On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems (2015)
- Authors:
- Autor USP: PROFITO, FRANCISCO JOSÉ - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: LUBRIFICAÇÃO; INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA; MANCAIS
- Language: Inglês
- Abstract: O presente trabalho é focado no desenvolvimento de uma abrangente modelagem matemática e um conjunto de ferramentas computacionais destinadas à simulação numérica de mancais hidrodinâmicos sujeitos a diferentes regimes de lubrificação (misto, elastohidrodinâmico e com- pletamente hidrodinâmico) e condições operacionais (estático, quasi-estático e transiente). O escoamento do fluido lubrificante é descrito matematicamente através da Equação Generaliz- ada da Mecânica dos Filmes Finos Viscosos (equação de Reynolds), juntamente com o modelo de cavitação p − θ proposto por Elrod-Adams que incorpora automaticamente as condições de contorno complementares de JFO para a completa conservação dos fluxos mássicos na presença de ruptura de filme lubricante (cavitação). As variações das propriedades reológicas do lubri- ficante devido aos efeitos de piezo-viscosidade (equação de Barus e Roelands), “shear-thinning” (equações de Eyring e Carreau-Yasuda) e piezo-densidade (equação de Dowson-Higginson) são também contempladas na modelagem. Modelos genéricos de mancais de deslizamento são pro- postos de forma a possibilitar suas aplicações em problemas de dinâmica multicorpos, assim como a consideração dos efeitos de desalinhamento angular, defeitos de superfícies (forma/on- dulação, deformações EHL, etc.) e movimento axial. A flexibilidade dos mancais em situações envolvendo elastohidrodinâmica é incorporada por meio de técnicas de condensação de sistemas empregadas no MEF. A influência na escala macroscópica dos fenômenos de lubrificação mista é incluída na modelagem através das formulações estatísticas de Patir & Cheng para a perturbação do escoamento devido à rugosidade das superfícies, e Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp para o contato rugoso.Adicionalmente, um modelo determinístico é também proposto no trabalho de forma a possibilitar simulações do regime misto de lubrificação diretamente na escala (microscópica) de rugosidade. A partir da extensa modelagem matemática desenvolvida, três principais contribuições são propostas. Inicialmente, uma formulação genérica para a solução da equação de Reynolds com o modelo de cavitação p − θ foi desenvolvida de acordo com o Método dos Volumes Finitos Baseado em Elementos (MVFbE). Este novo método permite a solução de problemas de lubrificação com geometrias complexas e discretizados por malhas não- estruturadas. O método foi validado a partir da comparação com diversos exemplos da literatura, e posteriormente utilizado para a simulação de mancais texturizados. A segunda contribuição da pesquisa diz respeito à proposição de técnicas mais robustas e estáveis para a solução particionada do problema fluido-estrutura estabelecido em contatos EHL conformes. As técnicas de acoplamento apresentadas são: Método de Gauss-Seidel com Ponto Fixo (PGMF), Método de Gauss-Seidel com Aceleração de Aitken (PGMA) e Método de Quasi-Newton Inexato (IQN-ILS). O desempenho de tais métodos foi avaliado por meio de simulações dinâmicas de dois mancais de biela, o primeiro utilizado em motores de combustão interna (MCI) de alta velocidade (high- speed engine), e o segundo em motores sujeitos a elevado carregamento (heavy-duty engine). Finalmente, a modelagem determinística proposta para o regime misto de lubrificação foi aplicada na investigação da influência do desgaste superficial de cilindros de motores de combustão interna na geração de sustentação hidrodinâmica e atrito em anéis de controle de óleo (TLOCRs).
- Imprenta:
- Data da defesa: 09.11.2015
- Premiações recebidas: Prêmio Tese Destaque USP de 2016 - Menção Honrosa - grande área Engenharia
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ABNT
PROFITO, Francisco José. On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems. 2015. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2015. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072016-151613/. Acesso em: 19 set. 2024. -
APA
Profito, F. J. (2015). On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072016-151613/ -
NLM
Profito FJ. On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems [Internet]. 2015 ;[citado 2024 set. 19 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072016-151613/ -
Vancouver
Profito FJ. On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems [Internet]. 2015 ;[citado 2024 set. 19 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072016-151613/ - Modelagem unidimensional do regime misto de lubrificação aplicada a superfícies texturizadas
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