Utilisation du velcro de fixation probabiliste comme frottement

Sep 09, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 19399 (2022) Citer cet article

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Les attaches probabilistes sont des dispositifs de serrage d'inspiration biologique qui sont verrouillés par des tiges sur chaque surface. En raison des caractéristiques dynamiques du mécanisme de fixation, un frottement se produit inévitablement entre les tiges dans un environnement vibrant. L'utilisation de la fixation probabiliste en tant que composant de réduction des vibrations a été étudiée avec les avantages de l'amortissement induit par le frottement dans cette étude. La rigidité dynamique et le facteur de perte de la fixation probabiliste ont été dérivés de l'interaction des vibrations avec une structure mécanique. Cela a permis de déterminer la dissipation d'énergie due au frottement dans le crochet et la boucle à partir de l'analyse de la propagation des ondes. Au fur et à mesure que l'amplitude des vibrations augmentait, le facteur de perte de la fixation augmentait progressivement car le frottement entre plusieurs tiges augmentait. Avec l'application de fixation probabiliste, la génération et la transmission des vibrations ont été réduites par rapport à l'assemblage boulonné en raison des contacts de friction inhérents. Avec cet avantage unique, la fixation probabiliste a des applications potentielles lorsqu'un amortissement important est requis avec un avantage supplémentaire sur le poids réduit.

Les demandes de réduction du bruit et des vibrations augmentent pour améliorer les performances des systèmes mécaniques tels que les appareils électroniques et les automobiles. La réduction des vibrations inutiles est un facteur de conception important pour la vérification de la durabilité, de la précision et des performances de qualité d'un système de machine. L'énergie vibratoire est transmise à partir des composants de fonctionnement, y compris les moteurs, les moteurs et les compresseurs à travers les attaches vers les environnements environnants. Les fixations dans les structures assemblées réduisent la transmission des vibrations et évitent les bruits de bourdonnement, de grincement et de cliquetis (BSR). Le bruit BSR est généré par les contacts de friction entre les composants adjacents1. L'analyse de la transmission de l'énergie des ondes de flexion est nécessaire pour analyser l'influence des joints sur le comportement vibratoire2. L'approche par vagues a pris en compte plusieurs combinaisons de profondeur de nervure et d'espacement des boulons. Le bruit à l'intérieur des véhicules a été mesuré lorsque des trains roulaient à des vitesses différentes sur le même tronçon de voie non ballasté équipé de deux types de fixations de rail3. En fonction de la rigidité des fixations de rail, les spectres du bruit interne ont montré la bande de fréquence des générations de bruit aérien et structurel. Afin de prévenir le bruit du BSR, plusieurs pratiques de conception efficaces ont été proposées4. Les fixations le long de la surface de la garniture et les systèmes de fixation hybrides incorporant à la fois des joints porteurs et non porteurs ont été recommandés.

Les boulons filetés sont largement utilisés en raison de plusieurs avantages tels qu'un fonctionnement simple, un faible coût et une résistance à la traction élevée. Les fixations boulonnées perdent leur force de serrage par auto-desserrage notamment lorsqu'elles sont exposées à des excitations transversales5. Le desserrage des boulons induit une défaillance des assemblages articulés. Il est important d'augmenter la fiabilité du boulon en empêchant l'auto-desserrage6. Toh et al.7 ont évalué la force de serrage du boulon dans le bras inférieur du véhicule à travers la fréquence de résonance des vibrations. La rigidité dynamique du joint boulonné a été évaluée dans les composites stratifiés par l'analyse de la propagation des ondes de flexion8. Afin d'augmenter les performances de réduction des vibrations des assemblages boulonnés, des matériaux d'amortissement viscoélastiques ont été utilisés9.

Récemment, les méthodes de fixation conventionnelles ont été remplacées par des adhésifs. Le collage présente l'avantage d'une déformation minimale du composant par rapport aux pièces soudées10. La liaison adhésive offre une rigidité améliorée par rapport aux fixations conventionnelles ou au soudage par points car elle crée une liaison continue plutôt que des contacts ponctuels locaux. En conséquence, des contraintes uniformément réparties sur une grande surface ont été générées dans la fixation11. L'adhésif présentait de bonnes performances d'absorption d'énergie et induisait des propriétés efficaces d'amortissement du bruit et des vibrations12. Avec les avantages de l'application aux structures composites, les applications de collage se développent rapidement. Le collage adhésif a une application limitée pour les systèmes nécessitant un remontage.

