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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Simulação do desgaste abrasivo via interações múltiplas
Other Titles: Using multiple interactions to simulate abrasive wear
metadata.dc.creator: Silva Junior, Washington Martins da
metadata.dc.contributor.advisor1: Mello, José Daniel Biasoli de
metadata.dc.contributor.referee1: Lepore Neto, Francisco Paulo
metadata.dc.contributor.referee2: Costa, Henara Lillian
metadata.dc.contributor.referee3: Sinatora, Amilton
metadata.dc.contributor.referee4: Tschiptschin, André Paulo
metadata.dc.description.resumo: O desgaste abrasivo pode ser classificado em função do movimento das partículas atuantes na interface de desgaste: rolamento e deslizamento das partículas abrasivas entre as superfícies. O predomínio de uma dessas dinâmicas é função dos parâmetros tribológicos. O presente trabalho propõe uma nova abordagem para simular o desgaste abrasivo em laboratório: o rolamento das partículas abrasivas é representado por seqüências de indentações e o deslizamento por seqüências de riscos/sulcos. Os equipamentos utilizados nesta simulação foram especialmente desenvolvidos para reproduzir a atuação de um único grão abrasivo. São eles: macro-simulador e micro-simulador. Estes equipamentos consistem em um sistema de mesas coordenadas de alta resolução, que movimentam a amostra no plano horizontal e o indentador no eixo vertical. Sensores de força permitem o controle da intensidade durante a realização de cada evento (indentação ou deslizamento). O macro-simulador opera até 500 N e o micro-simulador até 18 N. A topografia de uma superfície desgastada real é a referência para a simulação. Essa topografia é acessada usando interferometria laser, enquanto a morfologia é visualizada via microscopia eletrônica de varredura. A análise da morfologia da referência permite determinação do tipo de mecanismo de desgaste predominante. De acordo com o tipo de mecanismo encontrado na referência, define-se a configuração da simulação, a saber: somente indentações; somente riscos/sulcos; ou uma mistura de indentações e riscos/sulcos. Em uma etapa preliminar buscou-se avaliar efeito dos parâmetros de simulação na morfologia da superfície gerada na simulação. As amostras foram confeccionadas em aço ferramenta, e o equipamento utilizado foi o macro-simulador. Os resultados preliminares mostraram que a simulação não é viável nesse equipamento, pois o sensor de força não permite a correta medição na faixa de força normal pretendida. No micro-simulador foi estudada a simulação do rolamento puro das partículas abrasivas para os materiais aço ferramenta, vidro e aço carbono. Utilizou-se a configuração indentação com posicionamento aleatório. As variáveis de controle estudadas foram: força normal (0,29; 0,44; 0,49; 0,59; 0,98; 1,47 e 1,96 N) e número de eventos (1000; 1500; 2000; 3500 e 5000). A interação entre os eventos afetou consideravelmente a morfologia e a topografia das superfícies obtidas. Foi desenvolvido um método para medir a profundidade média dos eventos em função da distância entre os mesmos. A relação entre a distância entre os eventos e sua dimensão foi denominada superposição. Esse método mostrou que a profundidade média dos eventos é afetada por valores positivos de superposição. Foi identificado que ocorre desgaste para valores acima de 50% de superposição. A variação da profundidade média dos eventos foi equacionada em função da superposição e da força normal nas condições que levam ao desgaste. Essa relação matemática foi utilizada para definir os parâmetros de simulação em função da topografia da referência para em dois casos: rolamento puro e deslizamento paralelo das partículas abrasivas. Em ambos os casos foram obtidas superfícies topográfica e morfologicamente semelhantes às respectivas referências. No processo de simulação são armazenadas as informações relativas ao posicionamento e às forças de interação associadas a cada evento. Estas informações abrem uma grande perspectiva para a simulação computacional do desgaste abrasivo.
Abstract: Abrasive wear is currently classified according to different particle dynamics: a) the sliding of active particles on the sample surface and b) the rolling of abrasives between the surfaces. The prevailing particle dynamics depends on the system features. In this thesis, instrumented laboratory tests are used to present a new methodology for the simulation of abrasive wear. The rolling of the abrasives is represented by a sequence of indentations, and the sliding of the active particle by a sequence of scratches. Two new equipments were especially developed to reproduce the action of an abrasive particle: a macro-simulator and micro-simulator. Two high resolution sliders drive the sample horizontally while the indenter is moved vertically by another slider. A 3D load cell controls the intensity of the process. The load limit of the macro-simulator is 500 N and that of the micro-simulator is 18 N. A high resolution piezoelectric translator is used to control the indenter movement in the micro-simulator. A worn surface produced in an abrasive test was used as a reference for the simulation. Its topography was assessed using laser interferometry and scanning electron microscopy. The morphology of the wear surface is defined by the predominant abrasive wear mechanism, and this defines the simulation configuration as follows: indentation alone, scratches alone and a mixture of indentations and scratches. The effect of the simulation parameters on the morphology was studied in the preliminary tests. The macro-simulator and tool-steel samples were used for the tests. The preliminary results showed that the simulation process was not possible when using the macro simulator because the load cell is out of range for the required loads. The micro-simulator was used to simulate the rolling of the particles on tool steel, glass and 1010 steel. The indentations were randomly positioned. The controlling variables were the normal load (0,29; 0,44; 0,49; 0,59; 0,98; 1,47 and 1,96 N) and the quantity of interactions (1000; 1500; 2000; 3500 and 5000). The results showed that the superimposition of indentations has a great effect in the morphology and topography of the simulated surfaces. A special method to describe the average depth of the indentations/scratches in function of the distance between them was developed. The ratio of the distance between the events to the size of a single event defined the value of superimposition. These tests showed that positive values of superimposition affect the average depth of the events. Wear occurs when superimposition is greater than 50%. The average depth of the deformation marks increased according to an elevation in the degree of superimposition and to the augmentation of normal load. The study of superimposition was used to relate the topography of the reference to the control parameters in two cases of simulation: a) the rolling and b) parallel sliding of the abrasive particles. In both cases, the simulation methodology produced surfaces topographically and morphologically similar to these of the respective references. The simulation process produces information relative to the position and to the interaction forces associated with each event. This information opens up great possibilities for a computational simulation of abrasive wear.
Keywords: Desgaste abrasivo
Mecanismos de desgaste
Simulação
Eventos múltiplos
Indentação
Deslizamento
Abrasive wear
Wear mechanisms
Simulation
Indentation
Scratching
Tribologia
Desgaste mecânico
Simulação (Computadores)
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: SILVA JUNIOR, Washington Martins da. Using Multiple Interactions to Simulate Abrasive Wear. 2008. 198 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14665
Issue Date: 27-Feb-2008
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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