dr hab. inż. Mariusz Oleksy Prof. PRz Zakład Kompozytów Polimerowych Politechnika Rzeszowska
Al. Powstańców Warszawy 12 35-959 Rzeszów
RECENZJA
Rzeszów, 31.05.2019
rozprawy doktorskiej mgr inż. Łukasza KUCZYŃSKIEGO
pt. WIBROAKTYWNOŚĆ KORPUSÓW PRZEKŁADNI ZĘBATYCH WYKONANYCH Z WYBRANYCH MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH
Podstawa opracowania: pismo z dnia 17.05.2019 Dziekana Wydziału
Transportu Politechniki Śląskiej dr hab. inż. Piotra Folęgi Prof. PŚ,
dotyczące opracowania recenzji rozprawy doktorskiej mgr inż. Łukasza Kuczyńskiego.
1. Wprowadzenie
Hałas i drgania mechaniczne (inaczej nazywane wibracjami) są jednymi z n aj częstszyc h zagrożeń zdrowia człowieka w środowisku pracy. Najbardziej narażeni na hałas i drgania mechaniczne są ludzie zajmujący się produkcją i przetwarzaniem (zwłaszcza tkanin, metali i drewna), górnictwem i kopalnictwem, budownictwem oraz transportem. Wraz ze wzrostem uprzemysłowienia hałas i wibracje stały się powszechnym
zagrożeniem, związanym między innymi z dużą liczbą różnorodnych źródeł
ich występowania. Zagrożenie to ma określone skutki zdrowotne,
społeczne i ekonomiczne. Powoduje choroby zawodowe oraz może być przyczyną wypadków. Z tego też powodu wynika potrzeba stosowania
działań zapobiegających lub ograniczających skutki oddziaływań hałasu i
drgań mechanicznych na organizm człowieka.
Źródłem ich pochodzenia są m.in. współpraca poszczególnych elementów maszyn, aerodynamika oraz tarcie. Badania i analiza zjawisk powstawania hałasu i drgań pozwala na wykazanie czy i w jakim zakresie generowane sygnały wibroakustyczne są uciążliwe, czy też szkodliwe dla
środowiska i człowieka.
Przekładnie zębate od wielu lat stanowią podstawowy element układów napędowych pojazdów samochodowych, maszyn roboczych, maszyn górniczych, samolotów i śmigłowców a także urządzeń gospodarstwa domowego czy wreszcie drobnych precyzyjnych mechanizmów.
Przekładnie zębate powodują powstawanie drgań i hałasu, które z
jednej strony są uciążliwymi skutkami ich pracy, a z drugiej strony zawierają istotne informacje np. diagnostyczne, o stanie technicznym.
Opisane w literaturze badania w zakresie wibroaktywności przekładni
zębatych dotyczą przede wszystkim możliwości zmniejszenia poziomu
drgań i hałasu. W ostatnich latach obserwuje się wzrost zainteresowania
wykorzystania kompozytowych materiałów polimerowych nie tylko ze
względu na wyraźne obniżenie masy elementów maszyn, ale także jako elementy tłumiące drgania i pochłaniające hałas. Materiały kompozytowe
mogą więc stanowić dobrą alternatywę dla materiałów metalicznych stosowanych w budowie środków transportu.
Z tego względu rozszerzenie możliwości zastosowania polimerowych materiałów kompozytowych niesie za sobą potrzebę określenia wielu
parametrów użytkowych w tym np. wibroaktywności. Biorąc to pod
uwagę, tematyka pracy jest aktualna i potrzebna, a wyniki badań mogą być aplikowane w różnych gałęziach przemysłu do budowy konstrukcji i elementów maszyn oraz infrastruktury budowlanej, gdzie często stosuje
się technologie zaczerpnięte z obszaru budowy maszyn. 2. Struktura pracy doktorskiej
Rozprawa doktorska mgr InZ. Łukasza Kuczyńskiego pt. "Wibroaktywność korpusów przekładni zębatych wykonanych
z
wybranych materiałów kompozytowych" ma charakter doświadczalny i dotyczy oceny wpływu zastosowania różnych materiałów na wibroaktywność obudowyprzekładni, w zależności od zmiany podstawowych parametrów eksploatacyjnych takich jak prędkość i obciążenie przekładni.
