Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-14T16:47:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nonato_Fabio_M.pdf: 2576321 bytes, checksum: 620be5d1e8be22816a88e01fd2596425 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Com a necessidade da diminuição do tempo de projeto, a utilização de modelos computacionais para simulação de componentes mecânicos se torna rota obrigatória para se evitar excessivos testes físicos. Com base nesta premissa, se torna necessário estudar a dinâmica de componentes anteriormente considerados rígidos, como mancais de elementos rolantes, e assim conhecer sua influência sobre o sistema completo. Assim, utilizando um modelo por diferenças finitas em múltiplos níveis, foi avaliada a condição de lubrificação no contato em rolamentos sujeitos a lubrificação Elastohidrodinâmica (EHD) transiente. Desta forma foi possível caracterizar dinamicamente o contato, aproximando o filme de óleo a um conjunto de mola e amortecedor não lineares. Portanto introduz-se um elo flexível ao mancal, possibilitando a sua análise dinâmica como parte do sistema. / Abstract: With the need of time reduction on mechanical projects, the use of computational models for the analysis of mechanical components becomes mandatory in order to avoid excessive physical tests. Based on this assumption, is necessary to study the dynamic of previously assumed rigid components, as the rolling elements bearings, and thus knowing its influence on the complete system. Utilizing a multi-level finite difference method, the lubrication condition on the contact in bearings under Elastohydrodynamic (EHD) transient lubrication was evaluated. Therefore the dynamic characterization of the contact was possible, adjusting the oil film to a nonlinear spring-damper set. Hence a flexible joint is introduced in the bearing, making it possible its dynamic analyses as part of the system. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Katia Lucchesi Cavalca Dedini, Fábio Nonato de Paula / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T08:34:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bizarre_Leticia_M.pdf: 4812387 bytes, checksum: 829ed9f477cd979dbcfe654cfeff692c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Com a necessidade da diminuição do tempo de projeto, a utilização de modelos computacionais para simulação de componentes constitui fase fundamental no projeto preliminar de máquinas e equipamentos e permite avaliar parâmetros de projeto para minimizar testes físicos em protótipos. Dentro deste contexto, o trabalho aqui apresentado segue dando continuidade à modelagem de mancais de elementos rolantes, neste caso esferas, anteriormente desenvolvido para contato puramente radial. O estudo da dinâmica de mancais de elementos rolantes e a compreensão de sua modelagem computacional permitem conhecer sua influência sobre o sistema completo. Será inserido o modelo de lubrificação Elastohidrodinâmica (EHD) no modelo dinâmico do mancal, permitindo obter parâmetros equivalentes de rigidez e amortecimento, para posterior caracterização do mancal, utilizando uma análise no domínio do tempo. Uma vez estimada a distribuição de forças, são calculados parâmetros de carga e lubrificação, bem como a geometria no contato, os quais são utilizados no modelo EHD. Este último contém a soluçãodas equações que descrevem o comportamento da região lubrificada, empregando o método numérico de multi-níveis. Desta forma, calcula-se a pressão no contato e a espessura de filme. Utiliza-se uma aproximação para as forças não lineares na região em que a relação entre força e deformação no contato tem comportamento aproximadamente linear. Nesta região, os parâmetros físicos de rigideze de amortecimento total do conjunto esferas, pista interna e pista externa são estimados, e também para cada uma das esferas, tendo em consideração a presença do contato angularnas esferas e a aplicação de forças nas direções axial e radial / Abstract: Considering the necessity of decrease design time, the use of computer models for simulation of components is an essential phase in the preliminary design of machinery and equipment and allows to evaluate design parameters to minimize physical tests on prototypes. Inside this context, the work presented here follows continuing the modeling of rolling element bearings, in this case balls, previously developed for pure radial contact.The dynamics study of the rolling element bearings and the understanding of their computer modeling allow us to know its influence on the complete system.The model for Elastohydrodynamic lubrication (EHD) is inserted in the dynamic model of the bearing, and this allows to obtain equivalent parameters of stiffness and damping, for further characterization of the bearing using a time domain analysis.After the estimated distribution of forces, lubrication and load parameters are calculated, as well as the geometry of the contact, which are used in EHD model.The latter contains the solution of equations that describe the behavior of lubricated region, using the numerical method of multilevel.Thus, the contact pressure and film thickness are calculated.It is used an approximation to the nonlinear forces in the region where the relation between force and deformation of the contact has approximately linear behavior.In this region, the physical parameters of stiffness and damping of the complete set spheres, inner