Uso de sujetador probabilístico de velcro como fricción.

Sep 09, 2023

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 19399 (2022) Citar este artículo

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Los sujetadores probabilísticos son dispositivos de sujeción de inspiración biológica que están entrelazados por vástagos en cada superficie. Debido a las características dinámicas del mecanismo de sujeción, inevitablemente se produce fricción entre los vástagos en un entorno vibratorio. En este estudio, se investigó el uso del sujetador probabilístico como componente de reducción de vibraciones con las ventajas del amortiguamiento inducido por fricción. La rigidez dinámica y el factor de pérdida del sujetador probabilístico se derivaron de la interacción de la vibración con una estructura mecánica. Esto permitió determinar la disipación de energía debido a la fricción en gancho y bucle a partir del análisis de propagación de ondas. A medida que aumentaba la amplitud de la vibración, el factor de pérdida del sujetador aumentaba gradualmente debido a que aumentaba la fricción entre múltiples vástagos. Con la aplicación de sujetadores probabilísticos, la generación y transmisión de vibraciones se redujeron en comparación con la unión atornillada debido a los contactos de fricción inherentes. Con esta ventaja única, el sujetador probabilístico tiene aplicaciones potenciales cuando se requiere una gran amortiguación con un beneficio adicional en el peso reducido.

Las demandas de reducción de ruido y vibraciones están aumentando para mejorar el rendimiento de los sistemas mecánicos, como los aparatos electrónicos y los automóviles. La reducción de vibraciones innecesarias es un factor de diseño significativo para la verificación de la durabilidad, la precisión y el rendimiento de calidad del sistema de una máquina. La energía de vibración se transmite desde los componentes operativos, incluidos los motores, los motores y los compresores, a través de los sujetadores a los entornos circundantes. Los sujetadores en estructuras ensambladas reducen la transmisión de vibraciones y evitan el ruido de zumbidos, chirridos y traqueteos (BSR). El ruido BSR se genera por contactos friccionales entre componentes adyacentes1. El análisis de transmisión de energía de ondas de flexión es necesario para analizar la influencia de las juntas en el comportamiento vibratorio2. El enfoque de onda consideró varias combinaciones de profundidad de costilla y espaciado de pernos. El ruido en el interior del vehículo se midió cuando los trenes circulaban a diferentes velocidades sobre la misma sección de vía sin balasto equipada con dos tipos de sujetadores de riel3. De acuerdo con la rigidez de las sujeciones del riel, los espectros del ruido interno mostraron la banda de frecuencia de las generaciones de ruido aéreo y estructural. Para prevenir el ruido BSR, se propusieron varias prácticas de diseño efectivas4. Se recomendaron los sujetadores a lo largo de la superficie de la moldura y los sistemas de sujeción híbridos que incorporaron juntas de soporte de carga y sin carga.

Los pernos roscados se usan ampliamente debido a varias ventajas, como la operación simple, el bajo costo y la alta resistencia a la tracción. Los pernos de sujeción pierden su fuerza de sujeción al aflojarse solos, especialmente cuando se exponen a excitaciones transversales5. El aflojamiento de los pernos induce la falla de las conexiones articuladas. Es importante aumentar la fiabilidad de los pernos evitando que se aflojen solos6. Toh et al.7 evaluaron la fuerza de sujeción del perno en el brazo inferior del vehículo a través de la frecuencia de resonancia de la vibración. La rigidez dinámica de la unión atornillada se evaluó en materiales compuestos laminados mediante el análisis de propagación de ondas de flexión8. Para aumentar el rendimiento de reducción de vibraciones de las uniones atornilladas, se utilizaron materiales amortiguadores viscoelásticos9.

Recientemente, los métodos de fijación convencionales han sido reemplazados por adhesivos. La unión adhesiva tiene la ventaja de una distorsión mínima del componente en comparación con las piezas soldadas10. La unión adhesiva proporciona una rigidez mejorada en comparación con los sujetadores convencionales o la soldadura por puntos porque crea una unión continua en lugar de puntos de contacto locales. Como resultado, se generaron tensiones distribuidas uniformemente en un área grande en el sujetador11. El adhesivo exhibió un buen rendimiento de absorción de energía e indujo propiedades eficientes de amortiguación de ruido y vibraciones12. Con las ventajas de la aplicación a estructuras compuestas, las aplicaciones de unión adhesiva se están expandiendo rápidamente. La unión adhesiva tiene una aplicación limitada para los sistemas que requieren volver a ensamblarse.