Dysertacja została opracowana na Politechnice Śląskiej na Wydziale Transportu pod opieką promotora dr hab. inż. Tomasza Figlusa prof. PŚ obejmuje 119 stron w skład których wchodzi: 6 rozdziałów, literatura, streszczenie w języku polskim i angielskim. Bibliografia obejmuje 200 pozycji ze źródeł krajowych i zagranicznych w tym opracowania
książkowe, publikacje naukowe, materiały konferencyjne oraz sprawozdania badawcze. Można stwierdzić, że proporcje pomiędzy
opracowaniami o charakterze naukowym a pozostałymi pozycjami zawartymi w literaturze są prawidłowe. Można tu wyszczególnić wiele opracowań podręcznikowych o charakterze fundamentalnym dla konstrukcji i technologii przekładni zębatych, wibroakustyki oraz
materiałów polimerowych, które nie należą do najnowszych, jednak przyrost liczby zwartych publikacji w zakresie tematyki rozprawy nie był zbyt dynamiczny w ostatnim dziesięcioleciu.
Praca rozpoczyna się od syntetycznego wprowadzenia (rozdział l),
dotyczącego ogólnych informacji o drganiach i hałasie, źródłach ich powstawania oraz wpływie na człowieka. Kolejno opisano drgania i hałas w
W rozdziale drugim przedstawiona jest minimalizacja zagrożeń
wibroakustycznych poprzez ograniczenie hałasu i drgań w środkach
transportu. Opisano także metody ograniczenia hałasu i drgań w
przekładniach zębatych.
Trzeci rozdział poswlęcony jest materiałom kompozytowym stosowanym w środkach transportu. Opisano ogólna klasyfikację materiałów kompozytowych ze względu na osnowę i zbrojenie.
Przedstawiono także właściwości fizykochemiczne i mechaniczne różnych
materiałów.
W rozdziale czwartym przedstawiono uzasadnienie celowości podjęcia
tematu oparte o analizę literaturową stanu zagadnienia. Na podstawie tego materiału zostały sformułowane szczegółowe cele i zakres pracy oraz jej tezy.
Główne cele pracy zawierają się w:
1. Opracowaniu założeń do wytworzenia kompozytowych korpusów
przekładni zębatych.
2. Wytworzeniu korpusów kompozytowych.
3. Analizie modalnej i ocenie wibroaktywności podwieszonych zamontowanych na stanowisku korpusów przekładni zębatych.
4. Pomiarach drgań i hałasu stalowych i kompozytowych korpusów przy różnych prędkościach i obciążeniach przekładni zębatych.
5. Ocenie wibroaktywności stalowych i kompozytowych korpusów
przekładni zębatych przy różnych prędkościach obrotowych i
różnych obciążeniach.
Uwzględniając prezentowany przegląd literatury, wyniki dotychczasowych prac badawczych prowadzonych w Katedrze Budowy Pojazdów Samochodowych Politechniki Śląskiej oraz wyniki badań
własnych wykonanych przez Autora pracy, sformułowano dwie tezy pracy:
1. Wybór materiałów kompozytowych ma wpływ na zmianę wibroaktywności i masy korpusów przekładni zębatych.
2. Ocena wibroaktywności korpusów wytworzonych z różnych
materiałów wymaga prowadzenia analiz sygnałów w dziedzinie czasu jak i w dziedzinie częstotliwości.
W rozdziale piątym opisano analizę wyników badań doświadczalnych
dotyczącą badań stanowiskowych wibroaktywności korpusu stalowego i kompozytowych. Wyniki przedstawiono na czytelnych wykresach w formie graficznej oraz zestawiono tabelarycznie m.in. w zależności od prędkości
obrotowej i obciążenia przekładni.
Rozdział szósty dotyczy podsumowania i wniosków.
3. Charakterystyka rozprawy doktorskiej
Wyniki badań oraz ich analiza przedstawione w pracy dotyczące badania wibroaktywności przekładni zębatej odnoszą się do ważnych i
aktualnych zagadnień nie tylko z punktu widzenia naukowego ale również
aplikacyjnego.