raceway and outer raceway are estimated, and also, for each sphere is taking into account the presence of the angular contact of the spheres, and the application of forces in both axial and radial directions / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador: Osvaldo Luís Manzoli / Resumo: No presente trabalho é apresentado um método de solução para problemas nos quais ocorre a formação de contato, com base no uso do elemento de acoplamento. O objetivo central é desenvolver e validar um algoritmo para a solução de problemas bidimensionais sem atrito (“frictionless”), envolvendo pequenas deformações, empregando malhas não conformes (“non-matching meshes”). O método proposto emprega elementos finitos especiais de acoplamento, originalmente proposto para acoplar malhas não conformes, por BITENCOURT et al. (2015). Os novos desenvolvimentos para aplicação em problemas de formação de contato se baseiam no fato de que esse tipo de elemento apresenta nós pertencentes aos dois domínios que podem entrar em contato, sendo capaz de introduzir forças de interação contrárias à interpenetração, mediante um método de penalização. Para validar este método, são simulados computacionalmente alguns problemas clássicos de contato Hertziano, no qual pode-se comparar resultados obtidos numericamente com resultados analíticos. Foi possível alcançar o objetivo com um esquema simples e estável, capaz de produzir resultados com boa precisão. Dentre os parâmetros avaliados, o ponto de maior relevância foi a verificação da necessidade de um número de passos de carga mínimo para se obter a completa formação do domínio do contato, dependendo do modelo a ser analisado. Os resultados obtidos, de uma forma geral, apresentam boa concordância em relação aos resultados analíticos, sendo que as méd... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents a solution method for problems in which contact formation occurs, based on the coupling finite elements. The main objective is to develop and validate an algorithm for solving two-dimensional frictionless problems, involving small deformation, using non-matching meshes. The proposed method employs special coupling finite elements, originally proposed to couple non-matching meshes by BITENCOURT et al. (2015). New developments for application in contact formation problems are based on the fact that this type of element presents nodes belonging to the two domains that can come into contact, being able to introduce interaction forces contrary to interpenetration, through a penalty method. To validate this method, solutions are presented for some classic Hertzian contact problems, in which it is possible to compare results obtained numerically with analytical results It was possible to achieve the objective with a simple and stable scheme, capable of producing results with good precision. Among the parameters evaluated, the most relevant point was the verification of the need for a minimum number of load steps to obtain the complete contact domain formation, depending on the model to be analyzed. The results obtained, in general, show good agreement in relation to the analytical results, with the means of deviations from these numerical results being between 5,5% and 3,0%, in relation to analytics results. / Mestre

Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-12-04T16:41:22Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-12-09T20:23:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-01-23T17:19:21Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-01-26T11:35:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-26T11:35:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) Previous issue date: 2013 / As cascas cilíndricas são elementos estruturais bastante utilizados como tubulações enterradas, estruturas de contenção de túneis e poços, e depósitos de diversos materiais, na forma de silos ou tanques. Nessas aplicações as cascas cilíndricas interagem com o meio elástico, no caso solo ou rocha. Essa interação pode ser considerada de duas forma diferentes: com um problema de contato bilateral (PCB), quando a estrutura e o meio não perdem contato durante o processo de deformação; e como um problema de contato unilateral (PCU), quando a casca não está completamente fixa e pode perder contato com o meio para determinadas condições de carregamento. Portanto, esta tese tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta, ou programa computacional, para o estudo e análise de problemas envolvendo cascas cilíndricas com restrições bilaterais e unilaterais de contato impostas por bases elásticas. Essa ferramenta computacional apresenta como principais características: i. o emprego do Método das Diferenças Finitas (MDF) para aproximar as derivadas das equações diferenciais de equilíbrio do sistema casca-base elástica. Adota-se neste trabalho a Teoria de Casca de Sanders, que pode ser aplicada para cascas ou painéis cilíndricos pouco ou muito abatidos; e as bases elásticas são aproximadas pelos modelos de Winkler e Pasternak; ii. o emprego de metodologias de solução desses PCB e PCU. No caso do PCB, a região de contato Sc entre os corpos (casca-base) é conhecida a priori, e sua solução pode ser obtida de forma direta, se as hipóteses de pequenos deslocamentos e material elástico forem consideradas. No caso do PCU, tem-se como principal desafio a definição da região de contato entre os corpos, Sc, que não é conhecida a