VLASTNÍK, J. Výpočtový model řetězového pohonu jako modul virtuálního motoru [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2010.
aa
Doc. Ing. Josef Štětina, Ph.D. VUT FSI v Brně, Energetický ústav OPONENTSKÝ POSUDEK disertační práce Název: Výpočtový model řetězového pohonu jako modul virtuálního motoru Práci předkládá: Ing. Jan Vlastník Téma předložené doktorské disertační práce je vysoce aktuální. Práce se zabývá výpočtovým modelem řetězového pohonu jako modulu virtuálního motoru. V současné době je u nových spalovacích motorů patrný odklon od pohonu rozvodu pomocí ozubených řemenů, zpět k řetězovým pohonům. Důvodem je, že převládl požadavek na životnost a spolehlivost motorů, což moderně navržený řetězový pohon splňuje. Na druhé straně je třeba, aby řetězový pohon měl nízkou hlučnost, měl nízké mechanické ztráty a vysokou životnost. K tomuto cíli, by měla právě předložená práce přispět. Dalším efektem je, že vzniká další prvek tzv. virtuálního motoru, tj. vytvoření úplného 3D modelu spalovacího motoru. V první kapitole doktorand popisuje základní elementy řetězového pohonu. Popis je velmi stručný a za nedostatek považuji, že v této kapitole není obsažen popis současného stavu poznání v oblasti řetězových pohonů. Součástí je podkapitola 1.6 věnovaná matematické formulaci modelování řetězových pohonů a na ni navazuje velice stručná kapitola dva, která se týká přístupu při vytváření modelu. Doktorand se v textu práce odvolává na poměrně málo prací jiných autorů, přičemž některé novější práce týkající se řetězových pohonů nejsou vůbec citovány. Další kapitola se věnuje vytvořením jednoduchého multibody modelu v programu MATLAB. Doktorand sám naprogramoval a odladil zjednodušený model řetězového pohonu, což mu umožnilo a usnadnilo práci s komerčním multibody programem, který používal dále. Škoda jen, že doktorand neuvedl více výsledků z tohoto modelu a neprovedl nějaké parametrické studie. V kapitole 5 se doktorand věnoval úpravě a zpřesnění multibody modelu v programu MSC Adams vycházející ze standardní šablony. Tuhost řetězu byla zjišťována MKP modelem. Další modifikací, kterou doktorand provedl, je implementace napínací lišty jako pružného tělesa. V další části této kapitoly se doktorand věnuje otázce tlumení. Zajímavé a názorné je zpracování výsledků ve formě Campbellových diagramů (bohužel u grafů chybí barevná stupnice). V kapitole 6 se doktorand věnoval modelu odpovídajícímu reálnému řetězovému pohonu pro rozvod 2xOHC. Tento zpracoval ve dvou variantách tj. s tuhými a pružnými lištami. Při zpracování tohoto modelu doktorand využil plně zkušenosti, které získal na jednodušších modelech představených v předchozích kapitolách. V právě výsledky a rozbory uvedené v této kapitole je třeba označit za velmi přínosné a použitelné pro praxi. V kapitole 7 se doktorand zabývá modelem řetězového pohonu v Abaqus explicit, který je vhodný pro řešení rychlých dynamických jevů. Pochopil jsem, že doktorand tímto modelem chtěl verifikovat výpočtový model popsaný v kapitole 6. Bohužel toto se 2 nezadařilo a dokončení a odladění modelu v Abaqus explicit by vyžadovalo více času a podle všeho i výkonnější výpočetní techniku. Formální nedostatky Předložená práce je přes svoji obsahovou hodnotu zatížena řadou formálních nedostatků . V práci je řada překlepů, což nesvědčí o pozornosti doktoranda při závěrečném zpracování práce (např. Fritéz, Forierovy transformace, amplitudy mementu) úplný výčet překlepů jistě doktorand zjistí po přečtení práce . Nejednotnost data práce v textu je uveden rok 2009, ale na titulní straně 2010 . Seznam