Velcro® es un tipo de sujetador probabilístico de velcro inspirado en una variedad de naturaleza, incluida la madera, la semilla de bardana y la pata de araña13. Con la creciente demanda de dispositivos de sujeción, se propusieron varios tipos de sujetadores probabilísticos novedosos14. Como se muestra en la Fig. 1, el sistema de sujeción Dual-Lock® consiste en un respaldo de poliolefina cubierto con pequeños vástagos en forma de hongo. Debido al rendimiento de la unión resistente a los impactos de los materiales flexibles, este sistema de sujeción probabilística se utiliza en una variedad de aplicaciones de unión en la industria automotriz, incluidas tiras decorativas, techos interiores, techos corredizos y paneles de puertas. El ruido de los dispositivos asistidos por vacío se redujo mediante el uso de Velcro® como material amortiguador de capas15.

Cierre Dual-Lock que consiste en un respaldo de poliolefina cubierto con pequeños tallos en forma de hongo.

El comportamiento no lineal hiperelástico de los sujetadores se midió en función de la fricción y los desplazamientos16. En la dirección de corte, se exploró la dinámica de fricción de los sistemas de velcro de acuerdo con los parámetros típicos de velocidad de accionamiento, carga aplicada y área de contacto aparente17. Se realizó un estudio sobre las pruebas de pelado a través de las características de comportamiento del mecanismo de unión de gancho y bucle18. Recientemente, se desarrolló un sujetador de gancho y bucle novedoso hecho de alambres delgados de níquel titanio. Las características únicas de estos sujetadores, como el ajuste de la fuerza por energía térmica, la reproducibilidad y la robustez de la sujeción, se estudiaron a partir de la superelasticidad de los microhilos de níquel titanio19. Se han realizado pocos estudios sobre las características dinámicas de los sujetadores probabilísticos como componente reductor de vibraciones. Para que los sujetadores probabilísticos se apliquen a varios sistemas operativos, es necesario estudiar las características dinámicas. Chowdhury et al.20 investigaron el efecto sobre el coeficiente de fricción según la amplitud de vibración para varios materiales. A medida que aumentaba la amplitud de la vibración, disminuía el coeficiente de fricción del material, lo que significa que disminuía la capacidad del material para disipar la energía de vibración en otra energía, como la energía térmica. Dado que los vástagos que constituyen el sujetador probabilístico están enredados y unidos, se producen contactos debido al comportamiento de tensión y compresión en un entorno de vibración. El movimiento relativo de dos objetos induce una amortiguación local por la fricción causada por el contacto vibratorio. La respuesta forzada de un sistema de vibroimpacto se analiza de la siguiente manera21:

donde u es el desplazamiento hacia la dirección de movimiento, m es la masa del cuerpo en movimiento, k es la constante de resorte lineal, n es el valor del punto de contacto elástico hertziano y \(\lambda\) es el factor de amortiguamiento. El factor de amortiguamiento se calcula de la siguiente manera:

donde α es el coeficiente de restitución. Para caracterizar las características de fricción, es necesario evaluar las propiedades de amortiguamiento y los efectos del ciclo de histéresis para los múltiples vástagos en el sujetador probabilístico.

En este estudio, se realizaron experimentos para comprender la capacidad de reducción de vibraciones por las propiedades de fricción del sujetador probabilístico. Para medir las propiedades dinámicas, se realizó una prueba de vibración para la viga en voladizo que interactúa con el soporte del sujetador. La influencia del sujetador fue analizada por la rigidez traslacional. La interacción de vibraciones fue analizada y comparada con el modelo teórico para las evaluaciones. Se estudió la influencia del espesor de elongación de los vástagos sobre el comportamiento del sujetador. También se investigó el rendimiento de amortiguación de vibraciones del sujetador probabilístico en comparación con los materiales poliméricos. Se midió la influencia de la fricción causada por la vibración que se produce en el sujetador sobre el rendimiento de reducción de la vibración. Las pruebas de vibración se realizaron utilizando las dos vigas idénticas unidas por el sujetador probabilístico. El rendimiento de la fijación se comparó con el de la unión atornillada.

