc. (člen)

Bc. Ondřej Pánek se tématu diplomové práce zhostil příkladným způsobem. Byl schopen samostatně studovat cizojazyčnou literaturu a hledat v ní vhodné postupy. Na vysoké úrovni je jeho znalost numerického modelování v systému Ansys, kdy byl schopen vytvořit velké množství parametrických numerických modelů, nezbytných k řešení diplomové práce. Průběh práce pravidelně konzultoval, přičemž využíval zázemí poskytované Ústavem fyziky materiálů AV ČR, v. v. i. Cením si jeho schopnosti samostatně odborně pracovat a vyvozovat korektní závěry. Chvályhodný je také jeho vyspělý písemný projev, který považuji u studenta magisterského studia za vysoce nadstandardní. S ohledem na výše uvedené i fakt, že student zcela a bez připomínek splnil zadání diplomové práce, navrhuji jeho hodnocení A – výborně.
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 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 B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Jan Poduška, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Ondřeje Pánka se zabývá výpočtem zbytkové životnosti vlakových náprav. V první polovině práce je zpracován teoretický úvod do problematiky přístupu „damage tolerance“, lineárně elastické lomové mechaniky a různých způsobů výpočtu zbytkové životnosti součástí s trhlinou a jsou zde také popsány faktory, které životnost ovlivňují konkrétně u vlakových náprav – především zbytková napětí. Věcně je tato část pojednána správně, ale chybí zde rešerše v oblasti způsobů určování zbytkové životnosti vlakových náprav a metodik jejich navrhování a posuzování způsobilosti k provozu. V zadání práce je napsáno, že v práci bude použita metodika výpočtu zbytkové životnosti vyvinutá na ÚFM (a ta je v teoretické části zřejmě popsána), ale bylo by vhodné uvést i jiné metodiky posuzování náprav a porovnat jejich výhody a nevýhody, což by práci zasadilo do širšího rámce.
V druhé polovině je pak zpracováno modelování vlakových náprav s trhlinou pomocí MKP a na to navazující výpočty zbytkové životnosti v konkrétních případech, které zohledňují mimo základního namáhání nápravy ohybem také vliv nalisování kola a zbytková napětí. Tvar poloeliptické trhliny byl optimalizován tak, aby průběh součinitele intenzity napětí po čele byl konstantní. Výpočtů bylo provedeno skutečně úctyhodné množství a výsledky z nich jsou zpracovány velmi přehledně. Je vidět, že práci se konečnoprvkovým softwarem Ansys a postup výpočtu životnosti se zátěžnými spektry zvládl student dobře. Chci také vyzdvihnout velmi dobře provedenou diskusi výsledků, dodatečnou analýzu a zdůvodnění některých jevů a logicky formulované závěry. Musím ale zmínit, že dobrý dojem z této části snižuje poněkud nízká kvalita provedení grafů s výsledky – vidím problém s výsledným exportem grafů jak z Excelu tak z Matlabu, popisky os a legendy jsou špatně čitelné. Také se především v této části objevují na různých místech některá tvrzení, která by zasloužila uvést referenci – jedná se např. o tvrzení o běžné životnosti náprav řádově nad 1 000 000 km (str. 73) nebo některé popisy funkcí konečnoprvkového systému v kapitole o nezávislosti řešení na síti.
Celkově je práce stále nadprůměrná i přes uvedené nedostatky. Cíle zadání byly v práci také beze zbytku splněny. Proto práci hodnotím celkově stupněm A a 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 dosaž. 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 B
Práce s literaturou včetně citací B
Otázky k obhajobě:
  1. Jaké jsou jiné metodiky stanovení výpočtu životnosti vlakových náprav? V čem spočívají a jaké jsou jejich výhody a nevýhody v porovnání s metodikou použitou v práci?
  2. Modely jsou vytvořeny z prvků typu SOLID, které nemají v uzlech rotační stupně volnosti. Jak bylo provedeno zatížení ohybovým momentem?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová