Measurement of vibration power flow within a machine structure is important in the view point of finding the energy transmission path and detecting the fault, and enhancing the design for a high quality. All the mechanical or civil structures are constructed with the combination of beam, plate, or shell, that are connected together through joints such as bolts, rivets, welding, etc. Bolt is one of widely used fastening elements, so the research on the vibrational energy flow mechanism through such element is quite important. In this work, the physical behavior of the bolt and nut joint under vibration is studied. The influence of its controlling parameters like fastening torque and fastening method is of main concern. The basic tool for the analysis is the structural intensity measurement technique to identify the bolt characteristics using the power flow concept. In implementing the structural intensity technique, the finite difference approximation scheme is employed for the calculation of vibration parameters from the data measured by the accelerometer array. An array of four accelerometers are used as an intensity probe for estimating the energy flux at the midpoint of the array. Among the various factors influencing the power transmission through a bolted joint, the fastening torque and fastening method related with the effect of washers are selected as main factors. The applied torque is one the most significant parameters affecting the power flow transmission. Energy dissipation decreases in elastic region with the increase of fastening torque. Investigations on the effect of fastening method related with the use of washers show that utilization many washers makes an increase in energy dissipation and loss factor. It is proved that energy dissipation due to the friction between two adjacent surfaces is proportional to the third power of applied force. Because 70% of external load is carried by the beams, and it has an ascending trend with number of washers, friction between two beams grows, and consequently, enrich the loss factor.
기계 구조에서 진동의 에너지 흐름을 측정하는 것은 에너지가 전달되는 경로를 찾고 고장을 진단해서 디자인의 질을 향상시킨다는 측면에서 중요하다. 모든 기계와 토목 구조는 빔과 판 그리고 쉘 등으로 이루어져 있으며 이들은 볼트와 리벳 또는 용접 등을 통하여 연결이 되어있다. 이 중에서 볼트는 널리 사용되는 조임 기구이므로 볼트를 통한 진동 에너지의 흐름에 대해 연구하는 것은 중요하다. 따라서 본 연구에서는 진동이 가해지는 상황에서의 볼트와 너트의 물리적 특성에 대하여 다룰 것이다. 특히 볼트와 너트를 조일 때의 토크와 조이는 방법과 같은 독립변수의 영향에 대하여 주요하게 다뤄질 것이다. 분석을 위한 기본적인 도구로는 구조의 인텐시티 측정 방법이 사용될 것이며 이는 에너지 흐름 개념을 이용하여 볼트의 특성을 알아내는데 사용될 것이다. 이 방법은 가속도계 어레이로부터 측정된 데이터를 이용하여 진동 변수들을 구한 후 유한 차분 근사를 사용하는 것이다. 어레이의 중간 부분에서의 에너지 흐름을 예측하기 위해서 네 개의 가속도계 어레이가 인텐시티 프로브로 사용이 된다. 볼트가 연결된 부분에서의 에너지 전달에 영향을 주는 여러 가지 요인들 중에서 조일 때의 토크와 와셔와 관계가 있는 조이는 방법을 주요 요인으로 선정하였다. 가해준 토크는 에너지 흐름 전달에 영향을 주는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 에너지 손실은 조일 때의 토크가 커지면서 탄성 영역에서 점점 줄어든다. 와셔와 관계가 있는 조이는 방법을 사용하였을 때의 영향에 대하여 연구한 결과 와셔를 많이 사용할수록 에너지 손실과 손실률이 커짐을 알 수 있었다. 두 개의 이웃한 판 사이에서 마찰력에 의한 에너지 손실은 가해준 힘의 3제곱에 비례함이 증명되었다. 외부 힘의 70%가 빔에 의해 전달되고 와셔의 개수에 따라 힘이 증가하므로 두 빔 사이의 마찰이 증가하고 이는 결국에 손실률의 증가를 가져온다.
