Uso de velcro de cierre probabilístico como fricción.

Jun 19, 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 mediante 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 de la amortiguación inducida por la fricción. La rigidez dinámica y el factor de pérdida del sujetador probabilístico se derivaron de la interacción de 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 aumentó la amplitud de la vibración, el factor de pérdida del sujetador aumentó gradualmente porque aumentó 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 de peso reducido.

Las demandas de reducción de ruido y vibraciones están aumentando para mejorar el rendimiento de sistemas mecánicos como aparatos electrónicos y automóviles. La reducción de vibraciones innecesarias es un factor de diseño importante para la verificación de la durabilidad, precisión y calidad del rendimiento de un sistema de máquina. La energía de vibración se transmite desde los componentes operativos, incluidos motores, motores y compresores, a través de sujetadores a los entornos circundantes. Los sujetadores en estructuras ensambladas reducen la transmisión de vibraciones y previenen zumbidos, chirridos y traqueteos (BSR). El ruido BSR se genera por contactos de fricción entre componentes adyacentes1. El análisis de la transmisión de energía de las ondas de flexión es necesario para analizar la influencia de las juntas en el comportamiento de vibración2. El enfoque ondulado consideró varias combinaciones de profundidad de nervaduras y espaciado de pernos. El ruido dentro de los vehículos 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. Según la rigidez de las fijaciones de los carriles, 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 incorporaban juntas tanto de carga como sin carga.

Los pernos roscados se utilizan ampliamente debido a varias ventajas, como operación simple, bajo costo y alta resistencia a la tracción. Los tornillos de fijación pierden su fuerza de sujeción al aflojarse automáticamente, especialmente cuando se exponen a excitaciones transversales5. El aflojamiento de los pernos provoca el fallo de las conexiones articuladas. Es importante aumentar la fiabilidad del perno evitando que se afloje automáticamente6. 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 vibración. La rigidez dinámica de las uniones atornilladas se evaluó en compuestos laminados mediante el análisis de propagación de ondas de flexión8. Para aumentar el rendimiento de reducción de vibraciones de las uniones atornilladas, se utilizó material amortiguador viscoelástico9.

Recientemente, los métodos de fijación convencionales han sido sustituidos 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 contactos puntuales locales. Como resultado, se generaron tensiones en el sujetador11 distribuidas uniformemente sobre un área grande. El adhesivo mostró 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 sistemas que requieren reensamblaje.

Velcro® es un tipo de cierre probabilístico de tipo gancho y bucle inspirado en una variedad de naturaleza, incluida la madera, las semillas de bardana y la pata de araña13. Con las crecientes demandas de los dispositivos de sujeción, se propusieron varios tipos de sujetadores probabilísticos novedosos14. Como se muestra en la Fig. 1, el sistema de sujeción Dual-Lock® consta de un respaldo de poliolefina cubierto con pequeños tallos en forma de hongo. Debido al rendimiento de unión resistente a los impactos de los materiales flexibles, este sistema de fijación probabilístico se utiliza en una variedad de aplicaciones de unión en la industria automotriz, incluidas molduras, techos interiores, techos corredizos y paneles de puertas. El ruido de los dispositivos asistidos por vacío se redujo utilizando Velcro® como material amortiguador de la capa15.

Cierre Dual-Lock compuesto por un soporte de poliolefina cubierto con pequeños tallos en forma de seta.

El comportamiento hiperelástico no lineal 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 gancho y bucle de acuerdo con 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 nuevo cierre de gancho y bucle hecho de alambres finos de níquel y titanio. Las características únicas de estos sujetadores, como el ajuste de la fuerza mediante energía térmica, la reproducibilidad y la robustez de la sujeción, se estudiaron a partir de la superelasticidad de los microcables 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 puedan aplicar 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 diversos materiales. A medida que aumentó la amplitud de la vibración, el coeficiente de fricción del material disminuyó, lo que significa que disminuyó la capacidad del material para disipar la energía de la vibración en otra energía, como la energía térmica. Dado que los vástagos que constituyen el sujetador probabilístico están entrelazados y mantenidos juntos, los contactos se producen debido al comportamiento de tensión y compresión en un ambiente 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 del movimiento, m es la masa del cuerpo en movimiento, k es la constante del resorte lineal, n es el valor del contacto puntual elástico hertziano y \(\lambda\) es el factor de amortiguación. El factor de amortiguación 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 amortiguación y los efectos del bucle de histéresis para los múltiples vástagos del sujetador probabilístico.