Las propiedades del sujetador influyen en la vibración de la estructura de soporte. Para analizar la interacción de la vibración, la vibración de la estructura soportada se analizó como

donde w es el desplazamiento transversal, D es la rigidez a la flexión por unidad de longitud y Mb es la masa por unidad de longitud22. Para una vibración armónica de \(w(x,t) = {\text{Re}} \{ \hat{w}(x)e^{i\omega t} \}\), la respuesta de vibración se analiza como

donde \(\hat{k}_{b}\) es el número de onda, \(\hat{A}_{i} \, (i = 1, \ldots , 4)\) son las amplitudes complejas, respectivamente. Las condiciones de contorno de la viga en voladizo excitada con una fuerza puntual se dieron como

donde F es la fuerza aplicada en el extremo libre, \(\hat{D} = D(1 + j\eta_{D} )\) es la rigidez compleja a la flexión, \(\hat{S}_{t} = S_{t} (1 + j\eta_{{S_{t} }} )\) es la rigidez traslacional del sujetador, \(\eta_{D}\) y \(\eta_{{S_{t} }}\) son los factores de pérdida correspondientes, a y b son las longitudes entre el sujetador y ambos extremos de la viga, respectivamente. En este estudio, se despreció la rigidez rotacional del sujetador. Aplicando las ocho condiciones de contorno de la Ec. (5) a la ecuación. (4), la función de transferencia se obtuvo como

donde x1 es la ubicación del acelerómetro instalado en el haz, \(\Lambda\) son \(\phi\) la amplitud y la fase de la función de transferencia. Las propiedades de vibración en la ecuación. (6) es la función de la rigidez del complejo Velcro, \(\hat{S}_{t}\). La ecuación se resolvió mediante el método de Newton-Raphson23. La rigidez compleja obtenida por el método numérico correspondió a las propiedades viscoelásticas en las bandas de frecuencia medidas.

Para la evaluación de las propiedades de amortiguación de las juntas de velcro, los experimentos de vibración se realizaron a temperatura ambiente (21–23 °C). La configuración experimental para la prueba de vibración se muestra en la Fig. 2a. La viga de aluminio estaba sujeta en un extremo. La longitud, el ancho y el espesor de la viga fueron de 400, 30 y 20 mm, respectivamente. Un agitador en el extremo libre proporcionaba la excitación vibratoria. Las pruebas se realizaron con excitación aleatoria durante 17,3 segundos. Se promediaron un total de 50 respuestas de vibración para obtener las funciones de respuesta de frecuencia. Las respuestas de vibración de la viga se midieron con acelerómetros (Bruel y Kjaer, Tipo 4507) a 100 y 400 mm del extremo fijado, respectivamente. La muestra del sujetador se instaló en la dirección de la excitación para soportar la viga a 250 mm del extremo sujetado. Como se muestra en la Fig. 2b, la muestra de sujetador probabilístico utilizada en este estudio fue Dual-lock® (3M, Tipo SJ3550). En los experimentos se utilizaron poliestireno extruido (EPS) y monómero de etileno propileno dieno (EPDM), que se utilizan ampliamente como tratamientos de amortiguación de vibraciones de polímeros. La longitud y el ancho del sujetador probabilístico y las muestras de polímero fueron de 20 y 30 mm, respectivamente. En la Tabla 1 se presenta un resumen de la configuración experimental. Para investigar la fricción causada por la vibración, se midieron las propiedades dinámicas con elongación gradual del sujetador hasta el desprendimiento.

(a) Configuración experimental de la viga en voladizo unida con un espécimen de fijación. (b) Se fijaron a la viga sujetadores probabilísticos, poliestireno extruido (EPS) y monómero de etileno propileno dieno (EPDM). ( c ) Esquema de la configuración experimental para investigar los efectos del espesor del sujetador. Los materiales de sujetadores y polímeros se analizaron como la rigidez traslacional.

