Aplicação de técnicas de otimização para o cálculo da pressão de contato em superfícies rugosas

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Castillo, Milagros Noemi Quintana
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Mecânica do contato; Aspereza de superfície; Superficies (Tecnologia); Otimização matemática; Problema de Complementaridade Linear
• Link de acesso: https://repositorio.udesc.br/handle/UDESC/17812

O contato é um fenômeno que ocorre em vários componentes mecânicos como engrenagens, mancais de rolamentos, sistema roda-trilho de trens, para os quais a fadiga de contato é considerada uma das principais causas de falha. Por essa razão, analisar as pressões e tensões nos materiais em contato é de grande importância pois auxilia na previsão e avaliação de falhas relacionadas à superfície. Para situações reais, normalmente as pressões e tensões de contato são difíceis de serem obtidas e dependem de vários fatores como carga, propriedades dos materiais, área em contato e característica das superfícies. Todas as superfícies de componentes mecânicos são rugosas ao nível microscópico, independentemente do processo de fabricação empregado. A rugosidade da superfície afeta as características de contato como a distribuição local de pressão, as tensões na subsuperfície, a área real de contato e, consequentemente, a resistência de contato. Tais fatores afetam diretamente características como aderência, fricção, capacidade de carga, desgaste e fadiga dos componentes. Assim, um grande desafio está na determinação das distribuições de pressão e de tensões de contato na interface. Dentro desse contexto está inserida a presente pesquisa, cujo objetivo é propor, aplicar e avaliar métodos computacionais para calcular de forma eficiente a distribuição de pressão no contato entre superfícies rugosas. A formulação do problema de contato, considerado elástico, utiliza a abordagem de problema de complementaridade linear (LCP, do inglês linear complementarity problem), obtendo sua solução por diferentes técnicas de otimização: método de Lemke, programação quadrática, resolução da programação quadrática por mínimos quadrados não-negativos e o pacote Gubori. Nas simulações realizadas para os casos de contato em domínio unidimensional não ocorrem diferenças significativas entre os métodos utilizados, tanto quanto ao tempo computacional quanto aos valores das pressões e da região em contato. Já para os casos em domínio bidimensional, o método de Lemke, com uma modificação aqui proposta, apresenta vantagem com relação ao tempo computacional para obtenção da solução quando aplicado a superfícies lisas e virtuais, porém o método de resolução da programação quadrática por mínimos quadrados não-negativos se mostrou o mais rápido dentre os métodos testados quando aplicados a superfícies rugosas reais. Os resultados alcançados nas simulações, tanto para o contato onde o domínio é unidimensional quanto bidimensional, são de custo computacional baixo e são coerentes com observações de casos reais usuais, como: regiões de pressões máximas, pressões nulas em regiões sem contato, influência da rugosidade nos valores das pressões e das regiões de contato