En este estudio, se realizaron experimentos para comprender la capacidad de reducción de vibraciones mediante las propiedades de fricción de sujetadores probabilísticos. 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 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 materiales poliméricos. Se midió la influencia de la fricción causada por la vibración que ocurre en el sujetador sobre el rendimiento de reducción de la vibración. Las pruebas de vibración se realizaron utilizando dos vigas idénticas unidas por el sujetador probabilístico. Se comparó el rendimiento de fijación con el de la unión atornillada.

Las propiedades de los elementos de fijación influyen en la vibración de la estructura de soporte. Para analizar la interacción de 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 a la flexión compleja, \(\hat{S}_{t} = S_{t} (1 + j\eta_{{S_{t} }} )\) 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 ecuación. (5) a la ecuación. (4), la función de transferencia se obtuvo como

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

Para evaluar las propiedades de amortiguación de las uniones 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 por un extremo. El largo, ancho y espesor de la viga fueron 400, 30 y 20 mm, respectivamente. Un agitador en el extremo libre proporcionaba la excitación de la vibración. 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 a las vibraciones de la viga se midieron mediante acelerómetros (Bruel y Kjaer, Tipo 4507) a 100 y 400 mm del extremo sujeto, 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 probabilística 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 poliméricos de amortiguación de vibraciones. 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 el alargamiento gradual del sujetador hasta el desprendimiento.

(a) Configuración experimental de la viga en voladizo unida con una muestra de sujeción. (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 fijación y polímeros se analizaron como rigidez traslacional.

La figura 2c muestra el esquema de los experimentos de vibración mediante los cuales se midieron las propiedades dinámicas. El espesor 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 alargamiento. Las pruebas se realizaron variando el espesor del sujetador en 0,2 mm, desde 2,6 mm (el sujetador estaba en máxima compresión) hasta 4,8 mm (el valor previo al desprendimiento completo). El elemento elástico 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 mediante el análisis de propagación de ondas del haz vibratorio.

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 fijó 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 muestra. Mientras la muestra estaba excitada a 100 Hz, los bucles de histéresis se adquirieron del transductor de fuerza y ​​del 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 figura 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 alargamiento seleccionados (0, 1, 1,6 y 2 mm) de las pruebas realizadas. Las respuestas de vibración medidas se compararon y mostraron concordancias muy cercanas con los valores predichos utilizando la ecuación. (6). Para mediciones sin el sujetador probabilístico, la amortiguación fue insignificante. El sujetador probabilístico aumentó la amortiguación 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 aumentó hasta 1,0 mm, la frecuencia de resonancia disminuyó. Los desprendimientos de los vástagos del extremo fijo indujeron la reducción de la rigidez del sujetador. A medida que el espesor aumentó más allá de los valores de 1,0 mm, aumentó 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 espesor aumentó aún más, la frecuencia de resonancia disminuyó debido a las separaciones del tallo 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 máximo comprimido del sujetador, la rigidez fue mayor. A medida que el espesor del alargamiento aumentó a 1 mm, la rigidez se hizo pequeña. A medida que el espesor aumentaba, la rigidez aumentaba gradualmente. Con la aparición de una separación parcial al aumentar el espesor a 2 mm, la rigidez se volvió insignificante. Se calculó que los factores de pérdida eran 0,3 con una dependencia mínima del estado de compresión. El mayor factor de pérdida se obtuvo cuando el espesor de alargamiento 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 la 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 figuras 5c-e muestran los vástagos de la muestra de sujetador probabilístico. Como se muestra en las figuras 5c yd, 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 en la rigidez fue causado por las características de la cabeza y tuvo el efecto de evitar que los sujetadores probabilísticos se separaran13,17. A medida que aumentaba el espesor, se producía 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 se produjeron las separaciones de cabeza. Cuando el sujetador probabilístico se comprimió o tensó, suprimió efectivamente la aparición de contactos relativos entre las dos estructuras con la rigidez creciente.