Le Velcro® est un type de fermeture probabiliste à boucles et crochets inspiré de diverses natures, notamment le bois, la graine de bardane et la patte d'araignée13. Avec les exigences croissantes des dispositifs de fixation, différents types de nouvelles fixations probabilistes ont été proposées14. Comme le montre la Fig. 1, le système de fixation Dual-Lock® consiste en un support en polyoléfine recouvert de petites tiges en forme de champignon. En raison des performances d'assemblage résistantes aux chocs des matériaux flexibles, ce système de fixation probabiliste est utilisé dans diverses applications d'assemblage dans l'industrie automobile, notamment les bandes de garniture, les garnitures de pavillon, le toit ouvrant et les panneaux de porte. Le bruit des dispositifs assistés par le vide a été réduit en utilisant du Velcro® comme matériau d'amortissement de couche15.

Attache Dual-Lock composée d'un support en polyoléfine recouvert de petites tiges en forme de champignon.

Le comportement non linéaire hyper-élastique des fixations a été mesuré en fonction du frottement et des déplacements16. Dans la direction du cisaillement, la dynamique de frottement des systèmes auto-agrippants a été explorée en fonction de paramètres typiques de vitesse d'entraînement, de charge appliquée et de surface de contact apparente17. Une étude sur les tests de pelage a été menée à travers les caractéristiques comportementales du mécanisme de liaison crochet et boucle18. Récemment, une nouvelle fermeture auto-agrippante faite de fils fins de nickel-titane a été développée. Les caractéristiques uniques de ces fixations, telles que l'ajustement de la résistance par l'énergie thermique, la reproductibilité et la robustesse de la fixation, ont été étudiées à partir de la superélasticité des microfils de nickel-titane19. Peu d'études ont été menées sur les caractéristiques dynamiques des fixations probabilistes en tant que composant réduisant les vibrations. Pour que les attaches probabilistes soient appliquées à différents systèmes d'exploitation, il est nécessaire d'étudier les caractéristiques dynamiques. Chowdhury et al.20 ont étudié l'effet sur le coefficient de frottement en fonction de l'amplitude de vibration pour divers matériaux. À mesure que l'amplitude des vibrations augmentait, le coefficient de frottement du matériau diminuait, ce qui signifie que la capacité du matériau à dissiper l'énergie vibratoire en une autre énergie telle que l'énergie thermique diminuait. Étant donné que les tiges constituant la fixation probabiliste sont enchevêtrées et maintenues ensemble, des contacts se produisent en raison du comportement de tension et de compression dans un environnement vibratoire. Le mouvement relatif de deux objets induit un amortissement local du frottement provoqué par le contact vibratoire. La réponse forcée d'un système de vibroimpact s'analyse comme suit21 :

où u est le déplacement vers la direction de déplacement, m est la masse du corps en mouvement, k est la constante de ressort linéaire, n est la valeur du point de contact élastique hertzien et \(\lambda\) est le facteur d'amortissement. Le facteur d'amortissement est calculé comme suit :

où α est le coefficient de restitution. Pour caractériser les caractéristiques de frottement, il est nécessaire d'évaluer les propriétés d'amortissement et les effets de la boucle d'hystérésis pour les tiges multiples de la fixation probabiliste.

Dans cette étude, des expériences ont été menées pour comprendre une capacité de réduction des vibrations par les propriétés de frottement de la fixation probabiliste. Afin de mesurer les propriétés dynamiques, un test de vibration a été réalisé pour la poutre en porte-à-faux en interaction avec le support de fixation. L'influence de la fixation a été analysée par la rigidité en translation. L'interaction vibratoire a été analysée et comparée au modèle théorique pour les évaluations. L'influence de l'épaisseur d'allongement des tiges sur le comportement de la fixation a été étudiée. Les performances d'amortissement des vibrations de la fixation probabiliste ont également été étudiées en comparaison avec des matériaux polymères. L'influence du frottement causé par les vibrations se produisant dans la fixation sur les performances de réduction des vibrations a été mesurée. Des essais de vibration ont été réalisés en utilisant les deux poutres identiques jointes par l'attache probabiliste. Les performances de fixation ont été comparées à celles de l'assemblage boulonné.