priori, e adotam-se aqui duas estratégias de solução desse problema (ES1 e ES2, respectivamente). Na primeira, a interação casca-base é avaliada considerando diretamente as restrições de contato unilateral e resolvendo-se um Problema de Complementaridade Linear (PCL). Na segunda, a região de contato Sc é inicialmente aproximada e na sequência utiliza-se o método de Newton-Raphson para corrigi-la e avaliar a participação da base elástica na obtenção de outras incógnitas do problema. Essa ferramenta computacional foi desenvolvida usando a linguagem de programação Fortran®. Diversos exemplos numéricos são apresentados e analisados com o intuito de averiguar a eficiência das metodologias implementadas para soluções dos problemas de contato. No final da tese, algumas conclusões e observações referentes ao sistema computacional desenvolvido e às metodologias numéricas propostas são estabelecidas. Além de o MDF ter se apresentado como um método de fácil implementação e utilização, as estratégias de solução não linear adotadas se mostraram semelhantes, em termos de resultados obtidos, mas com ligeiro ganho de eficiência computacional por parte da ES1. Por fim, sugestões para novas pesquisas são apresentadas. ____________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Buried pipelines, containment structures for tunnels and shafts, and deposits of various materials in the form of silos or tanks all use structural elements known as cylindrical shells. Cylindrical shells interact in these applications with elastic means, in these cases soil or rock. This interaction can be considered in two ways. First, it can be considered a bilateral contact problem (BCP) where, during the deformation process, structure and base remain in contact; second, it can be considered a unilateral contact problem (UCP) where, under certain loading conditions, the shell is not completely fixed and may lose contact with the medium. The main objective of this thesis then is to develop a computational tool for the study and analysis of problems, imposed by elastic base contact, involving cylindrical shells with bilateral and unilateral restrictions. This numerical tool has as main features: i. the use of the finite difference method (FDM) to approximate the derivatives of the differential equations of equilibrium of the system’s shell-elastic base. This paper adopts Sanders’ theory for shells, which can be applied to cylindrical shells and panels, and approximates the elastic bases using Winkler’s and Pasternak’s models. ii. Employment of methodologies for solving these BCPs and UCPs. In the case of BCP, the region of contact between the bodies Sc (shell-base) is known a priori; its solution can be obtained directly if one considers the assumptions of small displacements and elastic material. In the case of UCP, the main challenge is the definition of the area of contact between the bodies Sc, which is unknown a priori; to solve this problem, the current study adopts two strategies for solving this problem (ES1 and ES2, respectively). First, the interaction shell-base is calculated by considering directly the unilateral contact constraints and solving a linear complementarity problem (LCP). Second, the contact area Sc is initially approximated and corrected, via Newton-Raphson’s method, by evaluating the participation of the elastic foundation in obtaining other unknown variables. This numerical tool was developed using the programming language Fortran ®. To determine the efficiency of these methodologies, the work presents and analyzes several numerical examples. The end of the thesis, offers some conclusions and remarks regarding the computing system developed and the proposed numerical methodologies. Besides the MDF have been presented as a method easy to implement and use, the nonlinear solution strategies adopted were similar in terms of results, though ES1 showed a slight gain in computational efficiency. Finally, suggestions for further research are presented.

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-16T18:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_RafaelVischi_M.pdf: 7127919 bytes, checksum: 2c7a6895f35098e4e4f46ed38b158980 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Rolamentos de esfera são elementos de máquinas de forma simples mas utilizados em aplicações envolvendo altas velocidades, altas temperaturas e diferentes carregamentos. O modelo para o carregamento é fundamental para análise dinâmica do mancal e por esse motivo é necessário definir com precisão o desempenho desses mecanismos usando métodos analíticos. O objetivo deste trabalho é analisar o rolamento de esferas baseando-se, em um primeiro momento, em referências bibliográficas de diversos autores para, em seguida, iniciar o equacionamento e simulação para analisar as influências do momento giroscópico, das velocidades geradas nos diversos componentes do rolamento e do carregamento nas esferas. A partir de um rolamento padrão, aplicou-se uma metodologia de testes por simulação numérica variando os principais fatores críticos de um rolamento do ponto de vista estático, cinemático e dinâmico. Conclui-se que a rotação e o ângulo de contato influem nas forças de atrito que resistem ao momento giroscópico e nas velocidades geradas na zona de contato entre esfera e pistas interna e externa. Em altas rotações, quanto maior os seus valores, maior a influência nos ângulos de precessão e