Modelagem numérica de ensaios de contato disco-disco para avaliação do campo elástico de tensões em cenários de rolamento.

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Silva, Ricardo Nunhez da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Contact mechanics; Creep curves; Curvas de creep; Ensaio disco-disco; Mecânica do contato; Método dos elementos finitos; Modelos numéricos; Numerical models; Rodas; Trilhos; Twin-disc test
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-24032021-154137/

Estudos recentes vêm procurando investigar fenômenos de contato mecânico por meio de modelos computacionais. Muitas vezes, no contexto roda-trilho em aplicações de engenharia ferroviária, o contato roda-trilho e fenômenos relacionados são estudados por meio de ensaios físicos disco-disco. O cenário de rolamento promovido pelo ensaio, embora simplificado, fornece dados consistentes para o estudo dos fenômenos. Porém, ao mesmo tempo, o controle dos parâmetros de ensaio e seu viés físico-experimental tornam a análise detalhada dos campos de tensões e deformações envolvidos mais dificultada. Modelos analíticos e numéricos, dessa forma, podem ser vistos como complementares aos experimentos, uma vez que procuram prever campos de tensões e deformações nos materiais. Nesse contexto, essa dissertação procura, em primeiro lugar, avaliar a condição de contato em ensaios disco-disco por meio de simulações computacionais de mecânica dos sólidos, utilizando-se do Método dos Elementos Finitos (MEF). Essa abordagem traz liberdade no processo de modelagem, dado o caráter geral do método, e é de grande valia, particularmente, para o estudo da fadiga e do desgaste, problemas muito frequentes no sistema ferroviário. Para se realizar simulações do cenário do ensaio existe a dificuldade de representar no modelo todos os aspectos inerentes ao sistema, em especial, a cinemática dos discos. A taxa de deslizamento relativo entre os discos, parâmetro cinemático chave no ensaio, representa uma etapa crucial na modelagem. É por meio dela que se estabelece a relação constitutiva do contato, manifestada na chamada curva de creep. Existem também programas específicos, como o CONTACT, onde as particularidades do contato com rolamento são facilmente manipuladas e são tomados como referências de comparação.Os resultados numéricos aqui apresentados servem de embasamento conceitual para melhor interpretar resultados experimentais de um ensaio disco-disco. Além disso, o estudo numérico permite uma avaliação detalhada dos estados de tensão e de deformação do cenário dos discos. Isso auxiliará estudos que objetivam prever o local dos pontos candidatos a nucleação de trincas e das maiores taxas de desgaste. Esse trabalho, assim, representa uma ponte conceitual entre um cenário idealizado do contato roda-trilho representado em laboratório experimental e seu entendimento sob uma perspectiva de modelagem computacional.