Les propriétés de la fixation influencent la vibration de la structure porteuse. Pour analyser l'interaction vibratoire, la vibration de la structure supportée a été analysée comme

où w est le déplacement transversal, D est la rigidité en flexion par unité de longueur et Mb est la masse par unité de longueur22. Pour une vibration harmonique de \(w(x,t) = {\text{Re}} \{ \hat{w}(x)e^{i\omega t} \}\), la réponse vibratoire est analysée comme

où \(\hat{k}_{b}\) est le nombre d'onde, \(\hat{A}_{i} \, (i = 1, \ldots , 4)\) sont les amplitudes complexes, respectivement. Les conditions aux limites de la poutre en porte-à-faux excitée par une force ponctuelle ont été données par

où F est la force appliquée à l'extrémité libre, \(\hat{D} = D(1 + j\eta_{D} )\) est la rigidité en flexion complexe, \(\hat{S}_{t} = S_{t} (1 + j\eta_{{S_{t} }} )\) est la rigidité en translation de la fixation, \(\eta_{D}\) et \(\eta_{{S_{t} }}\) sont les les facteurs de perte, a et b sont les longueurs entre la fixation et les deux extrémités de la poutre, respectivement. Dans cette étude, la rigidité en rotation de la fixation a été négligée. En appliquant les huit conditions aux limites de l'Eq. (5) à l'éq. (4), la fonction de transfert a été obtenue comme

où x1 est l'emplacement de l'accéléromètre installé sur le faisceau, \(\Lambda\) sont \(\phi\) l'amplitude et la phase de la fonction de transfert. Les propriétés de vibration dans l'Eq. (6) est la fonction de la rigidité du complexe Velcro, \(\hat{S}_{t}\). L'équation a été résolue à l'aide de la méthode de Newton-Raphson23. La rigidité complexe obtenue par la méthode numérique correspondait aux propriétés viscoélastiques dans les bandes de fréquences mesurées.

Pour évaluer les propriétés d'amortissement des joints Velcro, les expériences de vibration ont été menées à température ambiante (21–23 °C). La configuration expérimentale pour le test de vibration est illustrée à la Fig. 2a. La poutre en aluminium était serrée à une extrémité. La longueur, la largeur et l'épaisseur du faisceau étaient respectivement de 400, 30 et 20 mm. Un agitateur à l'extrémité libre assurait l'excitation vibratoire. Les tests ont été réalisés avec une excitation aléatoire pendant 17,3 secondes. Un total de 50 réponses vibratoires ont été moyennées pour obtenir les fonctions de réponse en fréquence. Les réponses vibratoires de la poutre ont été mesurées par des accéléromètres (Bruel et Kjaer, Type 4507) à 100 et 400 mm de l'extrémité serrée, respectivement. L'éprouvette de fixation a été installée dans le sens de l'excitation pour supporter la poutre à 250 mm de l'extrémité serrée. Comme le montre la Fig. 2b, l'échantillon de fixation probabiliste utilisé dans cette étude était Dual-lock® (3M, Type SJ3550). Le polystyrène extrudé (EPS) et le monomère d'éthylène propylène diène (EPDM), qui sont largement utilisés comme traitements d'amortissement des vibrations polymères, ont été utilisés dans les expériences. La longueur et la largeur de la fixation probabiliste et des échantillons de polymère étaient respectivement de 20 et 30 mm. Un résumé de la configuration expérimentale est présenté dans le tableau 1. Afin d'étudier le frottement causé par les vibrations, les propriétés dynamiques ont été mesurées avec un allongement progressif de la fixation jusqu'au détachement.

(a) Configuration expérimentale de la poutre en porte-à-faux attachée avec un spécimen de fixation. (b) Des attaches probabilistes, du polystyrène extrudé (EPS) et du monomère d'éthylène propylène diène (EPDM), ont été fixées à la poutre. (c) Schéma de la configuration expérimentale pour étudier les effets de l'épaisseur de la fixation. Les matériaux de fixation et de polymère ont été analysés en tant que rigidité en translation.

