Przykłady zrealizowanych projektów inżynierskich

Budowa układu sterującego oraz modelowanie mechaniki manipulatora
inż. Marcin Hatłas (Mechatronika)

W ramach projektu zbudowano robota wraz z układem sterowania oraz opracowano jego model numeryczny. Zastosowano dwie metody analizy dynamicznej manipulatora, użyto metody Denavita-Hartenberga oraz oprogramowanie Matlab Simulink. Modele wykonane w ramach projektu odwzorowują rzeczywiste zachowanie się manipulatora. Do sterowania robota wykorzystano mikrokontroler ATMega16 współpracujący ze sterownikami silników krokowych A4988.

Rzeczywisty robot

Badania eksperymentalne i modelowanie kości
inż. Michał Sambor (Mechatronika)

Celem pracy inżynierskiej było przeprowadzenie serii badań eksperymentalnych dla kości udowej kurczaka, a następnie przeprowadzenie analiz MES. Określone na podstawie eksperymentu przemieszczenia zostały wykorzystane do identyfikacji parametrów materiałowych kości z użyciem MES. Identyfikację przeprowadzono minimalizując różnicę przemieszczeń uzyskanych w eksperymencie oraz przemieszczeń otrzymywanych z użyciem MES dla różnych wartości moduł Younga. W wyniku identyfikacji otrzymano parametry zbliżone do wielkości spotykanych w literaturze. W ramach pracy porównano również wyniki eksperymentalne uzyskane dla kości udowej i kości udowej wzmocnionej prętem stalowym (symulującym gwóźdź śródszpikowy). W szczególności zwrócono uwagę na mechanizm zniszczenia kości w obu przypadkach.

Model MES kości udowej kurczaka w zginaniu trójpunktowym	Eksperymentalne pomiary dla kości udowej kurczaka

Praca dotyczyła opracowania przebiegów testowych dla amortyzatorów rowerowych oraz przeprowadzenia badań laboratoryjnych. Na podstawie badań terenowych (film nakręcony podczas przejazdu po różnych rodzajach nawierzchni) opracowano przebieg przemieszczeń amortyzatora rowerowego. Zwrócono uwagę na fragmenty w których występują duże i gwałtowne przemieszczenia amortyzatora. Przebieg został zaprogramowany w maszynie hydraulicznej MTS i przeprowadzono badania amortyzatora w warunkach laboratoryjnych.

Przebieg przemieszczeń amortyzatora opracowany w ramach pracy na bazie badań eksperymentalnych

Celem pracy było opracowanie stanowiska do wizualizacji postaci drgań własnych oraz wyznaczenie ich z użyciem MES. W ramach pracy przeprowadzono wiele analiz MES oraz wykonano kilkadziesiąt eksperymentów na zbudowanym stanowisku pomiarowym Przeprowadzenie badań wymagało przetestowanie kilku typów blach oraz materiałów sypkich używanych do wizualizacji postaci drgań własnych.

Wyniki analizy MES – postać drgań własnych dla wybranej częstotliwości
(po prawej stronie po redukcji liczby kolorów)


Stanowisko pomiarowe: 1 komputer z oprogramowaniem LMS, 2 analizator drgań LMS,
3 wzmacniacz wzbudnika drgań, 4 wzbudnik drgań wraz z płytą


Porównanie wyników MES (637Hz) i wynik uzyskany eksperymentalnie (692Hz)

---

Analiza wytrzymałościowa i badania eksperymentalne belki tensometrycznej
inż. Martyna Poręba (Automatyka i Robotyka)

W ramach pracy wykonano obliczenia wytrzymałościowe i badania eksperymentalne belki tensometrycznej. Do obliczenia naprężeń w przekrojach niebezpiecznych zastosowano metodę analityczną oraz metodę elementów skończonych (MES). Wykonano badania eksperymentalne polegające na pomiarze przemieszczeń wywołanych obciążeniem statycznym. Wyznaczone przemieszczenia w zakresie liniowosprężystym porównano z wynikami otrzymanymi za pomocą MES. Zgodność wyników uzyskanych różnymi metodami potwierdziła poprawność wykonanych obliczeń oraz możliwość bezpiecznego stosowania belki przy założonym obciążeniu.

Stanowisko w trakcie badań

Odkształcona belka po wykonaniu badań

Schemat badanej belki tensometrycznej	Przemieszczenia uzyskane za pomocą MES (mm)

 

Opracowanie narzędzi inżynierskich wspomagających pomiary laboratoryjne
(Praca została wykonana we współpracy z firmą Tenneco Automotive Eastern Europe Sp. z o.o., z siedzibą w Gliwicach)
inż. Agnieszka Bajerska (Mechanika i Budowa Maszyn)

inż. Iwona Bałuch (Mechanika i Budowa Maszyn)

W ramach projektu opracowano aplikację komputerową, wspomagającą weryfikację poprawności i dokładności wykonania elementów wchodzących w skład amortyzatorów. Aplikację napisano w języku Visual Basic for Application (VBA). Podczas dokonywanej przez program analizy tworzone są wykresy Gaussa oraz histogramy dla wybranych danych pochodzących zarówno z pomiarów wykonanych za pomocą maszyn pomiarowych jak i dla pomiarów manualnych. Aplikacja współpracuje z odpowiednio przygotowanymi arkuszami programu Microsoft Excel.