La Fig. 2c muestra el esquema de los experimentos de vibración mediante los cuales se midieron las propiedades dinámicas. El grosor del sujetador se define de la siguiente manera:

donde h0 es el espesor cuando el sujetador está más comprimido y \(\Delta\) es la longitud de elongación. Los ensayos se realizaron variando el espesor del sujetador en 0,2 mm, desde 2,6 mm (el sujetador estaba a máxima compresión) hasta 4,8 mm (valor antes del desprendimiento completo). El elemento resorte del soporte tiene una influencia significativa en la respuesta vibratoria de la estructura24. En este estudio, se investigó el efecto del sujetador probabilístico asumido como un resorte de traslación en un solo lugar a través del análisis de propagación de ondas de la viga vibratoria.

Como se muestra en la Fig. 3, también se realizó una prueba de vibración uniaxial para medir los bucles de histéresis de los materiales poliméricos y el sujetador probabilístico. Se insertó una placa plana para medir el desplazamiento entre la muestra y el transductor de fuerza. El otro lado de la muestra se unió al extremo fijo. El largo y ancho de las probetas de EPS, EPDM y sujetador probabilístico fueron de 25 mm y 20 mm, respectivamente. Se instaló un transductor de fuerza en el agitador para medir la fuerza aplicada a la muestra. Se instalaron dos sensores láser para medir el desplazamiento de la placa que representaba el movimiento de la probeta. Mientras la muestra se excitaba a 100 Hz, los bucles de histéresis se adquirieron del transductor de fuerza y ​​el sensor de desplazamiento.

Configuración de prueba de tensión y compresión uniaxial para medir los bucles de histéresis de los materiales poliméricos y el sujetador probabilístico.

La Fig. 4a presenta las funciones de transferencia de vibraciones del voladizo con el sujetador probabilístico. La figura 4 muestra las funciones para valores de espesor de elongación seleccionados (0, 1, 1,6 y 2 mm) de las pruebas realizadas. Las respuestas de vibración medidas se compararon y mostraron acuerdos muy estrechos con los valores predichos utilizando la ecuación. (6). Para mediciones sin el sujetador probabilístico, la amortiguación fue insignificantemente pequeña. El sujetador probabilístico incrementó el amortiguamiento y las frecuencias naturales debido a la rigidez del soporte.

(a) Comparación de las respuestas de vibración predichas y medidas del voladizo para diferentes espesores del sujetador probabilístico. (b) Los factores de rigidez y pérdida del sujetador probabilístico calculados a partir de las respuestas de vibración medidas.

A medida que el espesor del sujetador aumentaba hasta 1,0 mm, la frecuencia de resonancia disminuía. Los desprendimientos de los vástagos del extremo fijo indujeron la reducción de la rigidez del sujetador. A medida que el espesor aumentaba más allá de los valores de 1,0 mm, aumentaba la frecuencia de resonancia del haz en voladizo. Esto representó el aumento de la rigidez del sujetador. El aumento de la rigidez del sujetador continuó hasta que el valor del espesor fue de 1,6 mm. Cuando el grosor aumentó aún más, la frecuencia de resonancia disminuyó debido a las separaciones de los tallos y los consiguientes desprendimientos.

Como se muestra en la Fig. 4b, las propiedades dinámicas del sujetador probabilístico se calcularon a partir de las respuestas de vibración medidas. En el estado de máxima compresión del sujetador, la rigidez fue mayor. A medida que el espesor de elongación aumentaba a 1 mm, la rigidez se hacía pequeña. A medida que aumentaba más el grosor, la rigidez aumentaba gradualmente. Con la ocurrencia de una separación parcial con el aumento del espesor a 2 mm, la rigidez se hizo insignificantemente pequeña. Los factores de pérdida se calcularon en 0,3 con una dependencia mínima del estado de compresión. El mayor factor de pérdida se obtuvo cuando el espesor de elongación fue de 2 mm.