La figure 2c montre le schéma des expériences de vibration par lesquelles les propriétés dynamiques ont été mesurées. L'épaisseur de la fixation est définie comme suit :

où h0 est l'épaisseur lorsque la fixation est la plus comprimée et \(\Delta\) est la longueur d'allongement. Les tests ont été effectués en faisant varier l'épaisseur de la fixation de 0,2 mm, de 2,6 mm (la fixation était en compression maximale) à 4,8 mm (la valeur avant le détachement complet). L'élément ressort du support a une influence significative sur la réponse vibratoire de la structure24. Dans cette étude, l'effet de la fixation probabiliste supposée comme un ressort de translation à un seul endroit a été étudié par l'analyse de la propagation des ondes de la poutre vibrante.

Comme le montre la figure 3, un test de vibration uniaxiale a également été effectué pour mesurer les boucles d'hystérésis des matériaux polymères et de la fixation probabiliste. Une plaque plate pour mesurer le déplacement a été insérée entre l'échantillon et le capteur de force. L'autre côté du spécimen était attaché à l'extrémité fixe. La longueur et la largeur des éprouvettes d'EPS, d'EPDM et de fixation probabiliste étaient respectivement de 25 mm et 20 mm. Un transducteur de force a été installé sur l'agitateur pour mesurer la force appliquée à l'échantillon. Deux capteurs laser ont été installés pour mesurer le déplacement de la plaque représentant le mouvement de l'échantillon. Alors que l'échantillon était excité à 100 Hz, les boucles d'hystérésis ont été acquises à partir du transducteur de force et du capteur de déplacement.

Configuration d'essai de traction et de compression uniaxiale pour mesurer les boucles d'hystérésis des matériaux polymères et de la fixation probabiliste.

La figure 4a présente les fonctions de transfert de vibration du porte-à-faux avec la fixation probabiliste. La figure 4 montre les fonctions pour les valeurs d'épaisseur d'allongement sélectionnées (0, 1, 1,6 et 2 mm) à partir des tests effectués. Les réponses vibratoires mesurées ont été comparées et ont montré des accords très proches avec les valeurs prédites à l'aide de l'équation. (6). Pour les mesures sans la fixation probabiliste, l'amortissement était négligeable. La fixation probabiliste a augmenté l'amortissement et les fréquences propres en raison de la rigidité du support.

(a) Comparaison des réponses vibratoires prévues et mesurées du porte-à-faux pour différentes épaisseurs de la fixation probabiliste. (b) Les facteurs de rigidité et de perte de la fixation probabiliste calculés à partir des réponses vibratoires mesurées.

Lorsque l'épaisseur de la fixation augmentait jusqu'à 1,0 mm, la fréquence de résonance diminuait. Les détachements des tiges de l'extrémité fixe ont induit la réduction de la rigidité de la fixation. Au fur et à mesure que l'épaisseur augmentait au-delà des valeurs de 1,0 mm, la fréquence de résonance du faisceau en porte-à-faux augmentait. Cela représentait la rigidité accrue de la fixation. L'augmentation de la rigidité de la fixation s'est poursuivie jusqu'à ce que la valeur d'épaisseur soit de 1,6 mm. Lorsque l'épaisseur augmentait davantage, la fréquence de résonance diminuait en raison des séparations de tiges et des détachements qui en résultaient.

Comme le montre la figure 4b, les propriétés dynamiques de la fixation probabiliste ont été calculées à partir des réponses vibratoires mesurées. À l'état comprimé maximum de la fixation, la rigidité était la plus élevée. Au fur et à mesure que l'épaisseur d'allongement augmentait jusqu'à 1 mm, la rigidité devenait faible. Au fur et à mesure que l'épaisseur augmentait, la rigidité augmentait progressivement. Avec l'apparition d'une séparation partielle avec l'augmentation de l'épaisseur à 2 mm, la rigidité est devenue négligeable. Les facteurs de perte ont été calculés à 0,3 avec une dépendance minimale sur l'état de compression. Le plus grand facteur de perte a été obtenu lorsque l'épaisseur d'allongement était de 2 mm.

