Návrh a vývoj zařízení pro dynamické zkoušky materiálů s využitím rázového tlaku vzduchu

Abstract

Diplomová práce se zaměřuje na vývoj technicky pokročilého experimentálního zařízení pro simulaci dynamického zatížení pomocí řízeného proudění stlačeného vzduchu. Výsledkem je pneumatický systém s vysokou mírou konstrukční propracovanosti, který umožňuje provádět opakovatelné, směrované impulzní zatížení na zkušební vzorky bez použití výbušnin nebo drahých specializovaných aparatur. Zařízení je modulární, stavěné na profilovém rámu s výměnnými kanóny různých průměrů, plynule nastavitelnou polohou ve všech osách a volitelným úhlovým sklonem výstřelu. Řídicí systém založený na PLC platformě Siemens umožňuje přesné nastavení délky impulzu i provozních parametrů. Součástí práce je rovněž návrh a realizace elektrického podpůrného systému, který zahrnuje robustní transformátory, popsanou kabeláž, oddělené napěťové větve a připravené rozhraní pro další modulární rozšíření.. Celý systém je připraven na budoucí rozšíření a integraci měřicích prvků. Funkčnost zařízení byla ověřena analytickým výpočtem, numerickou simulací a praktickým testováním.This thesis presents the development of a technically advanced experimental device designed to simulate dynamic loading using controlled compressed air flow. The resulting system is a high-precision pneumatic platform capable of delivering repeatable, directional impulse loads to test specimens without the need for explosives or expensive specialized equipment. The apparatus is modular, built on an aluminum profile frame, and equipped with interchangeable barrels of various diameters. It allows for smooth positioning in all axes, as well as adjustable firing angle. The control system, based on a Siemens PLC platform, provides accurate timing and adjustment of operational parameters. The project also includes the design and implementation of a comprehensive electrical support system featuring robust transformers, fully labeled cabling, separated power branches, and pre-configured interfaces for future modular expansion. The functionality of the system was verified through analytical calculations, CFD simulations, and practical testing.