Causes de déroulement de l'ingénieur Husker, solutions au desserrage des boulons

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En 2011, l'un des véhicules aériens sans pilote les plus avancés d'Amérique s'est écrasé. En 2013, un accident de train à Paris a fait sept morts. Et en 2016, un train Union Pacific a déraillé à Mosier, Oregon, déversant 42 000 gallons de pétrole brut.

Ce ne sont là que trois exemples dramatiques de la façon dont l'un des phénomènes les plus vexants et les moins compris de la mécanique de base - le desserrage des boulons au fil du temps - peut créer des ravages. Keegan Moore, de l'Université du Nebraska-Lincoln, étudie comment cela se produit et comment cela pourrait être évité grâce à une subvention de 727 410 $ sur cinq ans du programme de développement de carrière en début de carrière de la National Science Foundation.

"Les boulons desserrés ne sont pas seulement à blâmer pour les catastrophes très médiatisées ; ils constituent une menace dans la vie quotidienne, des équipements de terrain de jeu et des voitures aux implants biomédicaux et au télescope spatial James Webb", a déclaré Moore, professeur adjoint de génie mécanique et des matériaux. .

Moore a déclaré que malgré l'omniprésence des boulons et des vis dans les infrastructures de tous types, on comprend peu de choses sur la façon dont la dynamique d'une structure peut influencer leur desserrage pendant le fonctionnement normal.

"Le desserrage des boulons et des joints a été étudié depuis la révolution industrielle parce que c'est un problème depuis lors", a déclaré Moore.

Il espère que ses recherches répondront à certaines de ces questions. Il se concentrera sur le desserrage par rotation, qui est causé par les vibrations dans les structures.

Les rondelles de blocage sont l'approche la plus couramment utilisée pour empêcher les boulons de se desserrer, mais dans de nombreux cas, elles sont inefficaces ou augmentent même le taux de desserrage. D'autres approches, y compris les écrous dynamométriques et l'utilisation de deux écrous sur un boulon, semblent au mieux retarder, et non empêcher, le desserrage.

Le projet de Moore mesurera les conditions de contact d'interface - les surfaces que le boulon maintient ensemble - à l'aide de caméras numériques à grande vitesse qui filment à des milliers d'images par seconde. Il pense que les contraintes mesurées autour de la tête de boulon ou de l'écrou peuvent être mises en correspondance avec les conditions de contact à l'intérieur de l'interface autour du trou de boulon. Il produira également des cadres de modélisation pour reproduire la dynamique du desserrage et déterminer comment la dynamique d'une structure influence le desserrage des boulons.

"Nous espérons que cela nous donnera une nouvelle fenêtre sur ce qui se passe dans l'interface que nous n'avons jamais eu auparavant et nous pourrons mesurer comment cela change la dynamique à mesure que le boulon se desserre et que la structure tremble", a déclaré Moore.

L'un des principaux défis consiste à comprendre comment un boulon qui se desserre peut avoir un impact ailleurs dans une structure.

"Des changements dans un boulon peuvent entraîner des changements dramatiques ailleurs… pas seulement des pannes, mais des changements de fonctionnement", a-t-il déclaré.

Le desserrage des boulons est l'un des aspects de l'infrastructure vieillissante de l'Amérique. Il espère que ses recherches pourraient mener à une maintenance prédictive qui se concentrerait sur des problèmes spécifiques probables, ce qui est plus efficace que d'essayer de surveiller tous les boulons.

Comme pour toutes les subventions CAREER, Moore's comprend un volet éducation. Il prévoit de "gamifier" les cours de dynamique existants en génie mécanique en développant un apprentissage collaboratif, non compétitif, basé sur le jeu et de créer un laboratoire de dynamique de réalité virtuelle "pour générer de l'excitation et de la curiosité dans la classe et transformer le partage d'idées". Il prévoit également de créer un nouveau cours de deuxième cycle sur l'apprentissage par le jeu.

Les prix NSF CAREER soutiennent les professeurs pré-titulaires qui illustrent le rôle des enseignants-chercheurs grâce à une recherche exceptionnelle, une excellente éducation et l'intégration de l'éducation et de la recherche.