HAGARA, M. Vývoj zařízení pro smykový rázový test [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.

Posudek vedoucího

Jopek, Miroslav

Diplomová práce Bc. Matěje Hagary představuje zcela mimořádný výsledek, který svou odbornou úrovní, rozsahem a přínosem výrazně přesahuje běžné standardy diplomových prací. Téma je vysoce specializované a odpovídá náročnosti, která je běžně spojována spíše s disertačními pracemi. Student se v práci zaměřil na vývoj nového experimentálního zařízení pro smykové rázové zkoušky materiálů. Návrh zahrnuje nejen samotné testovací zařízení, ale také vývoj tvaru zkušebního vzorku, optimalizovaného pro jednoznačně definované smykové zatížení při vysokých deformačních rychlostech. Významným přínosem je také realizace experimentální části, která zahrnovala měření pomocí vysokorychlostní kamery, čímž byla zajištěna unikátní možnost sledování průběhu smykového porušení v reálném čase. Práce kombinuje konstrukční, experimentální i analytické dovednosti. Student prokázal hluboké technické znalosti, vysokou míru samostatnosti a výjimečně systematický přístup. Zvládl nejen návrh zařízení a jeho konstrukci, ale i praktickou realizaci a testování na konkrétním typu materiálu, což značně zvyšuje přínos celé práce i její praktickou využitelnost. Práci hodnotím jako mimořádně zdařilou a po odborné stránce vysoce nadstandardní. Jednoznačně doporučuji k obhajobě s nejvyšším možným hodnocením.