Les propriétés dynamiques mesurées ont été moyennées dans la plage de 100 à 1600 Hz, et les propriétés représentatives de la fixation probabiliste sont illustrées à la Fig. 5. Les figures 5a et b montrent l'influence de l'épaisseur de la fixation sur les valeurs moyennes et les écarts types de la rigidité dynamique et du facteur de perte. Les résultats montrent un accord étroit avec celui observé à partir des fréquences de résonance des vibrations. Les figures 5c à e montrent les tiges de l'échantillon de fixation probabiliste. Comme le montrent les figures 5c et d, les tiges déformées se sont dépliées et la rigidité a fortement diminué avec l'allongement de la fixation. La rigidité a diminué dans cette plage. Sur la figure 5e, les têtes des attaches probabilistes en haut et en bas se sont imbriquées à une épaisseur de 1,8 mm et ont induit une légère augmentation de la rigidité. Cette augmentation locale de rigidité était causée par les caractéristiques de la tête et avait pour effet d'empêcher les fixations probabilistes de se séparer13,17. Avec l'augmentation supplémentaire de l'épaisseur, la séparation des têtes s'est produite. Comme le montre la figure 5b, les facteurs de perte ont été mesurés à 0,3 pour l'épaisseur de l'échantillon de 1,6 mm. Le facteur de perte a augmenté à 0,6 à partir de l'épaisseur de 1,8 mm où les séparations de tête se sont produites. Lorsque la fixation probabiliste était comprimée ou tendue, elle supprimait efficacement l'apparition de contacts relatifs entre les deux structures avec l'augmentation de la rigidité.

Propriétés dynamiques d'un spécimen de fixation probabiliste, (a) rigidité et (b) facteur de perte. Variations de forme des spécimens en fonction des variations d'épaisseur : (c) 0 mm, (d) 1,0 mm et (e) 1,6 mm.

Pour les contacts entre composants constitutifs, la boucle d'hystérésis induit la dissipation d'énergie vibratoire21. Les boucles d'hystérésis du matériau polymère et de la fixation probabiliste générées dans un environnement vibrant sont illustrées à la Fig. 6. Comme le montrent les Fig. 6a et b, les boucles d'hystérésis pour l'EPS et l'EPDM se sont comportées de manière linéaire pour la petite déformation due à la vibration externe. L'EPS et l'EPDM avaient une rigidité presque constante quel que soit le déplacement. Comme le montre la Fig. 6c, la rigidité de la fixation probabiliste a changé en fonction du déplacement. Lorsque le déplacement était important, la collision entre les grandes tiges augmentait la rigidité, ce qui contribuait à l'augmentation de l'aire de la boucle d'hystérésis. À partir des boucles d'hystérésis, le rapport d'amortissement pour l'EPDM, l'EPS et la fixation probabiliste a été calculé à 0,087, 0,056 et 0,405, respectivement. Puisque la fixation probabiliste est une structure dans laquelle des têtes sont engagées, la dissipation d'énergie due au frottement dépendait de la forme et de la propriété de la tête. De plus, l'augmentation de l'amplitude des vibrations a provoqué des contacts de friction plus importants entre les têtes, conduisant à une plus grande surface de la boucle d'hystérésis. La boucle d'hystérésis représentait les propriétés mécaniques pour une vibration à fréquence unique. Dans cette étude, les expériences de vibration du faisceau ont été menées pour dériver les propriétés mécaniques des matériaux polymères et des fixations probabilistes dans la large bande de fréquence grâce à la fonction de transfert de vibration.

Boucles d'hystérésis de (a) EPS, (b) EPDM et (c) la fixation probabiliste.