použitých symbolů a zkratek neobsahuje jednotky. Nevhodné je také spojení symbolů a zkratek do jedné tabulky. Seznam použitých zkratek není rozhodně úplný a dokonce i symbolů není úplný . Nevhodnost zápisu jednotek v textu N*s/m, N*s (použití symbolu * je hodně nezvyklé) . Desetinným oddělovačem v českém jazyce je čárka nikoliv tečka . Zápis čísla 2.7 e-3 by měl vypadat 2,7.10-3 toto se u textu opakuje mnohokrát . Zarovnání odstavců do bloku, by také prospělo vzhledu textu. Text je celkově nevhodně zaformátován, takže hodně stran např. v kapitole 4 je poloprázdných a působí dojmem umělého zvětšování počtu stran. . Na obrázky by měl být vždy v textu odkaz (např. obr. 1.1) . Na osách grafů např. 5.21 až 5.23 by vždy na osách měl být popis veličin . Přehled literatury by měl být spíše označen jako seznam použitých zdrojů a měl být seřazen podle abecedy a důsledně proveden podle normy ISO 690. Připomínky a dotazy . Jeden z problému řetězového pohonu je jeho chování (hlučnost) za studeného stavu (tj. po nastartování motoru) umožnil by po úpravách a jakých řešit tuto problematiku vyvinutý model? . V práci není uvedeno, jak by se model řetězového pohonu ověřoval experimentálně. Může doktorand vysvětlit postup experimentálního ověření modelu? . V závěru práce je zmiňována náročnost modelu na výpočetní hardware, ale bez nějakých konkrétních údajů. Je možno zmínit na jakém hardware byly výpočty prováděny? Vzhledem k trendu vývoje výpočetní techniky by bylo vhodné se zmínit, jak jsou uvedené modely vhodné pro paralelizaci. Závěrečné hodnocení Doktorand prokázal, že se dobře orientuje v oblasti modelování mechanických soustav pomocí multibody systémů a metody konečných prvků. Zařazení pružných těles do multibody modelu je originální a lze ho považovat za hlavní přínos práce doktoranda. Předvedl schopnost tvůrčího a vědeckého přístupu k řešení problému. Doktorand splnil hlavní cíle disertační práce. Obsah práce doktorand publikoval ve třech článcích na konferencích a v jednom článku v odborném recenzovaném časopise. Připomínky k textu disertační práce nesnižují úroveň práce doktoranda. 3 Disertační práce dle mého názoru splňuje podmínky zákona o vysokých školách pro závěrečné práce doktorského studia a proto doporučuji, aby byla přijata komisí k obhajobě. Po úspěšném obhájení navrhuji, aby byla doktorandovi udělena vědecká hodnost Ph.D. V Brně 28. července 2010 doc. Ing. Josef Štětina, Ph.D. oponent
Ing. Radim Dundálek, Ph.D. Zetor Tractors, a.s. Trnkova 111 628 00 BRNO Oponentní posudek disertační práce Autor práce: Ing. Jan Vlastník Školitel: Prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Předložená disertační práce Ing. Jana Vlastníka s názvem "Výpočtový model řetězového pohonu jako modul virtuálního motoru" (Chain Drive Computational Model as Virtual Engine Module)" obsahuje 89 číslovaných stran a je členěna do 10 hlavních kapitol. První úvodní kapitola seznamuje čtenáře s hlavními elementy řetězového pohonu. Jsou zde uvedeny základní rovnice polygonového efektu, který lze u řetězových kol a řetězového pohonu pozorovat, a obecné matematické formulace pro výpočet dynamických systémů. Druhá kapitola, současný přístup k vytváření modelu, krátce zmiňuje, jakými počítačovými softwary lze výpočty řetězových pohonů řešit. Jde především o známé a rozšířené multi-body softwary, z nichž jeden si autor práce k řešení zadaného úkolu také vybral Adams/Engine. Autor nejprve sestavil pohybové rovnice matematického principu multi-body softwaru v programu Matlab. Šlo o výchozí výpočet, a proto autor správně zvolil nejjednodušší konfiguraci