Las propiedades dinámicas medidas se promediaron en el rango de 100 a 1600 Hz, y las propiedades representativas del sujetador probabilístico se muestran en la Fig. 5. Las Figuras 5a y b muestran la influencia del espesor del sujetador en los valores promedio y las desviaciones estándar de dinámica rigidez y factor de pérdida. Los resultados muestran una estrecha concordancia con el observado a partir de las frecuencias de resonancia de vibración. Las Fig. 5c–e muestran los vástagos del espécimen de sujetador probabilístico. Como se muestra en las Fig. 5c y d, los vástagos deformados se desplegaron y la rigidez disminuyó drásticamente con el alargamiento del sujetador. La rigidez disminuyó en este rango. En la Fig. 5e, las cabezas de los sujetadores probabilísticos en la parte superior e inferior se entrelazaron entre sí con un espesor de 1,8 mm e indujeron un ligero aumento en la rigidez. Este aumento local de rigidez fue causado por las características de la cabeza y tuvo el efecto de evitar que los sujetadores probabilísticos se separaran13,17. Con el aumento adicional en el espesor, se produjo la separación de las cabezas. Como se muestra en la Fig. 5b, los factores de pérdida se midieron como 0,3 para el espesor de la muestra de 1,6 mm. El factor de pérdida aumentó a 0,6 desde el espesor de 1,8 mm donde ocurrieron las separaciones de cabeza. Cuando el sujetador probabilístico se comprimió o tensó, suprimió efectivamente la ocurrencia de contactos relativos entre las dos estructuras con la rigidez creciente.

Propiedades dinámicas del espécimen de sujetador probabilístico, (a) rigidez y (b) factor de pérdida. Variaciones de la forma de la muestra según las variaciones de espesor: (c) 0 mm, (d) 1,0 mm y (e) 1,6 mm.

Para contactos entre componentes constituyentes, el bucle de histéresis induce la disipación de energía vibratoria21. Los bucles de histéresis del material polimérico y el sujetador probabilístico generados en un entorno vibratorio se muestran en la Fig. 6. Como se muestra en las Fig. 6a y b, los bucles de histéresis para EPS y EPDM se comportaron linealmente para la pequeña deformación ocurrida debido a la presión externa. vibración. EPS y EPDM tenían una rigidez casi constante independientemente del desplazamiento. Como se muestra en la Fig. 6c, la rigidez del sujetador probabilístico cambió según el desplazamiento. Cuando el desplazamiento era grande, la colisión entre los grandes vástagos aumentaba la rigidez, lo que contribuía al aumento del área del bucle de histéresis. A partir de los bucles de histéresis, la relación de amortiguamiento para EPDM, EPS y el sujetador probabilístico se calculó como 0,087, 0,056 y 0,405, respectivamente. Dado que el sujetador probabilístico es una estructura en la que se enganchan las cabezas, la disipación de energía debido a la fricción depende de la forma y la propiedad de la cabeza. Además, la amplitud creciente de la vibración provocó mayores contactos de fricción entre los cabezales, lo que llevó a un área más grande del ciclo de histéresis. El ciclo de histéresis representó las propiedades mecánicas para una vibración de frecuencia única. En este estudio, los experimentos de vibración del haz se realizaron para derivar las propiedades mecánicas de los materiales poliméricos y sujetadores probabilísticos en la banda de frecuencia amplia a través de la función de transferencia de vibración.

Bucles de histéresis de (a) EPS, (b) EPDM y (c) el sujetador probabilístico.

Los vástagos vibrantes en el sujetador probabilístico sufren contactos de fricción. Para verificar el comportamiento de amortiguamiento de los contactos, se realizaron experimentos de vibración con magnitudes de respuesta crecientes. Para controlar la magnitud de la vibración, la fuerza de entrada del vibrador se incrementó de 0,60 a 1,70 N. Para investigar el rendimiento de amortiguación de los contactos de fricción, se compararon las propiedades dinámicas del sujetador probabilístico y los materiales poliméricos. La Figura 7a muestra la respuesta de vibración de la viga en voladizo unida con el sujetador probabilístico y los efectos de la magnitud de excitación. Cuando la magnitud de excitación aumenta, la frecuencia de resonancia y la amplitud de vibración disminuyen. Las figuras 7b y c muestran las propiedades dinámicas promedio y la desviación estándar obtenidas de las pruebas de vibración. Las propiedades viscoelásticas de los materiales poliméricos se estimaron constantes independientemente de la intensidad de excitación. El rendimiento de amortiguación de vibraciones de los materiales poliméricos dependía de la temperatura25. En este estudio, nos enfocamos en los diferentes mecanismos de amortiguamiento de los sujetadores probabilísticos de los materiales poliméricos. Las pruebas de vibración se realizaron a temperatura ambiente (21–23 °C). Como se muestra en la Fig. 7b, la rigidez del sujetador probabilístico fue mucho mayor que la de los materiales poliméricos. A medida que aumentaba la energía de excitación, disminuía la rigidez del sujetador probabilístico. Como se muestra en la Fig. 7c, en el caso de la magnitud de vibración más pequeña, los factores de pérdida del sujetador probabilístico, EPS y EPDM fueron 0.253, 0.116 y 0.099, respectivamente. Además, en el caso de la mayor magnitud de vibración, el factor de pérdida del sujetador probabilístico aumentó a 0,384, mientras que para EPS y EPDM mostraron variaciones insignificantes de 0,117 y 0,108, respectivamente. El rendimiento de amortiguación creciente del sujetador fue mucho mayor que el de los materiales poliméricos en ambientes ruidosos. El factor de pérdida pronosticado que se muestra en la Fig. 7c se obtuvo aplicando las propiedades de Dual-Lock, n = 1,2 y α = 0,2 s/m. El factor de pérdida predicho por la ecuación. (1) también aumentó con el aumento de la amplitud de vibración. A medida que múltiples vástagos se enredaban entre sí, se generaba el bucle de histéresis, que exhibió un excelente rendimiento de disipación de energía de vibración. A través de la comparación con los materiales poliméricos, los experimentos presentados mostraron el gran rendimiento de amortiguación de vibraciones del sujetador probabilístico.

Efecto de la magnitud de excitación en la respuesta de vibración con. (a) Respuesta de vibración medida del voladizo soportado con el sujetador probabilístico. Comparación de las propiedades dinámicas del sujetador probabilístico y los materiales poliméricos: (b) rigidez y (c) factores de pérdida.

Para investigar el rendimiento de reducción de la transmisión de la fuente de vibración cuando se aplica el sujetador probabilístico a la estructura, se realizó una prueba de vibración en la estructura conjunta con la configuración que se muestra en la Fig. 8. La prueba de vibración se llevó a cabo conectando dos vigas de acero con sujetador y sujeción de un extremo a un vibrador. Como en los experimentos anteriores, el agitador proporcionó la excitación aleatoria durante 17,3 segundos. Se promediaron un total de 50 respuestas de vibración para obtener las respuestas de vibración. La longitud, el ancho y el espesor de la viga fueron de 180, 30 y 1 mm, respectivamente. Las respuestas de vibración de la viga se midieron con acelerómetros a 0 y 270 mm del extremo sujeto, respectivamente. Como se muestra en la Fig. 8c, se utilizó el mismo Dual-Lock que en el experimento anterior para sujetar las dos vigas. Para comparar el rendimiento de la transferencia de vibraciones, se usaron tres pernos y tuercas de acero inoxidable convencionales para sujetar las dos vigas en el mismo lugar. El diámetro del perno era de 5 mm. El paso del perno era de 0,8 mm.

( a ) Esquema de la configuración experimental ( b ) y su imagen para investigar el rendimiento de reducción de la transmisión de vibraciones del espécimen de sujetador. (c) Imágenes del sujetador probabilístico y pernos que conectan las vigas.

La respuesta a la vibración de la estructura se vio afectada por la fuerza de sujeción del perno. Sin embargo, el rango de excitación utilizado en este estudio es de hasta 3200 Hz, por lo que el efecto del cambio en la respuesta de vibración según la condición de sujeción del perno fue despreciable excepto en situaciones muy extremas. El modo de alta frecuencia se vio afectado solo cuando el ajuste del perno estaba completamente flojo. La figura 9 muestra la respuesta de vibración para la variación del par de apriete del perno. Los pernos se apretaron con una llave dinamométrica (Tohnichi). Cuando el par de apriete del perno fue mayor a 2 Nm, la respuesta de vibración de flexión de la estructura de la viga no presentó variaciones. El par de apriete de 7 Nm se utilizó como valor representativo y se usó como comparación.

Respuesta a la vibración de la viga según el par de apriete de los tornillos.

Las funciones de transferencia de vibraciones se muestran en la Fig. 10. El peso del Dual-lock utilizado en el experimento fue de 0,98 g. El perno y la tuerca pesaban 2,18 gy 1,23 g, respectivamente. Debido a que el sujetador probabilístico mostró una rigidez dinámica más baja que la unión atornillada, las frecuencias de resonancia de vibración medidas de las vigas unidas fueron más pequeñas. Como resultado del cálculo del factor Q para el primer pico se obtuvo 3.34 y 11.41 para pernos y sujetador probabilístico, respectivamente. Debido a que el sujetador probabilístico tiene un alto rendimiento de amortiguación debido a la fricción, la magnitud de la vibración en la viga conectada se redujo significativamente en comparación con las ensambladas por la unión atornillada. Para la magnitud de vibración de 10 a 3200 Hz, el sujetador probabilístico mostró una reducción de 6,1 dB en la transmisión de vibración en comparación con la unión atornillada.

Respuesta a la vibración de la estructura de la viga ensamblada con diferentes sujetadores - Probabilística más rápido y atornillado.

El sujetador probabilístico es un dispositivo de sujeción que se enclava en sus respectivas superficies y proporciona una alta disipación de energía por fricción en un entorno vibratorio. Se realizó un estudio para investigar las características dinámicas del sujetador probabilístico como componente de reducción de vibraciones. Se realizaron pruebas de vibración para diferentes espesores de elongación del sujetador probabilístico y la magnitud de excitación. En este estudio, se investigó el efecto del sujetador asumido como un resorte de traslación en una sola ubicación en una viga vibrante a través del análisis de propagación de ondas. Se derivó la rigidez compleja en el rango de frecuencia. Se observó la variación de la rigidez compleja debido al comportamiento de contacto del vástago. La amortiguación de vibraciones del sujetador probabilístico se comparó con los materiales poliméricos. Dado que la fricción y el impacto dentro del sujetador variaban según la magnitud de la vibración, el rendimiento de amortiguación de vibraciones del sujetador también aumentaba con el aumento de la magnitud de la vibración. La transmisión de vibraciones se midió conectando las dos vigas mediante el sujetador probabilístico. Cuando se utilizó el sujetador probabilístico en lugar de la unión atornillada, la reflexión y la transmisión de la vibración se redujeron en toda la banda de frecuencia. Estos resultados sugieren la ventaja del sujetador probabilístico en la prevención de contactos vibratorios no deseados y respuestas de estructuras ensambladas.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

Lee, J., Lee, S., Kwak, Y., Kim, B. & Park, J. Características temporales y espectrales de los ruidos BSR e influencia en la percepción auditiva. J. Mec. ciencia 29, 5199–5204 (2015).

Google Académico

Bosmans, I. & Nightingale, TR Modelado de la transmisión de energía vibratoria en uniones atornilladas entre una placa y una nervadura de refuerzo. J. Acústica. Soc. Soy. 109, 999–1010 (2001).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Li, L. et al. Influencia de la rigidez de los sujetadores de rieles en el ruido interior de los vehículos ferroviarios. aplicación acústico 145, 69–81 (2019).

Artículo Google Académico

Gosavi, SS Detección y prevención de zumbidos, chirridos y traqueteos (BSR) en automóviles. Tecnología SAE. Papilla. 2005–26, 056 (2005).

Google Académico

Zadoks, R. & Yu, X. Una investigación del comportamiento de autoaflojamiento de los pernos bajo vibración transversal. J. Sonido Vibración. 208, 189–209 (1997).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Bhattacharya, A., Sen, A. & Das, S. Una investigación sobre las características anti-aflojamiento de sujetadores roscados bajo condiciones vibratorias. mecánico Mach. Teoría. 45, 1215–1225 (2010).

Artículo MATEMÁTICAS Google Académico

Toh, G., Gwon, J. y Park, J. Determinación de la fuerza de sujeción utilizando las respuestas de vibración de los pernos durante el proceso de apriete. Aplicación J. ciencia 9, 5379 (2019).

