V roce 2011 havarovalo jedno z nejvyspělejších amerických bezpilotních letounů. V roce 2013 zahynulo při vlakovém neštěstí v Paříži sedm lidí. A v roce 2016 vykolejil vlak Union Pacific v Mosieru v Oregonu a vyteklo 42,000 XNUMX galonů ropy.
Keegan Moore, odborný asistent mechanického a materiálového inženýrství, použije vysokorychlostní kamery k zachycení podmínek kontaktu rozhraní - povrchů, které šrouby drží pohromadě. Fotografický kredit:Craig Chandler | Univerzitní komunikace a marketing
To jsou jen tři dramatické příklady toho, jak jeden z nejnepříjemnějších a málo pochopených jevů základní mechaniky – uvolňování šroubů v průběhu času – může způsobit zmatek. Keegan Moore z University of Nebraska-Lincoln studuje, jak se to stane a jak tomu lze předejít pětiletým grantem ve výši 727,410 XNUMX USD z Fakultního programu rozvoje rané kariéry Národní vědecké nadace.
„Uvolněné šrouby nenesou vinu jen za katastrofy s vysokým profilem; jsou hrozbou v každodenním životě, od vybavení dětských hřišť a aut až po biomedicínské implantáty a vesmírný dalekohled Jamese Webba,“ řekl Moore, odborný asistent mechanického a materiálového inženýrství.
Moore řekl, že navzdory všudypřítomnosti šroubů a šroubů v infrastruktuře všech typů se málo rozumí tomu, jak může dynamika konstrukce ovlivnit jejich uvolňování během normálního provozu.
"Uvolňování šroubů a spojů bylo studováno od průmyslové revoluce, protože od té doby je to problém," řekl Moore.
Doufá, že jeho výzkum na některé z těchto otázek odpoví. Zaměří se na rotační uvolňování, které je způsobeno vibracemi v konstrukcích.
Pojistné podložky jsou nejběžnějším přístupem používaným k zabránění uvolnění šroubů, ale v mnoha případech jsou neúčinné nebo dokonce zvyšují rychlost uvolňování. Zdá se, že jiné přístupy, včetně momentových matic a použití dvou matic na šroubu, přinejlepším zdržují, nikoli zabraňují uvolnění.
Mooreův projekt bude měřit podmínky kontaktu rozhraní – povrchy, které šroub drží pohromadě – pomocí vysokorychlostních digitálních kamer, které film při tisících snímků za sekundu. Věří, že napětí naměřená kolem hlavy šroubu nebo matice lze mapovat na kontaktní podmínky uvnitř rozhraní kolem otvoru pro šroub. Vytvoří také modelovací rámce, které reprodukují dynamiku povolování a určí, jak dynamika konstrukce ovlivňuje povolování šroubů.
"Doufám, že nám to poskytne nové okno k tomu, co se děje v rozhraní, které jsme nikdy předtím neměli, a budeme schopni měřit, jak to mění dynamiku, když se šroub povoluje a jak se konstrukce třese," řekl Moore.
Jedním z klíčových problémů je pochopit, jak může mít jeden uvolněný šroub dopad na jiné místo v konstrukci.
"Změny v jednom šroubu mohou způsobit dramatické změny jinde... nejen selhání, ale i změny v provozu," řekl.
Uvolňování šroubů je jedním z aspektů stárnoucí americké infrastruktury. Doufá, že jeho výzkum by mohl vést k prediktivní údržbě, která by se zaměřovala na konkrétní pravděpodobné problémové oblasti, což je efektivnější než snažit se monitorovat všechny šrouby.
Stejně jako u všech KARIÉRA granty, Moore's zahrnuje vzdělávací složku. Plánuje „gamifikace“ stávajících kurzů dynamiky ve strojírenství rozvojem kolaborativního, nikoli kompetitivního učení založeného na hrách a vytvořením laboratoře dynamiky virtuální reality „k vytváření vzrušení a zvědavosti ve třídě a transformaci sdílení nápadů“. Plánuje také vytvořit nový postgraduální kurz o výuce založené na hrách.
NSF KARIÉRA ceny podporují učitele před nástupem do funkce, kteří jsou příkladem role učitelů a vědců prostřednictvím vynikajícího výzkumu, vynikajícího vzdělání a integrace vzdělávání a výzkumu.
Zdroj: Univerzita Nebraska-Lincoln