Fragment kodu programu w VBA

Okno główne programu	Przykład wypełnionego arkusza dla wybranego elementu

 

Przykładowy histogram

Analiza wpływu budowy elementu „orifice disc” na przepływ oleju przez zawór BOCS
(Praca została wykonana we współpracy z firmą Tenneco Automotive Eastern Europe Sp. z o.o., z siedzibą w Gliwicach)
inż. Mateusz Balmas (Mechanika i Budowa Maszyn)

W ramach projektu dokonano badań mających na celu określenie wpływu budowy dysku otworowego („orifice disc”) na przepływ oleju przez zawór BOCS stosowany w amortyzatorach samochodowych. Dysk otworowy w tym zaworze ma istotny wpływ pracę amortyzatora podczas dekompresji, czyli podczas fazy odbicia amortyzatora. Do pomiarów przeprowadzonych na maszynie przepływowej zostały zbudowane dwa złożenia zaworu BOCS. Każde z nich składało się z tych samych elementów z wyjątkiem tłoków zaworów, które różniły się między sobą uszczelnieniem. Zostały wykonane 33 pomiary dla każdego zaworu (33 różne dyski otworowe). Analiza wyników została przeprowadzona przy użyciu programu MATLAB oraz Microsoft Excel.

Przekrój przez zawór BOCS

 
Przykładowe dyski otworowe wykorzystywane w zaworze BOCS i ich oznaczenia:
a) 10017501, b) 10017515, c) 10017520, d) 10017534

---

Analiza numeryczna uchwytu do badań zmęczeniowych obudowy amortyzatora
(Praca została wykonana we współpracy z firmą Tenneco Automotive Eastern Europe Sp. z o.o., z siedzibą w Gliwicach)
inż. Mateusz Smołka (Mechanika i Budowa Maszyn)

Celem projektu były badania zmęczeniowe oraz analiza numeryczna uchwytu do badań zmęczeniowych w którym mocowana jest obudowa amortyzatora (rura ø 50). Przeprowadzone zostały również badania statystyczne próbki w celu wyznaczenia wykresów Wöhlera. Analiza numeryczna została wykonana w środowisku HyperWorks: preprocesorem operacji był HyperMesh, natomiast solverem Abaqus. Analiza statystyczna została wykonana w arkuszu kalkulacyjnym Excel. Ponadto w ramach pracy sprawdzono, czy badany uchwyt jest odpowiedni do przeprowadzenia badań zmęczeniowych, tzn. czy zapewnia odpowiednią sztywność próbce oraz czy zamocowanie badanego elementu nie powoduje uplastycznienia lub styku krawędziowego zamiast powierzchniowego.

Próbka po badaniach zmęczeniowych, widoczne pęknięcie w próbce po testach zmęczeniowych

 
Stanowisko badawcze - maszyna wytrzymałościowa do badań zmęczeniowych:


Naprężenia redukowane dla obudowy w miejscu styku z łączeniem dolnej i górnej części uchwytu.

---

Optymalizacja oprzyrządowania do badań zmęczeniowych obudów amortyzatorów z wykorzystaniem metody elementów skończonych
(Praca została wykonana we współpracy z firmą Tenneco Automotive Eastern Europe Sp. z o.o., z siedzibą w Gliwicach)
inż. Przemysław Sebastjan (Mechanika i Budowa Maszyn)

Celem pracy było zaprojektowanie i przeprowadzenie analiz wytrzymałościowych uchwytów do badań zmęczeniowych obudów amortyzatorów. Aby takie badania dawały jak najbardziej dokładne wyniki, konieczne było zaprojektowanie oprzyrządowania, które nie będzie w sposób znaczący wypływać na rezultaty testu, tj. nie może być zbyt podatne, jak również zamocowanie badanego elementu nie powinno powodować jego uplastycznienia, niekorzystnego działania karbu lub styku krawędziowego zamiast powierzchniowego. Istotnym z punktu widzenia testów zmęczeniowych jest wymóg, aby taki uchwyt był łatwy do zamontowania oraz zapewniał osiowe zamocowanie badanej obudowy amortyzatora. Optymalizacja postaci geometrycznej uchwytu pozwoliła zmienić niekorzystne, punktowe oddziaływanie uchwytu na rurę, na równomiernie rozłożone. Dodatkowo, w celu zredukowania masy, zmniejszono grubość ścianek uchwytu oraz zwiększono jego sztywność poprzez dodanie elementów usztywniających. Dzięki przeprowadzonym analizom wytrzymałościowym udało się wykluczyć niekorzystne działanie karbu przy początkowym kształcie żebra usztywniającego. Nie bez znaczenia jest również fakt, iż zoptymalizowany uchwyt cechuje się praktycznie niezmienną sztywnością, niezależną od kąta działania siły gnącej.

Schemat badania zmęczeniowego obudowy amortyzatora  Model numeryczny uchwytu do badań zmęczeniowych

 



Mapa składowej pionowej przemieszczeń powstałej jako skutek zacisku śrub


Mapa naprężeń redukowanych po zaciśnięciu uchwytu wokół rury


Spiętrzenie naprężeń w żebrze usztywniającym


Mapa naprężeń w uchwycie po optymalizacji dla różnych wariantów obciążenia