Interação fluido-estrutura no contato lubrificado entre asperezas e plano rígido via elementos finitos

Autor: Ferraz, Marcus Vinicíus de Souza
Přispěvatelé: Bastos, Flávia de Souza, Vecchio, Sara Del, Rocha, Bernardo Martins, Guerreiro, João Nisan Correia, Ávila, Renato Françoso de
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFJF
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
instacron:UFJF
Popis: CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O conhecimento da topografia das superfícies e uma compreensão da interação entre elas é essencial para qualquer estudo que envolva os fenômenos de atrito, desgaste e lubrificação. O estudo da relação entre o atrito e os parâmetros de rugosidade é um problema difícil e de interesse tanto industrial como acadêmico e trabalhos experimentais e teóricos têm mostrado que uma película de fluido entre duas superfícies rugosas em movimento relativo impede o contato sólido - sólido e pode proporcionar atrito muito baixo e desgaste desprezível. A modelagem matemática utilizada neste trabalho é baseada em modelos clássicos, tais como a equação de Reynolds para a descrição dos fenômenos hidrodinâmicos e as formulações de Hertz (1896) e Greenwood e Williamson (1966) para a modelagem do contato das asperezas entre as superfícies rugosas. Para tratar a complexidade das interações entre o fluido e os pares sólidos contactados, a descrição Lagrangiana-Euleriana Arbitrária é apresentada nesta pesquisa. Através do Método dos Elementos Finitos um modelo tridimensional é gerado no Abaqus ®, a fim de identificar as pressões de contato, as tensões tangenciais e normais resultantes e os coeficientes de atrito decorrrentes do deslizamento entre uma superfície texturizada e lubrificada e um plano rígido (em analogia aos modelos de contato clássicos), cujos perfis de rugosidade são construídos a partir de informações da rugosidade média quadrática de superfícies dentárias. São avaliados também a sensibilidade de alguns parâmetros do lubrificante na determinação do coeficiente de atrito e são propostos modelos com condições de contorno distintas. Entretanto, para a verificação destes últimos busca-se reproduzir qualitativamente o resultado encontrado por Lorentz (2013) na investigação numérica de sistemas tribológicos no regime misto de lubrificação. A metodologia aqui proposta emerge como uma alternativa eficaz no campo da Tribologia, na predição do coeficiente de atrito e outras variáveis pertinentes a um fenômeno ainda pouco compreendido. Realiza-se uma análise de sensibilidade dos parâmetros de modelagem, a fim de identificar como os mesmos afetam consideravelmente o comportamento mecânico na interface de contato. The knowledge of the topography of surfaces and an understanding of the interaction between them is essential for any study involving the phenomena of friction, wear and lubrication. The study of the relationship between friction and roughness parameters is a difficult problem of both industrial and academic interest and experimental and theoretical works have shown that a fluid film between two rough surfaces in relative motion prevents solid - solid contact and can provide very low friction and negligible wear. The mathematical modeling used in this paper is based on classical models, such as the Reynolds equation for the description of the hydrodynamic phenomena and the formulations of Hertz (1896) and Greenwood e Williamson (1966) of the contact between the asperities of rough surfaces. To address the complexity of the interactions between the fluid and the contacted solid pairs, the Lagrangian-Eulerian Arbitrary description is presented in this research. Through the Finite Element Method, a three-dimensional model is generated in Abaqus ®R to identify contact pressures, resulting tangential and normal stresses, and friction coefficients resulting from sliding between a textured and lubricated surface and a rigid plane (in analogy to classic contact models), whose roughness profiles are constructed from information on the quadratic roughness of dental surfaces. The sensitivity of some lubricant parameters in the determination of the coefficient of friction is also evaluated and models with different boundary conditions are proposed. However, for the vefrification of the latter, it is sought to qualitatively reproduce the result found by Lorentz (2013) in the numerical investigation of tribological systems without mixed lubrication regime. A methodology proposed here emerges as an effective alternative in the field of Tribology, in the prediction of the coefficient of friction and other relevant variables to a phenomenon still little understood. A sensitivity analysis of the modeling parameters is performed, in order to identify how they considerably affect the mechanical behavior at the contact interface.
Databáze: OpenAIRE
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