Propiedades dinámicas de la muestra de sujetadores probabilísticos, (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 los contactos entre componentes que lo constituyen, el bucle de histéresis induce la disipación de energía de vibración21. Los bucles de histéresis del material polimérico y el sujetador probabilístico generados en un ambiente 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 que se produjo debido al exterior. 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 vástagos grandes aumentaba la rigidez, lo que contribuía al aumento del área del bucle de histéresis. A partir de los bucles de histéresis, la relación de amortiguación 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 acoplan cabezas, la disipación de energía debido a la fricción dependía de la forma y propiedad de la cabeza. Además, la creciente amplitud de la vibración provocó mayores contactos de fricción entre los cabezales, lo que provocó un área mayor del bucle de histéresis. El bucle de histéresis representaba las propiedades mecánicas de una vibración de frecuencia única. En este estudio, se realizaron experimentos de vibración del haz 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 del sujetador probabilístico sufren contactos de fricción. Para verificar el rendimiento de amortiguación de los contactos, se realizaron experimentos de vibración aumentando las magnitudes de respuesta. Para controlar la magnitud de la vibración, la fuerza de entrada del agitador se aumentó 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 a la vibración de una viga en voladizo unida con el sujetador probabilístico y los efectos de la magnitud de la excitación. Cuando la magnitud de la excitación aumentó, la frecuencia de resonancia y la amplitud de la vibración disminuyeron. Las figuras 7b yc 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 centramos en los diferentes mecanismos de amortiguación 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 era 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 magnitud de vibración más grande, el factor de pérdida del sujetador probabilístico aumentó a 0,384, mientras que los de EPS y EPDM mostraron variaciones insignificantes de 0,117 y 0,108, respectivamente. El creciente rendimiento de amortiguación del sujetador fue mucho mayor que el de los materiales poliméricos en ambientes ruidosos. El factor de pérdida previsto 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 la vibración. Cuando varios vástagos se entrelazaron entre sí, se generó 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 la excitación sobre la respuesta a la vibración. (a) Respuesta de vibración medida del voladizo sostenido con el sujetador probabilístico. Comparación de 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 al aplicar el sujetador probabilístico a la estructura, se realizó una prueba de vibración en la estructura de unión 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 excitación aleatoria durante 17,3 segundos. Se promediaron un total de 50 respuestas de vibración para obtener las respuestas de vibración. El largo, ancho y espesor de la viga fueron 180, 30 y 1 mm, respectivamente. Las respuestas a las vibraciones de la viga se midieron mediante 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 utilizaron tres pernos y tuercas convencionales de acero inoxidable para fijar las dos vigas en el mismo lugar. El diámetro del perno fue de 5 mm. El paso del perno fue 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 de la muestra de sujetador. (c) Imágenes del sujetador probabilístico y los 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 insignificante excepto en situaciones muy extremas. El modo de alta frecuencia se vio afectado sólo cuando el perno de apriete está completamente flojo. La Figura 9 muestra la respuesta a la vibración ante la variación del par de apriete de los pernos. Los tornillos se apretaron utilizando una llave dinamométrica (Tohnichi). Cuando el par de apriete del perno fue mayor a 2 Nm, la respuesta a la vibración de flexión de la estructura de la viga no mostró variaciones. Como valor representativo y comparativo se utilizó el par de apriete de 7 Nm.

Respuesta de vibración de la viga según el par de apriete de los pernos.

Las funciones de transferencia de vibración 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 articuladas fueron menores. Como resultado del cálculo del factor Q para el primer pico, se obtuvieron 3,34 y 11,41 para pernos y sujetadores probabilísticos, 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 mediante 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 una estructura de viga ensamblada con diferentes sujetadores: probabilística más rápida y con perno.

El sujetador probabilístico es un dispositivo de sujeción que se entrelaza en sus respectivas superficies, proporcionando una alta disipación de energía por fricción en un ambiente 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 la excitación. En este estudio, se investigó el efecto del sujetador asumido como un resorte de traslación en un solo lugar sobre una viga vibratoria mediante el análisis de propagación de ondas. Se dedujo la rigidez compleja en el rango de frecuencia. Se observó la variación de la rigidez compleja debido al comportamiento de contacto del vástago. Se comparó la amortiguación de vibraciones del elemento de fijación probabilístico con la de los materiales poliméricos. Dado que la fricción y el impacto dentro del sujetador variaron según la magnitud de la vibración, el rendimiento de amortiguación de vibraciones del sujetador también aumentó con el aumento de la magnitud de la vibración. La transmisión de vibraciones se midió conectando las dos vigas mediante un sujetador probabilístico. Cuando se utilizó el sujetador probabilístico en lugar de la unión atornillada, la reflexión y transmisión de vibraciones 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.

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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 velcro de cierre probabilístico como tratamiento de amortiguación 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 de junio de 2022

Aceptado: 08 de noviembre de 2022

Publicado: 12 de noviembre de 2022

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

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