skládající se ze dvou řetězových kol (hnacího a hnaného) a řetězu. Řetěz nahradil soustavou hmotných bodů spojených pružinami a tlumiči. Kontaktní síly mezi koly a řetězem jsou řešeny zjednodušeně na základě souřadnic tzv. řídicích bodů řetězových kol. Sestavená diferenciální rovnice byla řešena Rung-Kuttovou explicitní metodou. Na základě znalosti komplexního virtuálního motoru lze tvrdit, že simulační model v programu Matlab lze použít pouze pro pochopení základních kinematických dějů v řetězovém pohonu a jako modul virtuálního motoru jej nelze prakticky využít. Další část práce se již věnuje tvorbě řetězového pohonu v již zmiňovaném multi-body sytému. První základní model je tvořen tuhými (nedeformovatelnými) tělesy. Předpětí řetězu je vyvozeno pružinou s tlumičem kmitů. Tuhost řetězu, stejně jako kontaktní tuhost mezi koly a řetězem, byla zadána z konečněprvkového výpočtu, který byl proveden samostatně. Autor správně poznamenává, že napínací a vodicí lišta jsou řešeny jako tuhá tělesa, což se může od reálných podmínek značně odlišovat. Proto ji v dalším kroku realizoval jako deformovatelné těleso. Její geometrické charakteristiky stejně jako konečněprvková síť byly vytvořeny opět odděleně v MKP programu, pro potřeby simulace byl zredukován počet stupňů volnosti, a lišta byla importována do MBS programu. Závěrečná pátá kapitola se věnuje prezentaci a zhodnocení výsledků z jednotlivých výpočtů. Autor provedl výpočet pro ustálené otáčky 3000, 4500 a 6000 min-1 a pro rozběh z 0 na 6000 min-1. Nejprve autor analyzuje tažnou sílu v řetězu, která se mění v závislosti na poloze článku a je největší v oblastech hnacího a hnaného kola - to platí pro tuhou napínací lištu. Poddajná napínací lišta způsobuje pokles tažné síly na hnaném kole. Rozběh byl vyhodnocen pomocí Campbellových diagramů. Autor také provedl modální analýzy jednotlivých komponentů modelů. V kapitole šesté autor zpracoval model přesně podle reálné předlohy - jedno hnací a dvě hnaná kola, s tuhými i pružnými lištami. Výpočty byly vyhodnoceny opět pomocí Campbellových diagramů. Závěrem lze konstatovat, že autor se rozhodl řešit zadaný úkol správnou cestou. Trendy posledních několika let ukazují použití multi-body systému jako velmi výhodné pro řešení kinematiky a dynamiky mechanismů. Použití pružných těles, které autor rovněž aplikoval, přináší pravděpodobně podstatně realističtější výsledky. Otázkou vyjadřující do jisté míry i pochybnost je, jak velkou měrou se odlišují od skutečnosti. Verifikace výsledků totiž nebyla provedena. Naladění výpočtu a zvolení vhodných konstant a parametrů se jeví jako klíčová záležitost, které vzdálenost od reality citelně ovlivňuje. V názvu práce je uvedeno, že řetězový pohon má být realizován jako modul virtuálního motoru. Je škoda, že o komplexním výpočtovém modelu spalovacího motoru zde zmínka není a nikde jsem ani nenašel, jak by představené výpočtové modely bylo možno do tohoto komplexního modelu motoru implementovat. K formální stránce práce musím uvést, že autor prakticky nepoužívá citace použité literatury dle platných zvyklostí na VUT. Závěrečná výtka týkající se verifikace výsledků ovšem nijak nedeklasuje pečlivě napsanou disertační práci, která přináší nové poznatky, a proto ji doporučuji k obhajobě. Otázky oponenta: 1. Lze z provedených výpočtů dedukovat na emise vyzařovaného hluku? 2. Jakým způsobem si autor představuje měřicí řetězec pro ověření výsledků? 3. Jakým způsobem může mazací olej výsledky výpočtů ovlivňovat? V Brně dne 29. července 2010 ----------------------------------- Ing. Radim Dundálek, Ph.D.
eVSKP id 34076