Projekty a granty

Ověření výpočetních modelů sférického absorbéru pomocí experimentálně získaných dat a analýzy videozáznamů

SP2025/067

ROZBOR PROBLEMATIKY: Mechanické vibrace paří mezi vnější vlivy prostředí, kterým jsou běžně všechny objekty vystavovány. K redukci jejich účinků jsou využívány absorbéry, které se začaly objevovat v roce 1909 [1]. Ve stavebnictví jsou absorbéry do budov implementovány pro zmenšení účinku vibrací, které dle původu můžeme dělit na přírodní a technické [2]. Nejrobustnějším a nejpoužívanějším typem jsou tzv. pasivní absorbéry. Do této kategorie patří tlumiče s vyladěnou hmotou. Úkolem těchto mechanických zařízení je redukovat odezvu konstrukce disipací energie dodávané z vnějších zdrojů. Do skupiny pasivních absorbérů [3] patří kulový absorbér vibrací, který je vyroben ze dvou částí: podpůrné mísy a vnitřní koule. Absorbér vykazuje problémy spojené s nestabilitou pohybu, bifurkacemi a autoparametrickým kmitáním [4, 5]. Dílčí analýzy nelineárního chování absorbérů již byly hlavním řešitelem v minulosti provedeny [6]. Vzhledem k nutnosti začlenit tlumič do nosného systému vnikají nové výzkumné otázky [7]. Předchozí projekty využívaly poznatky a výstup například ze studie [8]. Autoři hodnotili homogenní kulový absorbér (HBA) a diskrétně-homogenní kulový absorbér (DBA). Uvedené výzkumy využívaly analýzu videozáznamu, ale s malou frekvencí (25 FPS). Vysoce přínosné je pak využití “checkerboard calibration method” [9]. Podobně je testováno chování absorbéru v [10], kde jsou posuny koule měřeny pomocí relativních senzorů Hottinger Baldwin. Harmonogram navrhovaného projektu naváže například na poslední publikaci řešitele [11] a na experimentální výsledky z minulého roku. Nový návrh bude zaměřen na dokončení všech typů testů a vyhodnocení experimentálních dat pomocí videozáznamu. Výsledky budou porovnány s numerickými simulacemi. [1] (Spojené státy americké). Device for damping vibrations of bodies. Hermann FRAHM, of Hamburg, Germany. Přihl.: 30.10.1909. Uděl.: 18.4.1911. 525455. [2] Pirner, M. a O. Fischer. Dynamika ve stavební praxi. Praha: ČKAIT, 2010. ISBN 978-80-87438-18-3 [3] Elias, S. a V. Matsagar. Research developments in vibration control of structures using passive tuned mass dampers. Annual Reviews in Control. 2017, 44, 129-156. ISSN 13675788. Dostupné z: DOI: 10.1016/j.arcontrol.2017.09.015 [4] Naprstek, J., C. Fischer, M. Pirner a O. Fischer. Non-linear Model of a Ball Vibration Absorber. In: PAPADRAKAKIS, Manolis, Michalis FRAGIADAKIS a Vagelis PLEVRIS, ed. Computational Methods in Earthquake Engineering. Dordrecht: Springer Netherlands, 2013, s. 381-396. Computational Methods in Applied Sciences. ISBN 978-94-007-6572-6. DOI: 10.1007/978-94-007-6573-3_18 [5] NáprsteK, J. a C. Fischer. Stable and unstable solutions in auto-parametric resonance zone of a non-holonomic system. Nonlinear Dynamics. 2020, 99(1), 299-312. ISSN 0924-090X. DOI: 10.1007/s11071-019-04948-0 [6] Kawulok, M., S. Pospisil., N. Freiherrova a D. Juracka. Numerical Simulation of a Planar Model of a Ball Absorber in a Spherical Dish. Periodica Polytechnica Civil Engineering.2023, 67(3), 855–866. DOI: 10.3311/PPci.21725. [7] Sun, L., S. Li a F. Zhang. Effect of Self-Resetting Ball Absorber on the Mechanical Properties of the Fabricated Structure and Its Influencing Factors: Theory and Experimentation. Journal of Vibration Engineering & Technologies. 2022, 10(3), 897-917. ISSN 2523-3920. DOI: 10.1007/s42417-021-00418-3 [8] Matta, E. Ball vibration absorbers with radially-increasing rolling friction. Mechanical Systems and Signal Processing. 2019, 132, 353-379. ISSN 08883270. DOI: 10.1016/j.ymssp.2019.06.033. [9] Wilhelm, B. Zhang’s Camera Calibration Algorithm: In-Depth Tutorial and Implementation, Technical Report HGB16-05, University of Applied Sciences Upper Austria, School of Informatics, Communications and Media, Dept. of Digital Media, Hagenberg, Austria, May 2016. DOI: 10.13140/RG.2.1.1166.1688/1 [10] Pirner, M. Actual behaviour of a ball vibration absorber. Online. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2002,90(8),987-1005. ISSN 01676105. DOI: 10.1016/S0167-6105(02)00215-5. [11 ] Kawulok M., Čermák M., Pospíšil S., Juračka D., Numerical Procedure for Solving the Nonlinear Behaviour of a Spherical Absorber, (2024) Periodica Polytechnica Civil Engineering, 68 (4), pp. 1367 – 1377, DOI: 10.3311/PPci.25903 PŘEHLED POUŽITÝCH METOD : V rámci projektu budou provedeny dynamické experimenty (volné a buzené kmitání) na Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR pomocí budiče kmitů TIRAvib typ TV5550/LS. Další podpůrná měření experimenty budou provedeny na Fakultě stavební, VŠB-TUO, konkrétně se bude jednat o přesné vážení a měření koulí použitých pro experimenty a přípravu 3D tištěných pomocných dílů. Tisk potřebných dílců bude proveden na tiskárně Prusa i3 MK3S+ (Ostrava, Juračka, 228). Bude provedeno přibližně 28 experimentálních měření, jejichž rozvržení vycházejí z výsledků předchozích projektů. Testování bude probíhat na jedinečné experimentální sestavě, která byla vyrobena v rámci minulých projektů. Budou pořízeny videozáznamy o kvalitě full HD s frekvencí 120 FPS (u některých experimentů 240 FPS), z kterých budou získány informace pomocí algoritmu v programu MatLab. Součástí bude i testování správné funkčnosti algoritmu. ZDŮVODNĚNÍ ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ TÝMU: Ing. Marek Kawulok (cca 40 h/měsíc): - Hlavní řešitel projektu. - Provádění experimentálních měření. - Práce na skriptu v MatLab pro vyhodnocení videozáznamu. - Vyhodnocování výsledků experimentů. - Vypracovávání příspěvku na konferenci a publikace do recenzovaného časopisu. - Téma disertační práce: Kulový pohlcovač jako pasivní dynamický tlumící člen. Ing. arch. David Juračka (cca 4 h/měsíc): - Příprava modelu pro 3D tisk. - Provádění 3D tisku náhradních dílů a distančních pomůcek. - Spoluřešitel plánuje v prosinci 2025 obhajobu disertační práce, proto se bude podílet na řešeni projektu pouze od 30.11.2025 Ing. Dominik Gřešica (cca 4 h/měsíc) - Testování funkčnosti algoritmu pro analýzu videozáznamu. - Pomoc s přípravou a korekce článku a konferenčních příspěvků. - Spoluřešitel je student, který nastupuje na Ph.D. studium v únoru 2025, v současnosti student Mgr. BIM. Prof. Ing. Stanislav Pospíšil, Ph.D. - Hlavní odborný školitel. - Konzultant v rámci předloženého projektu. ROZPOČET – ROZDĚLENÍ (96 900 Kč) Stipendia (43 000 Kč) 33 000 Kč – Ing. Marek Kawulok 5 000 Kč – Ing. arch. David Juračka 5 000 Kč – Ing. Dominik Gřešica Materiálové náklady (9 710 Kč) 3 000 Kč – nákup filamentu pro tisk náhradních dílů (3 ks á 1 000 Kč), 6 710 Kč – posílení výpočetní stanice, paměť, SSD disk. Drobný hmotný a nehmotný majetek (1 500 Kč) 1 500 Kč – nákup přenosného disku pro sdílení videozáznamu z experimentů a naměřených dat, Služby (21 000 Kč) 7 000 Kč – vložné na konferenci Modelování v Mechanice 2025, 14 000 Kč – experimentální testování s využitím budiče a akcelerometrů na UTAM AV-ČR. Cestovní náhrady (12 000 Kč) 2 000 Kč – cestovné a ubytování na konferenci Modelování v Mechanice 2025. 10 000 Kč – cestovné a ubytování na UTAM AV-ČR (5 x 2000 Kč). Režijní náklady 10 % z celkové částky – 9 690 Kč HARMONOGRAM PRACÍ: leden - koordinační schůzka s AV ČR, únor - příprava a zaslání abstraktů na konferenci Modelování v Mechanice 2025, březen - úprava (optimalizace) algoritmu pro analýzu videozáznamu, duben - první polovina testování, květen - účast na konferenci Modelování v Mechanice 2025, červen - druhá polovina testování, červenec - validace numerických modelů a základě experimentálních dat, září - příprava článku, říjen - sumarizace všech výsledků, listopad - dokončení disertační práce.

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Kawulok Marek Ing.