Prace badawcze zostały zrealizowane z wykorzystaniem specjalistycznego stanowiska, które pozwoliło na badanie wpływu budowy korpusu przekładni zębatej na ich wibroaktywność. Do badań korpusów
przekładni zębatych wykonanych z różnych materiałów wykorzystano stanowisko laboratoryjne mocy krążącej FZG znajdujące się na
wyposażeniu Laboratorium Układów Przeniesienia Napędu Wydziału
Transportu Politechniki Śląskiej w Katowicach. Stanowisko to wyposażone
było w przekładnię badaną, która umożliwia prowadzenie różnych
eksperymentów naukowych w zależności od np. cech geometrycznych
zazębienia, stosowania różnych łożysk tocznych, czy różnych rozwiązań
konstrukcyjnych korpusów przekładni.
Przed przystąpieniem do badań stanowiskowych przyjęto założenia do
wytworzenia kompozytowych korpusów przekładni zębatych. Następnie wykonano trzy korpusy kompozytowe: dwa pierwsze zbrojone włóknem
szklanym. W pierwszym zbrojeniem była tkanina szklana o splocie
płóciennym o gramaturze 300 g/m2 - zastosowano 24 warstwy. W drugim wzmocnieniem była mata szklana o gramaturze 540 g/m2
, natomiast
liczba warstw wynosiła 9. Jako osnowę polimerową w obu korpusach
stosowano nienasyconą żywicę poliestrową. Trzeci korpus otrzymany
został z prepregów węglowo-epoksydowych. Zastosowano tkaninę węglowa o splocie skośnym i gramaturze 800 g/m2 (6 warstw) oraz 240
g/m2 (2 warstwy). Z pozycji recenzenta nasuwa się tutaj pytanie na jakiej podstawie opracowano do badań budowę kompozytów z których otrzymano korpusy. Jak wiadomo na właściwości użytkowe włóknistych
kompozytów polimerowych wpływ ma zarówno gramatura zbrojenia, ilość warstw oraz rodzaj osnowy polimerowej. Autor słusznie obrał drogę zbadania wpływu rodzaju włókna na właściwości wibroakustyczne korpusów kompozytowych. Ale niezrozumiałe jest dla mnie zastosowanie różnej gramatury zbrojenia i różnej ilości warstw. Należy także podkreślić, że w tych badaniach na pewno istotny wpływ ma osnowa polimerowa,
która nie wiadomo dlaczego w trzecim korpusie jest inna.
Program badań został przygotowany w oparciu o autorską metodykę badawczą jest dedykowany do stanowisk opisanych i przedstawionych w rozdziale 5 (rys. 5.5, rys. 5.6 i rys. 5.18).
Ciekawym elementem procesu badawczego było przeprowadzenie
badań porównawczych do klasycznego korpusu metalowego. Analizę porównawczą wykonano na podstawie zarejestrowanych przebiegów transmitancji na wymuszenie impulsowe oraz uśrednionego przyspieszenia
drgań i hałasu badanych korpusów. Wyniki badań dają bardzo interesujące
informacje, z których można wywnioskować, że dla korpusów
kompozytowych K_1-K_3 zmiana obciążenia przekładni wpływa na zmianę poziomu drgań w sposób niejednoznaczny. W pewnych zakresach
prędkości obrotowej można zaobserwować, że wraz ze wzrostem obciążenia poziom drgań jest wyższy, a w innych niższy. Wyniki te są znacznie odmienne od uzyskanych dla korpusu stalowego.
Wykonane porównania drgań umożliwiają także analizę ilościową i
jakoŚciową zmian poziomu drgań korpusów kompozytowych wraz ze
wzrostem prędkości obrotowej. Można tu zauważyć, że poziom drgań
korpusów kompozytowych po przekroczeniu określonej prędkości
obrotowej stabilizuje się i wzrasta już tylko w niewielkim stopniu. Dla
korpusu K_l i K_2 stabilizacja następuje przy prędkości 1200 min-l,
natomiast dla korpusu K_3 przy prędkości 1800 min-l. Odnosząc wyniki
tych badań korpusów kompozytowych do wyników uzyskanych dla
korpusu stalowego można stwierdzić, że wibroaktywność korpusów
kompozytowych wraz ze wzrostem prędkości obrotowej się stabilizuje, co
nie występuje dla korpusu stalowego. Wyniki tych badań potwierdzają więc, iż korpusy kompozytowe przy wysokiej pręd kości obrotowej pracy przekładni zębatej cechują się niższą wibroaktywnością i równocześnie
znacznie niższą masą niż korpus stalowy. Niestety brakuje tutaj
powiazania struktury kompozytu z otrzymanymi wynikami i odniesienie się
do wyników badań opisanych w literaturze. Proszę zauważyć, że kom pozy t
K3 ma strukturę hybrydową 6 jednakowych warstw otrzymanych z włókna
o większej średnicy i 2 "szczelniejsze" o mniejszej średnicy włókna, czy
taka budowa może mieć wpływ na oznaczane parametry?