Les tiges vibrantes de la fixation probabiliste subissent des contacts de friction. Afin de vérifier les performances d'amortissement par les contacts, des expériences de vibration ont été menées avec l'augmentation des amplitudes de réponse. Pour contrôler l'amplitude des vibrations, la force d'entrée de l'agitateur a été augmentée de 0,60 à 1,70 N. Pour étudier les performances d'amortissement par les contacts de frottement, les propriétés dynamiques de la fixation probabiliste et des matériaux polymères ont été comparées. La figure 7a montre la réponse aux vibrations d'une poutre en porte-à-faux fixée avec la fixation probabiliste et les effets de l'amplitude d'excitation. Lorsque l'amplitude d'excitation augmente, la fréquence de résonance et l'amplitude de vibration diminuent. Les figures 7b et c montrent les propriétés dynamiques moyennes et l'écart type obtenus à partir des tests de vibration. Les propriétés viscoélastiques des matériaux polymères ont été estimées constantes quelle que soit l'intensité d'excitation. Les performances d'amortissement des vibrations des matériaux polymères dépendaient de la température25. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur les différents mécanismes d'amortissement des fixations probabilistes à partir des matériaux polymères. Les tests de vibration ont été effectués à température ambiante (21–23 °C). Comme le montre la figure 7b, la rigidité de la fixation probabiliste était beaucoup plus grande que celle des matériaux polymères. À mesure que l'énergie d'excitation augmentait, la rigidité de la fixation probabiliste diminuait. Comme le montre la Fig. 7c, dans le cas de la plus petite amplitude de vibration, les facteurs de perte de la fixation probabiliste, EPS et EPDM étaient de 0,253, 0,116 et 0,099, respectivement. De plus, dans le cas de la plus grande amplitude de vibration, le facteur de perte de la fixation probabiliste a augmenté à 0,384, tandis que ceux pour l'EPS et l'EPDM ont montré des variations négligeables de 0,117 et 0,108, respectivement. La performance d'amortissement croissante de la fixation était bien supérieure à celle des matériaux polymères dans les environnements bruyants. Le facteur de perte prévu illustré à la Fig. 7c a été dérivé en appliquant les propriétés de Dual-Lock, n = 1,2 et α = 0,2 s/m. Le facteur de perte prédit par Eq. (1) a également augmenté avec l'augmentation de l'amplitude de vibration. Lorsque plusieurs tiges s'emmêlaient les unes avec les autres, la boucle d'hystérésis était générée, ce qui présentait d'excellentes performances de dissipation de l'énergie vibratoire. Par comparaison avec les matériaux polymères, les expériences présentées ont montré les grandes performances d'amortissement des vibrations de la fixation probabiliste.

Effet de l'amplitude d'excitation sur la réponse vibratoire avec. (a) Réponse vibratoire mesurée du porte-à-faux supporté par la fixation probabiliste. Comparaison des propriétés dynamiques de la fixation probabiliste et des matériaux polymères : (b) rigidité et (c) facteurs de perte.

Afin d'étudier les performances de réduction de transmission de la source de vibration lors de l'application de la fixation probabiliste à la structure, un test de vibration a été effectué sur la structure du joint avec le réglage indiqué à la Fig. 8. Le test de vibration a été effectué en connectant deux poutres en acier identiques avec une fixation et en serrant une extrémité à un agitateur vibrant. Comme dans les expériences précédentes, l'agitateur a fourni l'excitation aléatoire pendant 17,3 secondes. Un total de 50 réponses vibratoires ont été moyennées pour obtenir les réponses vibratoires. La longueur, la largeur et l'épaisseur du faisceau étaient respectivement de 180, 30 et 1 mm. Les réponses vibratoires de la poutre ont été mesurées par des accéléromètres à 0 et 270 mm de l'extrémité serrée, respectivement. Comme le montre la Fig. 8c, le même Dual-Lock que dans l'expérience précédente a été utilisé pour fixer les deux poutres. Pour comparer les performances de transfert des vibrations, trois boulons et écrous conventionnels en acier inoxydable ont été utilisés pour fixer les deux poutres au même endroit. Le diamètre du boulon était de 5 mm. Le pas des boulons était de 0,8 mm.

(a) Schéma de la configuration expérimentale (b) et son image pour étudier les performances de réduction de la transmission des vibrations de l'échantillon de fixation. (c) Images de la fixation probabiliste et des boulons reliant les poutres.

