Avaliando modelos de contato rugosos para simulações tribodinâmicas multicorpos de mecanismos manivela-biela-pistão (2024)
- Authors:
- Autor USP: NASCIMENTO, ISAAC VINÍCIUS DO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PME
- Subjects: MECANISMOS; LUBRIFICAÇÃO; DINÂMICA
- Language: Inglês
- Abstract: As atuais demandas tecnológicas associadas a legislações ambientais mais rigorosas têm provocado alterações e impactos no projeto de componentes de engenharia que operam sob elevadas cargas termomecânicas e estão submetidos a fenômenos multifísicos complexos que afetam seu desempenho e durabilidade. Por exemplo, o mecanismo biela-pistão-cilindro em motores de combustão interna e compressores herméticos alternativos experimentam efeitos de atrito, desgaste e lubrificação nas juntas de revolução, influenciando significativamente o desempenho geral do sistema. Para projetar e otimizar tais componentes no contexto do rápido avanço de possíveis soluções tribológicas, os engenheiros precisam de ferramentas de simulação precisas e rápidas que possam capturar o comportamento tribodinâmico do sistema sob condições de trabalho realistas. Em particular, nos casos de sistemas que trabalham sob condições de lubrificação mista, as ferramentas de simulação atuais baseiam-se frequentemente em modelos de contato rugoso simplificados que não levam em consideração a deformação elastoplástica das asperezas da superfície, levando a previsões imprecisas de cargas e tensões de contato. Portanto, há uma necessidade de modelos tribodinâmicos que possam representar o regime de lubrificação mista e a mecânica de contato rugoso de forma mais realista e computacionalmente eficiente. Neste contexto, o presente estudo buscou analisar o comportamento tribodinâmico de um mecanismo crank-slider com juntas com folga lubrificadas operando sob condições de lubrificação mista. Para tanto, é proposta uma metodologia de modelagem tribodinâmica multicorpos que acopla os fenômenos tribológicos em juntas com folga lubrificadas com o modelo dinâmico de sistemas multicorpos, utilizando o formalismo da dinâmicamulticorpos. Um modelo de lubrificação mista baseado na equação de Reynolds com modelagem de cavitação de filme fluido que atende ao princípio de conservação de massa e modelos de contato rugoso elástico e elastoplástico são implementados e utilizados para calcular os carregamentos hidrodinâmico e de contato entre as asperezas. Uma análise comparativa é realizada para avaliar a influência do modelo de contato no desempenho do sistema, considerando três configurações de juntas de revolução com folga lubrificadas. Os resultados da simulação indicam diferenças significativas, entre os modelos elástico e elastoplásticos estudados, no desempenho tribológico e no comportamento dinâmico das juntas. Em particular, para a configuração do mecanismo com todas as juntas com folga, a junta bloco - manivela (B-CS) foi a mais solicitada, sendo possível observar variações da ordem de mais de -50 % de diferença entre os modelos elástico e elastoplásticos no parâmetro de mínima espessura de filme de óleo (MOFT), quando os valores de aproximação de superfície foram baixos (h/ < 2), resultando em significantes diferentes picos de pressão e de perda de potência por contato. No geral, devido à robustez das formulações matemáticas e dos mecanismos físicos considerados, sugere-se a utilização dos modelos elastoplásticos KE ou JG quando se desejam análises tribodinâmicas multicorpos mais detalhadas, especialmente aquelas que envolvem efeitos de desgaste e falha.
- Imprenta:
- Data da defesa: 06.03.2024
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ABNT
NASCIMENTO, Isaac Vinicius do. Avaliando modelos de contato rugosos para simulações tribodinâmicas multicorpos de mecanismos manivela-biela-pistão. 2024. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-10072024-144931/pt-br.php. Acesso em: 11 jan. 2026. -
APA
Nascimento, I. V. do. (2024). Avaliando modelos de contato rugosos para simulações tribodinâmicas multicorpos de mecanismos manivela-biela-pistão (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-10072024-144931/pt-br.php -
NLM
Nascimento IV do. Avaliando modelos de contato rugosos para simulações tribodinâmicas multicorpos de mecanismos manivela-biela-pistão [Internet]. 2024 ;[citado 2026 jan. 11 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-10072024-144931/pt-br.php -
Vancouver
Nascimento IV do. Avaliando modelos de contato rugosos para simulações tribodinâmicas multicorpos de mecanismos manivela-biela-pistão [Internet]. 2024 ;[citado 2026 jan. 11 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-10072024-144931/pt-br.php
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