de nutação, causando o efeito de escorregamento. Verificou-se, ainda, o valor do ângulo de nutação no qual a velocidade normal ao contato é nula, isto é, validou-se o efeito de outer raceway control. Assim, o modelo apresentou-se consistente com a aproximação para as velocidades e acelerações presentes no elemento rolante, fatores estes fortemente relacionados à condição de lubrificação de mancais de esferas / Abstract: Ball bearings are simple machine elements but largely used in several applications involving high velocities, high temperatures and different loads. The load model is fundamental for the ball bearing's dynamic and for this reason it is necessary to define with accuracy the mechanisms performance using analytical methods. The objective of this thesis is to analyze the ball bearings using, firstly, the most relevant books and papers from several authors as reference and then initiate the modeling and simulation to analyze the influences from the gyroscopic moment and from the velocities created due to the bearing's components and also to the load. Based on a basic bearing, a numeric simulation's test methodology was applied modifying the main critical factors from the bearing and considering the kinematical, dynamical and statical behaviors. The conclusion is that the rotation and the contact angle have influence at the friction forces that resist to the gyroscopic moment and to the velocities that are created at the contact zones between balls and inner and outer raceways. Under high rotations, as higher its value is, higher is the influence at the precession and nutation angles, causing sliding. It was also verified the nutation angle in which the normal velocity at contact is zero, validating the outer raceway control. The model presented itself very consistent with the approximation for the velocities and accelerations presented at rolling element, factors that are highly related to the lubrication condition from the ball bearings / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Alberto Luiz Serpa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T06:24:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mirisola_MarceloHenriqueBizarro_M.pdf: 3557658 bytes, checksum: 1d84aceed33a91925d0d85bf045308af (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nesta dissertação é abordado o tema otimização estrutural em componentes sob efeito de contato. O objetivo é otimizar a distribuição das pressões de contato atuantes no olhal menor de uma biela. Para alcançar este objetivo, são apresentadas técnicas de otimização estrutural baseada no método dos elementos finitos, são estudados conceitos relacionados a problemas de otimização e problemas de contato, e é explorado o acoplamento entre problemas de otimização e de contato. O software de elementos finitos ANSYS 10.0 é aplicado em problemas de otimização, em problemas de contato, e em problemas de otimização com contato. O foco do trabalho é mantido nas técnicas de otimização paramétrica e de forma. Este trabalho propõe um método combinando os dois métodos de otimização presentes no modulo Design optimization do ANSYS. Os resultados mostram que o método combinado proposto é capaz de evitar pontos de mínimo local e apresenta uma boa relação entre a qualidade dos resultados e o "custo computacional". Também é proposta uma técnica de parametrização baseada na posição dos nós da malha de elementos finitos. Esta técnica apresenta a vantagem de não necessitar de um modelo em elementos finitos parametrizados da estrutura que se deseja otimizar. Exemplos de validação são apresentados e um modelo aproximado do problema das pressões de contato atuantes no olhal menor de uma biela é criado e otimizado, atingindo uma redução de 45% da máxima pressão de contato. / Abstract: This dissertation deals with the issue of structural optimization of components under contact effects. The aim is to optimize the contact pressure distribution acting in the connecting-rod small end. To achieve this goal, techniques of structural optimization based on the finite element method are presented, the basis of optimization and contact problems are briefly reviewed and the coupling of these problems is explored. The finite element software ANSYS 10.0 is applied in optimization problems, contact problems, and optimization problems with contact. The focus of the work is parametric and shape optimization techniques. This work proposes a method coupling the two-optimization methods within the Design optimization module of ANSYS. The results show that the proposed combined method is able to avoid local minima and achieve a good relation between the quality of results and the computational cost. It is also proposed a parameterization technique based on the node positions in the finite element mesh. This technique has the advantage of not needing a parameterized finite element model of the structure to be optimized. Examples for validation purposes are presented and an approximated model of the problem of the contact pressure distribution acting in the connecting-rod small end is designed and optimized, reaching a reduction of 45% in the maximum contact pressure. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T07:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saccheto_ThiagoJosedaSilva_M.pdf: 4654886 bytes, checksum: f2c656d8a1ed2a3a88bfd852d26a13d6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho, é apresentado um estudo dos parâmetros que influem na vida de uma CVT do tipo esfera-cone para aplicação em sistemas de tração humana, particularmente bicicletas. Nos primeiros capítulos, é apresentado um histórico sobre as transmissões e seus grupos principais e em seguida um breve resumo descrevendo os tipos de CVTs mais comuns encontrados no mercado, seu princípio de funcionamento e características principais. Após esse capítulo, é introduzida a teoria de contato de Hertz como forma de cálculo do perfil de pressão normal e o algorítmo de Kalker para o cálculo do perfil de pressão tangencial e slip. As equações de lubrificação também são estudadas nesse trabalho, a fim de determinar a espessura de filme lubrificante no contato da CVT. Por fim é apresentada a CVT do tipo esfera-cone Wagner Forti, na qual são discutidos suas características cinemáticas, dinâmicas e geométricas, além da simulação para um conjunto de condições de operação com o intuito de calcular a vida de contato com slip/spin. Finaliza-se o trabalho correlacionando o tempo de vida calculado com as condições de operação. Palavras Chave- CVT, Tempo de Vida, Contato, Slip, Spin / Abstract: In this work, a study of the parameters that influences the lifetime of a TrackBall CVT for use in systems of human traction, particularly bicycles. First, the mechanical transmissions history is told and mentioned its main groups. Then it presented a brief summary describing the types of CVTs most common in market, their principle of operation and main features. After this chapter, it introduces the theory of Hertz contact as way of calculating the normal pressure profile and, by Kalker algorithm, calculating the tangential profile with slip. The equations of lubrication are also studied in this work in order to determine the thickness of the lubricant film in the contact of CVT. Finally it shows the type of CVT TrackBall Wagner Forti, which is commented on its cinematic, dynamic and geometric features, and the simulation for a range of operating conditions in order to calculate the life of contact with slip/spin. Finally it is the work correlating the life calculated with the conditions of operation. Key Words:CVT, Lifetime, Contact, Slip, Spin / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Alberto Luiz Serpa, Marco Lúcio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T23:15:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_AllanPatrickCordeiro_M.pdf: 5620368 bytes, checksum: a856aa1d97161e81d35fc5c6fd68d91a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: No presente trabalho, apresenta-se um elemento de contato com alta ordem de interpolação, construído a partir do método mortar de decomposição de domínios discretizados. O alvo de estudo é a verificação da acurácia da solução com o aumento da ordem de interpolação do elemento em problemas bidimensionais de contato com grandes deformações, atrito sem considerar efeitos termomecânicos. São apresentadas soluções para alguns problemas clássicos da literatura de contato. Os resultados obtidos, de uma forma geral, tanto para pequenas como para grandes deformações, mostram que a alta ordem de interpolação pode ser considerada uma interessante estratégia para ganho de precisão na solução deste tipo de problemas, quando o foco em análise é o estudo das tensões e esforços gerados pelo contato / Abstract: This work presents a high-order mortar finite element for frictional contact problems considering finite deformations without thermomechanics effects. The aim of this work is to increase the accuracy of the solution in the contact region with the application of p-FEM high-order method. The results for both small and large strains shows that the high order interpolations can be considered an interesting strategy in this kind of problems, when the analysis is focused on the study of stresses and reactions generated by contact / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Kátia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:25:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Radaelli_GustavoZarpelon_M.pdf: 6785468 bytes, checksum: 07019edf34b966c552330056d686bd33 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os mancais possuem um papel expressivo dentre os componentes de um sistema rotativo, tendo o suporte de um elemento rotativo como sua principal função. Por trabalharem na interface entre elementos fixos e rotativos, os mancais constituem a origem de grande parcela das falhas ocorrentes em um sistema. Dentre estes, os mancais de rolamento de contato angular estão entre os mais utilizados, principalmente pela indústria automobilística. Apesar da ampla gama de aplicações, esses mancais usualmente estão sujeitos a falhas por fadiga de superfície, o que torna imprescindível um estudo aprofundado dos esforços e das velocidades aplicados às esferas e, consequentemente, às pistas interna e externa. A descrição dos esforços e das velocidades nas esferas é um desafio considerável, uma vez que as esferas estão sujeitas a uma lubrificação elastohidrodinâmica, que por sua vez, depende integralmente dos esforços e das velocidades das esferas para ser modelada, gerando assim um processo iterativo. O principal objetivo deste trabalho é analisar o rolamento de esferas de contato angular, com embasamento teórico na literatura clássica para, em seguida, iniciar o equacionamento do equilíbrio de forças nas esferas e no mancal, o