У 2011 році розбився один із найсучасніших безпілотних літальних апаратів Америки. У 2013 році в аварії потяга в Парижі загинули семеро людей. А в 2016 році потяг Union Pacific зійшов з рейок у Мозьєрі, штат Орегон, виливши 42,000 XNUMX галонів сирої нафти.
Кіган Мур, доцент кафедри механіки та інженерії матеріалів, використовуватиме високошвидкісні камери, щоб зафіксувати умови контакту між поверхнями — поверхні, які з’єднують болти. Кредит зображення: Крейг Чендлер | Університетська комунікація та маркетинг
Це лише три яскраві приклади того, як одне з найбільш неприємних і малозрозумілих явищ базової механіки — ослаблення болтів з часом — може створити хаос. Кіган Мур з Університету Небраски–Лінкольна вивчає, як це відбувається та як цьому можна запобігти за допомогою п’ятирічного гранту в розмірі 727,410 XNUMX доларів США від Програми раннього розвитку кар’єри факультету Національного наукового фонду.
«Ослаблені болти не просто винні в резонансних катастрофах; вони становлять загрозу в повсякденному житті, від обладнання для дитячих майданчиків і автомобілів до біомедичних імплантатів і космічного телескопа Джеймса Вебба», — сказав Мур, доцент кафедри інженерії машинобудування та матеріалів.
Мур сказав, що незважаючи на всюдисущість болтів і гвинтів в інфраструктурі всіх типів, мало що розуміють про те, як динаміка конструкції може впливати на їх ослаблення під час нормальної роботи.
«Ослаблення болтів і з’єднань вивчали з часів промислової революції, тому що з тих пір це проблема», — сказав Мур.
Він сподівається, що його дослідження дасть відповідь на деякі з цих питань. Він зосередиться на ротаційному розпушуванні, яке спричинене вібрацією в конструкціях.
Стопорні шайби є найпоширенішим підходом, який використовується для запобігання ослабленню болтів, але в багатьох випадках вони неефективні або навіть збільшують швидкість ослаблення. Інші підходи, включаючи крутні гайки та використання двох гайок на болті, здається, у кращому випадку затримують, а не запобігають ослабленню.
Проект Мура вимірюватиме умови контакту інтерфейсу — поверхні, які болт утримує разом — за допомогою високошвидкісних цифрових камер, які фільм з тисячами кадрів в секунду. Він вважає, що деформації, виміряні навколо головки болта або гайки, можуть бути зіставлені з умовами контакту всередині розділу навколо отвору для болта. Він також створить модельні рамки для відтворення динаміки ослаблення та визначення того, як динаміка конструкції впливає на ослаблення болтів.
«Сподіваємось, це дасть нам нове вікно того, що відбувається в інтерфейсі, якого ми ніколи не мали раніше, і ми зможемо виміряти, як це змінює динаміку, коли болт ослаблюється та коли конструкція тремтить», — сказав Мур.
Одним із ключових завдань є розуміння того, як один гвинт, що ослаблюється, може вплинути на іншу частину конструкції.
«Зміни в одному гвинті можуть спричинити драматичні зміни в інших місцях… не лише збій, а й зміни в роботі», — сказав він.
Послаблення болтів є одним із аспектів старіючої інфраструктури Америки. Він сподівається, що його дослідження може призвести до прогнозного технічного обслуговування, яке буде зосереджено на конкретних ймовірних проблемних областях, що є ефективнішим, ніж намагатися контролювати всі болти.
Як і у всіх КАР'ЄРА гранти Мура включає освітній компонент. Він планує «гейміфікувати» існуючі курси динаміки в машинобудуванні, розвиваючи спільне, а не змагальне навчання, засноване на іграх, і створити лабораторію динаміки віртуальної реальності, «щоб викликати захоплення та цікавість у класі та трансформувати обмін ідеями». Він також планує створити новий випускний курс з ігрового навчання.
NSF КАР'ЄРА Нагороди підтримують викладачів, які вже навчалися на посаді, які є прикладом ролі вчителя-науковця завдяки видатним дослідженням, чудовій освіті та інтеграції освіти та досліджень.
джерело: Університет Небраски-Лінкольн