W zakresie aplikacyjnym przedstawionych badań, istotna jest analiza rozkładów czasowo-częstotliwościowych z próby rozpędzania przekładni z
badanymi korpusami. Bardzo ciekawe wyniki badań uzyskano dla
przekładni z korpusem K_3. Korpus ten spowodował występowanie
częstotliwości rezonansowych w zakresie wyższych pasm częstotliwości, co
zaobserwowano dla korpusu stalowego, a co nie występowało dla
korpusów kompozytowych K_1 i K_2. Porównując jednak jakościowe
zmiany wartości rozkładów występujące dla korpusu Stal i K_3 można
zauważyć, że amplituda drgań i ciśnienia akustycznego korpusu K_3 w wyższych pasmach częstotliwości jest niższa niż korpusu Stal. Oznacza to
zatem, że korpus kompozytowy K_3 także przy wyższej prędkości
obrotowej cechuje się niższą wibroaktywnością niż stalowy.
Prawdopodobnie może to być związane z budową strukturalną kompozytu
i innej osnowy polimerowej jaką jest żywica epoksydowa.
Analiza wyników badań w kontekście oznaczenia wibroaktywności
korpusów przekładni zębatych stanowi oryginalny wkład Doktoranta w
dyscyplinę budowa i eksploatacja maszyn.
Przedstawione w rozdziale szóstym podsumowanie oraz wnioski
końcowe odnoszą się do założonego celu pracy oraz programu badań i są
wnioskami o charakterze szczegółowym, które należy uznać za prawidłowe
w odniesieniu do kwestii podsumowania rozprawy.
Przedstawione w dysertacji wyniki badań dają ciekawe rezultaty o
charakterze utylitarnym.
Przedstawione w tekście uwagi mają charakter dyskusyjny i nie
wpływają na wartość merytoryczną rozprawy. Metodyka badań oraz
opracowane stanowiska badawcze stanowią oryginalny wkład Autora w
rozwój dyscypliny budowa
i
eksploatacja maszyn. Stwierdzamze względu na dużą trudność i znaczenie tematu ale również ze względu na intelektualny wkład Autora.
4. Podsumowanie
Na podstawie analizy przedstawionej do oceny rozprawy doktorskiej stwierdzam, że:
• rozprawa dotyczy badań wibroaktywności korpusów przekładni zębatych i odnosi się do aktualnej wiedzy i praktyki objętej jej zakresem, a w wielu elementach wnosi nowe treści,
• wybór tematyki pracy został dokonany w sposób trafny, a zakres pracy spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim,
• struktura jest uporządkowana, a formalny układ pracy jest
prawidłowy,
• zasadnicze cele pracy zostały osiągnięte w zakresie przyjętym przez Autora,
• założenia przyjęte w pracy zostały zweryfikowane w wyniku
przeprowadzonych prac badawczych i mogą być przedmiotem
dalszych badań.
Przytoczone fakty świadczą o kompetencjach Doktoranta w zakresie prowadzenia badań naukowych oraz wskazują na Jego dużą wiedzę ogólną i umiejętności praktyczne w dyscyplinie naukowej budowa i eksploatacja
maszyn, w której mieszczą się zagadnienia objęte rozprawą.
Stwierdzam zatem, że praca mgr inż. Łukasza Kuczyńskiego pt.
"Wibroaktywność korpusów przekładni zębatych wykonanych z wybranych
materiałów kompozytowych" spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim określonych w art. 13 ust. 1 Ustawy z dnia 14 marca 2003 roku o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w
zakresie sztuki (Dz.U z 2017, poz. 1789 t.j. ze zm.), a Autor może być
