Cause di srotolamento dell’ingegnere, soluzioni per l’allentamento dei bulloni

Nel 2011, uno dei veicoli aerei senza pilota più avanzati d’America si è schiantato. Nel 2013, un incidente ferroviario a Parigi ha ucciso sette persone. E nel 2016, un treno della Union Pacific è deragliato a Mosier, Oregon, rovesciando 42.000 galloni di petrolio greggio.

Questi sono solo tre esempi drammatici di come uno dei fenomeni più fastidiosi e poco compresi della meccanica di base – l’allentamento dei bulloni nel tempo – possa creare scompiglio. Keegan Moore dell’Università del Nebraska-Lincoln sta studiando come ciò avvenga e come potrebbe essere prevenuto con una sovvenzione quinquennale di $ 727.410 dal Faculty Early Career Development Program della National Science Foundation.

“I bulloni allentati non sono solo responsabili di catastrofi di alto profilo; sono una minaccia nella vita di tutti i giorni, dalle attrezzature per parchi giochi e automobili agli impianti biomedici e al telescopio spaziale James Webb”, ha affermato Moore, assistente professore di ingegneria meccanica e dei materiali.

Moore ha affermato che, nonostante l’ubiquità di bulloni e viti nell’infrastruttura di tutti i tipi, si sa poco su come la dinamica di una struttura possa influenzare il loro allentamento durante il normale funzionamento.

“L’allentamento di bulloni e giunti è stato studiato sin dalla rivoluzione industriale perché da allora è stato un problema”, ha detto Moore.

Spera che la sua ricerca risponda ad alcune di queste domande. Si concentrerà sull’allentamento rotazionale, che è causato dalle vibrazioni nelle strutture.

Le rondelle di sicurezza sono l’approccio più comune utilizzato per impedire l’allentamento dei bulloni, ma in molti casi sono inefficaci o addirittura aumentano la velocità di allentamento. Altri approcci, inclusi i dadi di serraggio e l’uso di due dadi su un bullone, sembrano ritardare, non prevenire, l’allentamento.

Il progetto di Moore misurerà le condizioni di contatto dell’interfaccia – le superfici che il bullone tiene insieme – utilizzando fotocamere digitali ad alta velocità che film a migliaia di fotogrammi al secondo. Crede che le deformazioni misurate attorno alla testa del bullone o al dado possano essere mappate alle condizioni di contatto all’interno dell’interfaccia attorno al foro del bullone. Produrrà anche strutture di modellazione per riprodurre la dinamica dell’allentamento e determinare in che modo la dinamica di una struttura influenza l’allentamento dei bulloni.

“Si spera che questo ci dia una nuova finestra su ciò che sta accadendo nell’interfaccia che non abbiamo mai avuto prima e saremo in grado di misurare come cambia la dinamica mentre il bullone si allenta e mentre la struttura si scuote”, ha detto Moore.

Una sfida chiave è capire come un bullone allentato potrebbe avere un impatto altrove in una struttura.

“I cambiamenti in un bullone possono causare cambiamenti drammatici altrove … non solo guasti ma cambiamenti nel funzionamento”, ha affermato.

L’allentamento dei bulloni è un aspetto dell’invecchiamento delle infrastrutture americane. Spera che la sua ricerca possa portare a una manutenzione predittiva che si concentri su specifiche aree problematiche probabili, che è più efficiente del tentativo di monitorare tutti i bulloni.

Come con tutti CARRIERA sovvenzioni, quella di Moore include una componente educativa. Ha in programma di “gamificare” i corsi dinamici esistenti in ingegneria meccanica sviluppando un apprendimento collaborativo, non competitivo, basato sul gioco e creando un laboratorio di dinamiche di realtà virtuale “per generare entusiasmo e curiosità in classe e trasformare la condivisione di idee”. Ha anche in programma di creare un nuovo corso di laurea sull’apprendimento basato sul gioco.

NSF CARRIERA i premi sostengono i docenti pre-tenure che esemplificano il ruolo degli insegnanti-studiosi attraverso una ricerca eccezionale, un’istruzione eccellente e l’integrazione di istruzione e ricerca.

Fonte: Università del Nebraska-Lincoln