Artículo Google Académico

Kwak, Y., Park, SM & Park, J. Propiedades dinámicas de uniones atornilladas en materiales compuestos laminados evaluadas mediante la propagación de ondas de flexión. mecánico Res. común 92, 37–42 (2018).

Artículo Google Académico

Hammami, C., Balmes, E. & Guskov, M. Diseño y ensayo numérico de una estructura ensamblada de una unión atornillada con amortiguamiento viscoelástico. mecánico sist. Proceso de señal. 70, 714–724 (2016).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Gourd, L. Fundamentos de la soldadura: principios de la tecnología de soldadura, 3.ª ed. (Arnold, 1995).

Google Académico

Adderley, C. Unión adhesiva. Mate. Des. 9, 287–293 (1988).

Artículo CAS Google Académico

Vervaeke, R., Debruyne, S. & Vandepitte, D. Análisis numérico y experimental del rendimiento de amortiguación de vibraciones del adhesivo de poliuretano en operaciones de máquinas. En t. J. Adhes. Adhesivos 90, 47–54 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Kretschmann, D. Mecánica de velcro en madera. nacional mater 2, 775-776 (2003).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Messler, RW Tendencias en tecnologías clave de unión para el siglo XXI. asamblea automático 20, 118–128 (2000).

Artículo Google Académico

Rose, MT, Control de ruido de inodoros asistidos por vacío, tesis y disertaciones, 8789. Universidad Brigham Young. (2019).

Pugno, NM Mecánica no lineal de Velcro®. aplicación física Letón. 90, 121918 (2007).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Mariani, LM, Esposito, CM & Angiolillo, PJ Observaciones de fricción stick-slip en Velcro®. Tribol. Letón. 56, 189–196 (2014).

Artículo Google Académico

Williams, J., Davies, S. & Frazer, S. El pelado de sujetadores probabilísticos flexibles. Tribol. Letón. 26, 213–222 (2007).

Artículo Google Académico

Vokoun, D., Pilch, J., Kadeřávek, L. y Šittner, P. Resistencia de los sujetadores superelásticos tipo velcro de NiTi. Metales 11, 909 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Chowdhury, MA & Helali, M. El efecto de la amplitud de vibración en el coeficiente de fricción para diferentes materiales. Tribol. En t. 41, 307–314 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Hunt, KH & Crossley, FRE Coeficiente de restitución interpretado como amortiguamiento en vibroimpacto. Aplicación J. mecánico 42, 440–445 (1975).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Park, J. Métodos de función de transferencia para medir propiedades mecánicas dinámicas de estructuras complejas. J. Sonido Vibración. 288, 57–79 (2005).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Park, J., Lee, J. & Park, J. Medición de propiedades viscoelásticas a partir de la vibración de una viga compatible con soporte. J. Acústica. Soc. Soy. 130, 3729–3735 (2011).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Park, J., Mongeau, L. & Siegmund, T. Influencia de las propiedades del soporte en el sonido radiado por las vibraciones de placas rectangulares. J. Sonido Vibración. 264, 775–794 (2003).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Grigoryeva, O. et al. Elastómeros termoplásticos a base de polietileno de alta densidad reciclado, caucho monomérico de etileno-propileno-dieno y caucho molido para neumáticos. Aplicación J. polim. ciencia 95, 659–671 (2005).

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Este trabajo fue apoyado por la subvención del Instituto Coreano de Evaluación y Planificación de Tecnología Energética (KETEP) financiada por el gobierno de Corea (MOTIE) (No. 202100000000912).

Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Hanyang, 222 Wangsimni-Ro, Seongdong-Gu, Seúl, 04763, República de Corea

Semin Kwon, Jonghoon Jeon, Seungjeok Yoo y Junhong Park

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Este SK y JP propusieron el estudio. SK, JJ y SY realizaron los experimentos y analizaron los datos experimentales. SK y JP escribieron el artículo. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia al Parque Junhong.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Kwon, S., Jeon, J., Yoo, S. et al. Uso de sujetador probabilístico de velcro como tratamiento amortiguador de vibraciones inducidas por fricción. Informe científico 12, 19399 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23946-8

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Recibido: 06 junio 2022

Aceptado: 08 noviembre 2022

Publicado: 12 noviembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23946-8

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