qual por sua vez, resulta na força de contato associada à condição de lubrificação. Para tanto, um programa computacional para simulação numérica das análises cinemáticas e dinâmicas foi desenvolvido e seus resultados comparados com a literatura. Após realizar a validação inicial do modelo com a literatura, uma solução mais completa é proposta para reproduzir de uma forma mais detalhada o que se encontra em aplicações práticas. Os resultados encontrados pelas diversas simulações foram condizentes com os resultados encontrados na literatura clássica, atestando que o programa computacional desenvolvido é consistente / Abstract: The bearings are of great importance and its major function is to support a rotating element. Due to the mandatory role of these components in the interface between fixed and rotating elements, the bearings are the source of a great percentage of the possible faults on a system. The rolling bearings of angular contact are one of the most utilized, mainly by the automotive industry. In spite of the great applications field, these bearings are usually subject to damage by superficial fatigue, which makes of great significance the detailed study of the efforts and the velocities on the spheres and, consequently, on the external and internal railways. The description of the efforts and velocities acting on the spheres is a considerable challenge, once the spheres are subject to an elastohidrodynamic lubrication that fully depends on the efforts and velocities of the spheres, generating an iterative process. The main objective of this work is to analyze the rolling bearings of angular contact, under theoretical bases, in order to accomplish the forces balance for the balls and for the bearing, which in turn results in the contact forces associated to the lubrication condition. The analysis requires the development of a computational program to numerically simulate the kinematic and dynamic conditions and, then, some of the results can be compared with the literature. After the initial validation of the model with the literature, a more complete solution is proposed to make it closer to practical applications. Results obtained by several simulations are compatible with those found in theoretical bases, attesting that the computational program developed is consistent / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baruffaldi_LeonardoBartalini_M.pdf: 4986344 bytes, checksum: 359223cc9295f5b392b883e2841d037a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Por 150 anos, os truques de três peças têm sido a estrutura padrão para o suporte de eixos e suspensões de trens de carga em diversos países. Embora sua robustez e facilidade de manutenção tenham conservado, em linhas gerais, a disposição e projeto dos componentes, novos requerimentos de carga e velocidade dos trens vêm mudando a forma como os projetistas enxergam o truque. Especial atenção tem sido dada ao modelo matemático da cunha de atrito, a peça fundida que é responsável pelo amortecimento dos vagões. A cunha de atrito promove a dissipação da energia mecânica por meio de contato de atrito seco com outros componentes do vagão. Devido às altas forças normais desenvolvidas nas superfícies de contato com características não suaves e, em geral, não lineares de atrito, as equações que regem o movimento da suspensão tornam-se de resolução difícil e surgem fenômenos como o de adesão escorregamento e o comportamento caótico típico de osciladores auto excitados. O presente trabalho tem como objetivo propor o uso de algoritmos de solução de problemas de complementaridade linear para resolver as forças de contato entre os corpos, visando a aprofundar a discussão sobre os modelos adotados para a cunha de atrito. Os resultados obtidos mostram que é possível modelar as forças de contato desse sistema utilizando um problema de complementaridade linear e que essa abordagem é, sob certas condições, mais eficiente do que o método das penalidades, normalmente aplicado para a resolução de problemas de contato / Abstract: For about 150 years now, three-piece trucks have been the standard axis' and suspensions' subframe used in freight railroad cars. The toughness and low maintenance costs of this system worked to maintain its basic design almost unchanged, but new requirements for loads and speed for freight cars are changing the way designers see the three-piece truck. Among the many interesting components of the three-piece truck, the friction wedge is getting some attention. The friction wedge is the main damping element in three-piece trucks and acts to dissipate mechanical energy via highly stiff contacts with friction. Due to the non-smooth and non-linear nature of frictional efforts, the equations of motion of the three-piece trucks become very awkward to deal with. Interesting phenomena of stick-slip, bifurcations, and limit cycle, typical of friction oscillators appear to some extent under normal operation. This work's main objective is to propose a new approach based on complementarity problems, used to solve for contact forces, to further extend the discussion on wedge dampers models. Results show that it is possible to model the problem using the linear complementarity problem and that, in some situations, this can be even more computationally efficient than the usual approach to solve contact problems: the penalty method / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica