Publicação: Análise de tensões e deformações em sólidos texturizados e revestidos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::ANALISE DE TENSOES
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Murray, Henara Lillian Costa
Resumo
Materiais multicamadas são frequentemente utilizados para melhorar as propriedades
tribológicas de regiões de contato. Estudos sugerem que introduzir texturizações superficiais
específicas nesses componentes, não só podem manter um baixo coeficiente de atrito,
como também podem prolongar substancialmente a vida útil do revestimento. Diferentes
testes tribológicos comprovam a eficiência da texturização superficial nos aspectos de
desgaste e atrito, mas pouco é conhecido sobre o comportamento dos campos de tensão e
deformação desses materiais. Devido à complexidade destas análises, os métodos
numéricos auxiliam na previsão e estudo desses comportamentos. Este trabalho tem como
objetivo analisar os campos de tensão e deformação, através do Método de Elementos
Finitos, de um sólido revestido e texturizado superficialmente com bolsos circulares, e
avaliar a influência de alguns parâmetros geométricos neste comportamento. A texturização
é composta por bolsos circulares com duas relações de diâmetro/profundidade, uma de
100/10 μm e outra com 200/20 μm e densidade de área texturizada mantida entre 20 e 30%.
O material é composto de um substrato de aço de baixo carbono ABNT 1020, revestido com
uma camada de nitreto de cromo (CrN) de 3,24 μm de espessura e recoberto por uma
camada de DLC de espessura igual a 0,58 μm. Foram realizadas diversas análises elastoplásticas
em elementos finitos de um contato normal com amostras com superfícies lisa,
texturizada e, texturizada e revestida para verificar a transição de comportamento para os
diferentes cenários. As simulações foram realizadas com o software ABAQUS®, e os
resultados foram analisados com base nos campos de tensões e deformações. Os
resultados evidenciam que a presença da texturização aumenta os valores das tensões e
deformações plásticas nos componentes, bem como gera regiões de concentração de
tensão. Os componentes texturizados e revestidos apresentaram elevados valores de
tensão, com menores deformações plásticas no substrato, que é protegido pelo
revestimento. E a texturização com relação diâmetro/profundidade de 200/20 μm exibiu
melhores resultados, apresentando valores inferiores de tensões e deformações comparada
a outra configuração analisada.
Abstract
Multilayered media are often used to enhance tribological properties in contact regions.
Studies show that the presence of some patterns in the surface of the components, not only
can low the friction coefficient but also can increase the lifespan of the layers. Many
tribological tests prove the efficiency of the surface pattern, however, relatively few studies
discuss the stress and strain fields of those materials. Since these analyses take a lot of
effort and are very complex, numerical methods are very useful to help the analyses of those
behaviours. This study aims to investigate the influence of the textured surfaces, coated and
uncoated, in the stress and strain fields, due to a spherical indentation, using Finite Elements
Method , and also the inlfuence of some geometric parameters. The patterned surface
exhibits circular pockets regularly distributed in the surface with a density of 25% of the total
area with two configurations, one with the ratio diameter/depth of 100/10 μm another with
200/20 μm. The solid is made of low carbon steel, coated with a chromium nitride (CrN) with
3.24 μm thickness, covered with a layer of diamond-like carbon (DLC) with 0.58 μm
thickness. Several elastic-plastic finite element analysis of a sphere in normal contact with a
flat, patterned and patterned and coated media were conducted in order to verify the
transition of behaviour between the different scenarios. The simulations were performed with
ABAQUS®, and the results are presented for the stress and deformation fields. Results
shows that the pattern enhance the stress and deformation, as well create regions of stress
concentration. The textured layered solid presented high values of stress with less plastic
deformation in the substrate, which is protected by the layers. And the texture with the ratio
diameter/depht of 200/20 μm exhibited better results, showing lower values for stress and
plastic deformation when compared with the other geometry analysed.
Palavras-chave
Texturização Superficial, Patterned Surface, Revestimentos Tribológicos, Tribological Coatings, Campos de Tensão e Deformação, Stress and Strain Fields, Método dos Elementos Finitos, Finite Elements Method
Citação
EVANGELISTA, Isabela Costa Salmen. Análise de tensões e deformações em sólidos texturizados e
revestidos. 2017. 73 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2019.74
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