Métodos computacionais avançados para simulação de contatos lubrificados

Resumo

O objetivo principal desta proposta é o desenvolvimento de ferramentas matemáticas e numéricas avançadas para a simulação do problema de lubrificação com cavitação. As aplicações da lubrificação são muitas, tanto na biomecânica (e.g.; articulações) quanto na tecnologia mecânica (e.g.; mancais, anéis de pistão, e outras componentes dos motores de combustão interna).É bem conhecido que os modelos clássicos de lubrificação não são apropriados para certos problemas com superfícies livres, em particular para anéis de pistão. Recentemente, porém, o grupo de pesquisa liderado pelo proponente, desenvolveu um novo modelo matemático de lubrificação (Buscaglia et al, 2011, submetido) que permite considerar de manera correta o fenômeno da cavitação nesses casos particulares.Relacionadas com o novo modelo, surgem várias questões que são abordadas neste projeto. Primeiro, as implementações numéricas apresentam desafios, tanto no caso unidimensional, onde uma proposta já existe (Ausas et al, 2011, Proc. congresso ENIEF, Serie Mec. Comput., AMCA), como no caso bidimensional. As não linearidades do problema matemático e as severas condições dinâmicas às que as peças em contato se encontram submetidas, tornam o problema numérico muito rígido e introduzem dificuldades no seguimento da fronteira de cavitação, onde as apropriadas condições de conservação devem ser aplicadas. A ideia do projeto é o densenvolvimento de uma ferramenta numérica robusta, que permita simular a dinâmica do contato em condições realistas. Como segunda questão, precisa--se desenvolver um modelo do valor da velocidade de transporte do filme lubrificante na região cavitada. Muitos valores levam a um problema matemático bem posto, e portanto a escolha deste parametro deverá ser feita com base na física do problema, efetuando comparações com resultados experimentais disponíveis e/ou através da resolução das equações de Navier--Stokes para escoamento bifásico com superfície livre. O objetivo mais ambicioso do projeto se refere à utilização das técnicas desenvolvidas na avaliação e otimização de texturas superficiais nas superfícies, o que visa minimizar o atrito, o desgaste e o consumo de lubrificante.Esse projeto, nos seus aspectos biomecânicos, contribui ao INCT em Medicina Assistida por Computação Científica, e nos seus aspectos de tecnologia mecânica contribui aos esforços nacionais de aprimoramento da performance dos motores FLEX.