籾摺り機エンジニアのボルト緩みの原因と解決策

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2011 年、アメリカの最先端の無人航空機が墜落しました。 2013年にパリで鉄道事故があり、7人が死亡した。 そして2016年にはオレゴン州モージャーでユニオン・パシフィックの列車が脱線し、4万2000ガロンの原油が流出した。

これらは、基本的な力学の最も厄介でほとんど理解されていない現象の 1 つであるボルトの時間の経過による緩みがどのように大混乱を引き起こす可能性があるかを示す、3 つの劇的な例にすぎません。 ネブラスカ大学リンカーン校のキーガン・ムーア教授は、全米科学財団の教員早期キャリア開発プログラムからの5年間の72万7,410ドルの助成金を利用して、それがどのように起こるのか、またそれをどのように防ぐことができるのかを研究している。

「ボルトの緩みは、注目を集める大災害の原因だけではありません。遊具や車から生物医学用インプラントやジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に至るまで、日常生活における脅威です」と機械・材料工学助教授のムーア氏は述べた。 。

ムーア氏は、あらゆる種類のインフラストラクチャーにボルトやネジが遍在しているにもかかわらず、構造の力学が通常の運用中にボルトやネジの緩みにどのような影響を与えるかについてはほとんど理解されていないと述べた。

「ボルトやジョイントの緩みは産業革命以来研究されてきた。それはそれが問題になっていたからだ」とムーア氏は語った。

彼は、自分の研究がそれらの疑問のいくつかに答えてくれることを期待している。 彼は、構造物の振動によって引き起こされる回転ゆるみに焦点を当てます。

ロックワッシャーはボルトの緩みを防ぐために使用される最も一般的な方法ですが、多くの場合、効果がないか、緩みの速度を速めることさえあります。 トルクナットやボルトに 2 つのナットを使用するなどの他のアプローチは、せいぜい緩みを遅らせるだけで、緩みを防止することはできないようです。

ムーア氏のプロジェクトでは、1 秒あたり数千フレームで撮影する高速デジタル カメラを使用して、界面の接触状態 (ボルトが保持する表面) を測定します。 彼は、ボルトの頭またはナットの周囲で測定されたひずみを、ボルト穴の周囲の界面内部の接触状態にマッピングできると考えています。 また、緩みのダイナミクスを再現し、構造のダイナミクスがボルトの緩みにどのような影響を与えるかを判断するためのモデリング フレームワークも作成します。

「これにより、これまで経験したことのないインターフェースで何が起こっているのかを知る新たな窓が得られ、ボルトが緩んだり構造物が揺れたりするときにダイナミクスがどのように変化するかを測定できるようになることが期待されます」とムーア氏は語った。

重要な課題の 1 つは、1 つのボルトの緩みが構造内の他の場所にどのような影響を与えるかを理解することです。

「1本のボルトの変更が、他の場所に劇的な変化を引き起こす可能性があります。故障だけでなく、動作にも変化が生じる可能性があります」と彼は言う。

ボルトの緩みは、アメリカの老朽化したインフラの一側面です。 彼は、自分の研究が、問題が起こりそうな特定の領域に焦点を当てた予知保全につながることを期待しています。これは、すべてのボルトを監視するよりも効率的です。

すべての CAREER 補助金と同様、Moore's には教育コンポーネントが含まれています。 同氏は、競争的ではなく、協力的なゲームベースの学習を開発することで、機械工学の既存の力学コースを「ゲーム化」し、「教室で興奮と好奇心を生み出し、アイデアの共有を変革する」仮想現実力学実験室を創設することを計画している。 彼はまた、ゲームベースの学習に関する新しい大学院コースを創設する予定です。

NSF CAREER アワードは、優れた研究、優れた教育、教育と研究の統合を通じて教師兼学者の役割を体現する在職前の教員をサポートします。