La réponse aux vibrations de la structure a été affectée par la force de serrage des boulons. Cependant, la plage d'excitation utilisée dans cette étude va jusqu'à 3200 Hz, de sorte que l'effet du changement de réponse vibratoire en fonction de l'état de fixation du boulon était négligeable, sauf dans des situations très extrêmes. Le mode haute fréquence n'a été affecté que lorsque le serrage du boulon est complètement lâche. La figure 9 montre la réponse aux vibrations pour la variation du couple de serrage des boulons. Les boulons ont été serrés à l'aide d'une clé dynamométrique (Tohnichi). Lorsque le couple de serrage du boulon était supérieur à 2 Nm, la réponse aux vibrations de flexion de la structure de la poutre n'a pas montré de variations. Le couple de serrage de 7 Nm a été utilisé comme valeur représentative et utilisé à des fins de comparaison.

Réponse vibratoire de la poutre en fonction du couple de serrage des boulons.

Les fonctions de transfert de vibration sont illustrées à la Fig. 10. Le poids du Dual-lock utilisé dans l'expérience était de 0,98 g. Le boulon et l'écrou étaient plus lourds que 2,18 g et 1,23 g, respectivement. Étant donné que la fixation probabiliste présentait une rigidité dynamique inférieure à celle de l'assemblage boulonné, les fréquences de résonance vibratoire mesurées des poutres assemblées étaient plus faibles. À la suite du calcul du facteur Q pour le premier pic, 3,34 et 11,41 ont été obtenus pour les boulons et la fixation probabiliste, respectivement. Étant donné que la fixation probabiliste a des performances d'amortissement élevées en raison du frottement, l'amplitude des vibrations au niveau de la poutre connectée a été considérablement réduite par rapport à celles assemblées par le joint boulonné. Pour l'amplitude des vibrations de 10 à 3200 Hz, la fixation probabiliste a montré une réduction de 6,1 dB de la transmission des vibrations par rapport à l'assemblage boulonné.

Réponse aux vibrations de la structure de la poutre assemblée avec différentes attaches - Probabiliste plus rapide et boulonnée.

La fixation probabiliste est un dispositif de serrage s'emboîtant sur leurs surfaces respectives, assurant une forte dissipation d'énergie par frottement dans un environnement vibrant. Une étude a été menée pour étudier les caractéristiques dynamiques de la fixation probabiliste en tant que composant de réduction des vibrations. Des tests de vibration ont été effectués pour différentes épaisseurs d'allongement de la fixation probabiliste et l'amplitude de l'excitation. Dans cette étude, l'effet de la fixation supposée être un ressort de translation à un seul endroit sur une poutre vibrante a été étudié par l'analyse de la propagation des ondes. La rigidité complexe dans la gamme de fréquences a été dérivée. La variation de la rigidité complexe due au comportement de contact de la tige a été observée. L'amortissement des vibrations de la fixation probabiliste a été comparé aux matériaux polymères. Étant donné que le frottement et l'impact à l'intérieur de la fixation variaient en fonction de l'amplitude des vibrations, les performances d'amortissement des vibrations de la fixation augmentaient également avec l'augmentation de l'amplitude des vibrations. La transmission des vibrations a été mesurée en reliant les deux poutres par l'attache probabiliste. Lorsque la fixation probabiliste a été utilisée à la place du joint boulonné, la réflexion et la transmission des vibrations ont été réduites dans toute la bande de fréquence. Ces résultats suggèrent l'avantage de la fixation probabiliste dans la prévention des contacts vibratoires indésirables et des réponses des structures assemblées.\

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

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Ce travail a été soutenu par la subvention de l'Institut coréen d'évaluation et de planification des technologies énergétiques (KETEP) financée par le gouvernement coréen (MOTIE) (n° 202100000000912).

Département de génie mécanique, Université de Hanyang, 222 Wangsimni-Ro, Seongdong-Gu, Séoul, 04763, République de Corée

Semin Kwon, Jonghoon Jeon, Seungjeok Yoo et le parc Junhong

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Ce SK, et JP ont proposé l'étude. SK, JJ et SY ont mené les expériences et analysé les données expérimentales. SK et JP ont rédigé l'article. Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Correspondance au parc Junhong.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Kwon, S., Jeon, J., Yoo, S. et al. Utilisation du velcro de fixation probabiliste comme traitement d'amortissement des vibrations induites par le frottement. Sci Rep 12, 19399 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23946-8

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Reçu : 06 juin 2022

Accepté : 08 novembre 2022

Publié: 12 novembre 2022

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

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