Návrh zařízení pro testování bistabilních auxetických struktur

Abstract

Cieľom tejto diplomovej práce bol návrh, vývoj a overenie funkčného zariadenia urče ného na experimentálne testovanie bistabilných auxetických štruktúr, ktoré sa vyznačujú unikátnym mechanickým správaním s potenciálom využitia v rôznych technických a bio medicínskych aplikáciách. Hlavný prínos práce spočíva v tom, že sa podarilo vytvoriť univerzálnu experimentálnu platformu schopnú spoľahlivo merať správanie týchto pokro čilých štruktúr v reálnych podmienkach, čím sa významne dopĺňajú doteraz dostupné len numerické štúdie. Zariadenie pozostáva z mechanickej konštrukcie navrhnutej v programe SolidWorks a elektronickej architektúry založenej na STM32 a Arduino. Riadenie bolo realizované v Simulinku, s interaktívnym grafickým rozhraním vytvoreným v MATLABe. Funkčnosť bola overená opakovateľnými testami vrátane validácie bistability. Kľúčovým zistením je, že prechod medzi stabilnými stavmi v reálnych štruktúrach prebieha postupne, nie globálne, vplyvom trenia či výrobných nepresností. Napriek tomu boli experimentálne priebehy síl a energie v súlade s očakávaným bistabilným charakterom. Práca predsta vuje dôležitý príspevok k overovaniu výsledkov FEM analýz a poskytuje základ pre ďalšie rozšírenie zariadenia, napríklad o DIC technológiu alebo samostatnú softvérovú aplikáciu.

The aim of this thesis was to design, develop and validate a functional device for experi mental testing of bistable auxetic structures, which are characterized by unique mechanical behavior with potential for use in a variety of engineering and biomedical applications. The main contribution of this work lies in the development of a universal experimental platform capable of reliably measuring the behavior of these advanced structures under real conditions, thereby significantly complementing the previously available numerical studies. The device consists of a mechanical structure designed in SolidWorks and an electronic architecture based on STM32 and Arduino. The control was implemented in Simulink, with an interactive graphical interface created in MATLAB. Functionality was verified by repeatable tests including bistability validation. The key finding is that the transition between stable states in real structures is gradual, not global, due to friction and manufacturing imperfections. Nevertheless, the experimental force and energy waveforms were consistent with the expected bistable nature. The work represents an important con tribution to the validation of the FEM analysis results and provides a basis for further extensions of the device, e.g. with DIC technology or a stand-alone software application.