Utilizzo del velcro di fissaggio probabilistico come attrito

Jun 19, 2023

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19399 (2022) Citare questo articolo

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Gli elementi di fissaggio probabilistici sono dispositivi di bloccaggio ispirati alla biologia che sono interbloccati da steli su ciascuna superficie. A causa delle caratteristiche dinamiche del meccanismo di fissaggio, l'attrito si verifica inevitabilmente tra gli steli in un ambiente vibrante. In questo studio è stato studiato l'uso dell'elemento di fissaggio probabilistico come componente per la riduzione delle vibrazioni, con i vantaggi derivanti dallo smorzamento indotto dall'attrito. La rigidità dinamica e il fattore di perdita dell'elemento di fissaggio probabilistico sono stati derivati ​​dall'interazione delle vibrazioni con una struttura meccanica. Ciò ha consentito la determinazione della dissipazione di energia dovuta all'attrito nel gancio e nel circuito dall'analisi della propagazione delle onde. All'aumentare dell'ampiezza della vibrazione, il fattore di perdita dell'elemento di fissaggio aumentava gradualmente perché aumentava l'attrito tra più steli. Con l'applicazione del fissaggio probabilistico, la generazione e la trasmissione delle vibrazioni sono state ridotte rispetto al giunto bullonato a causa dei contatti di attrito intrinseci. Con questo vantaggio unico, il fissaggio probabilistico ha potenziali applicazioni quando è richiesto un elevato smorzamento con ulteriore vantaggio sul peso ridotto.

Le richieste di riduzione del rumore e delle vibrazioni sono in aumento per migliorare le prestazioni dei sistemi meccanici come gli apparecchi elettronici e le automobili. La riduzione delle vibrazioni non necessarie è un fattore di progettazione significativo per la verifica della durata, della precisione e delle prestazioni di qualità di un sistema di macchine. L'energia delle vibrazioni viene trasmessa dai componenti operativi inclusi motori, propulsori e compressori attraverso elementi di fissaggio agli ambienti circostanti. Gli elementi di fissaggio nelle strutture assemblate riducono la trasmissione delle vibrazioni e prevengono ronzii, cigolii e rumori sonagli (BSR). Il rumore BSR è generato da contatti di attrito tra componenti adiacenti1. L'analisi della trasmissione dell'energia delle onde di flessione è necessaria per analizzare l'influenza dei giunti sul comportamento vibrazionale2. L'approccio ondulatorio ha considerato diverse combinazioni di profondità delle nervature e spaziatura dei bulloni. Il rumore a bordo dei veicoli è stato misurato quando i treni circolavano a velocità diverse sulla stessa sezione di binario non zavorrata dotata di due tipi di dispositivi di fissaggio delle rotaie3. In base alla rigidezza degli elementi di fissaggio delle rotaie, gli spettri del rumore interno hanno mostrato la banda di frequenza delle generazioni di rumore aereo e strutturale. Al fine di prevenire il rumore della BSR, sono state proposte diverse pratiche di progettazione efficaci4. Sono stati consigliati gli elementi di fissaggio lungo la superficie del rivestimento e i sistemi di fissaggio ibridi che incorporavano giunti sia portanti che non portanti.

I bulloni filettati sono ampiamente utilizzati grazie a numerosi vantaggi come il funzionamento semplice, il basso costo e l'elevata resistenza alla trazione. I bulloni di fissaggio perdono la loro forza di serraggio allentandosi automaticamente, soprattutto se esposti a sollecitazioni trasversali5. L'allentamento dei bulloni provoca il cedimento delle connessioni articolari. È importante aumentare l'affidabilità del bullone prevenendo l'autoallentamento6. Toh et al.7 hanno valutato la forza di serraggio del bullone nel braccio inferiore del veicolo attraverso la frequenza di risonanza delle vibrazioni. La rigidità dinamica del giunto bullonato è stata valutata nei compositi laminati mediante l'analisi della propagazione delle onde di flessione8. Per aumentare le prestazioni di riduzione delle vibrazioni dei giunti bullonati, sono stati utilizzati materiali smorzanti viscoelastici9.

Recentemente i metodi di fissaggio convenzionali sono stati sostituiti dagli adesivi. L'incollaggio adesivo presenta il vantaggio di una distorsione minima del componente rispetto alle parti saldate10. Il legame adesivo fornisce una rigidità migliorata rispetto ai dispositivi di fissaggio convenzionali o alla saldatura a punti perché crea un legame continuo anziché contatti puntuali locali. Di conseguenza, nell'elemento di fissaggio11 sono state generate sollecitazioni distribuite uniformemente su un'ampia area. L'adesivo ha mostrato buone prestazioni di assorbimento dell'energia e ha indotto efficaci proprietà di smorzamento del rumore e delle vibrazioni12. Con i vantaggi dell’applicazione alle strutture composite, le applicazioni di incollaggio adesivo si stanno espandendo rapidamente. L'incollaggio adesivo ha un'applicazione limitata per i sistemi che richiedono il riassemblaggio.