Posudek oponenta

Forejt, Milan

Diplomová práce-DP Bc. Mateje Zagaru řeší návrh nového zkušebního zařízení pro smykový rázový test na bázi Taylorova rázového testu (TAT). Navrhovaná dynamická metoda je určená pro testování materiálů za vysokých rychlostí deformace. Současně řeší i návrh tvaru zkušebního vzorku. Práce obsahuje rozsáhlou studii s rozborem současného stavu teorie vysokých rychlostí deformace se zaměřením na dynamické zatěžování materiálů, na vývoj testovacích metod a experimentálních zařízení v Laboratoři DYTE ÚST FSI VUT v Brně. Z výše uvedených informací jde o poměrně obtížné komplexní zadání. Při řešení dílčích úkolů DP bylo využito až 110 literárních a jiných zdrojů a při výrobě zkušebního zařízení i pomoci odborníků-techniků externích firem.     Z rozboru zadání vyplývá koncepce testovacího zařízení pro vysokorychlostní smykovou analýzu materiálů s různými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi s možnostmi simulace reálných podmínek zatížení a vytvoření komplexního materiálového modelu. Přehledné koncepční schéma zařízení se zobrazením základních prvků je na obr 4. na str. 12. Návrh dopadové smykové-střižné oblasti s uspořádáním fotosenzorů a snímačů Kistler je logicky správný. Testovaným materiálem jsou vzorky ze smrkového dřeva, které mají i z důvodů bezpečnosti dobrou absorpci energie při dopadu.      Přehledný rozbor problematiky vysokých rychlostí deformace v kap. 2 je rozdělen na kovové materiály a celulární materiály (dřevo, pěny a voštiny), které se vyznačují schopností absorbovat energii, a na rozdíl od kovových materiálů mají vysokou variabilitu fyzikálních vlastností, jsou anizotropické a hydroskopické. Přítomnost nestlačitelné kapaliny ve stěnách buněk vede k posílení buněčné stěny, zvýšení modulu pružnosti a ke změně parametrů houževnatosti. V dalším se autor podrobně a výstižně věnuje strukturním tzv. měkkých a tvrdých dřevin. Od kap. 2. 3 je rozebráno šíření napěťových vln a působení setrvačných sil s uvedení vztahů pro rychlosti šíření elastické a plastické vlny. Snad by bylo vhodné uvést, jak je to s uplatněním vlnové teorie ve dřevě. V rámci experimentálních zařízení pro dynamické zkoušky (kap. 2.4) pádový tester (Drop tower, Hopkinsonův test a jeho modifikace, (SHPBT včetně analytického modelu vyhodnocení, SHTBT s modifikacemi dle obr.17. Velmi podrobně, v podkap. 2.4.3, jsou rozebrány možnosti Hopkinsonova smykového testu SHSB na bázi základního kompresního testu SHPB. Především zkoušky smykem pomocí razníku: -s tvarovým držákem, -s kloboukovým vzorkem a distančním kroužkem, -s rovinným vzorkem s jednou nebo dvěma smykovými rovinami, -s válcovým vzorkem s jednou nebo dvěma smykovými rovinami, Obdobně v podkap. 2.4.4 jsou popsány modifikace TAT –Taylorova rázového testu s uvedením vztahů pro určení dynamických mezí kluzu. Jde o: -zpětný TAT, -symetrický TAT, -symetrický TAT se stacionárním vzorkem, -s cylindrickým vzorkem na bázi TAT obr.35 a simulací dle obr.37     V praktické části předmětné práce DP od kap. 3 je nejprve proveden návrh geometrie válcového vzorku s ohledem na použitou koncepci symetrického TAT s umístěním smykové části za hranicí elasto-plastické oblasti viz obr. 38. Délka vzorku byla stanovena z výsledků počátečního testování na 55 mm.     Z analýzy dynamické stability, tj. polohy těžiště a působiště dynamických sil byla upřesněna poloha smykové části. Nosič vyrobený 3D tiskem byl geometricky upraven dle obr.41b na základě požadavků stability a požadavků na centrický dopad. Vzorky z vybraných polotovarů smrkového dřeva z Hornonitranské oblasti v listopadu 2023 byly vyrobeny uměleckým soustružením. Autor provedl i analýzu poškození a úpravu čel polotovaru. Postup výroby finálního tvaru vzorku je na příkladném obr. 48.     Konstrukční návrh a výroba zkušebního zařízení pro smykový rázový test je tvořen modulární sestavou dle obr 49 a mj. obsahuje: separační zónu, obr. 50, vnitřní a hlavní pouzdro pro snímač KISTLER9106C, obr. 53, obr. 57, vnitřní pouzdro pro snímač KISTLER-9105-C, obr. 54, vodící mechanizmus pro uchycení pouzdra snímače KISTLER-9105-C, obr. 44, obr. 64 a obr. 67, upevňovací přípravek, obr. 68.        Na obr. 51 je pak schéma propojení separační oblasti s ústím hlavně kanónu. Na obr. 70 je sestava tlakové nádoby   s instalací a elektromagnetickým ventilem k aktivaci výstřelu.        K zabezpečení přesného měření piezoelektrického snímače typu KISTLER-9106-C a odstraněni nežádocích efektů (nežádoucích skokových změn) je třeba jeho předpětí a kalibrace, kterou autor detailně popisuje v kap. 3.3.            Konečné elektrické zapojení a ověření funkce snímačů a celé aparatury je zpracováno  v kap. 3. 4., a také doloženo přehlednými obr. 75 a 76. Ověření funkce měřící sestavy s nastavením zesilovačů je podrobně popsáno v podkap.3.4.3. Vedle střihové funkce došlo i k rozpadu nosiče, obr. 77 a obr. 78. Byla vyhodnocena max. hodnota smykové síly 1568 N a smykového napětí asi 33, 3MPa, a po 2. dopadu s části kinetické energie dokonce s vyšší amplitudou 1788 N, viz obr. 81. Nárůst smykové pevnosti oproti standardní hodnotě statické pevnosti javorového dřeva je o cca 240%.       K získání detailních a přesnějších informací o průběhu deformačního procesu a chování vzorků při dopadu byla využita i vysokorychlostní kamera Photron FASTCAM NOVA S16, která disponuje maximální snímací frekvencí 1 100 000 snímků za sekundu. Zajímavé výsledky dokládají, že diplomant umí využívat i další přístrojové vybavení laboratoře DYTE.     Simulace rázového smykového testu vzorku ze smrkového dřeva byla vykonána v programu Ansys-LS DYNA který je určen pro dynamické explicitní nelineární analýzy. K simulacím byl použit upravený materiálový model.       Diplomová práce Bc. Mateje Hagaru řeší velký komplex úkolů spojených s návrhem, stavbou a s ověřením sestavy rázového smykového testu Je vypracována na vysoké mezioborové odborné a formální úrovni a přináší nové výsledky v oblasti dynamických rázových zkoušek chování dřevěných materiálů. Tato práce více než splňuje požadavky kladené na diplomovou práci,  je nadčasová a osahuje i prvky vědeckého bádání s doporučeními      k dalším aplikacím a využitím Doporučuji DP Bc. Mateje Hagaru k obhajobě před SZK. .

eVSKP id 162446