Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10316/82891
Title: Numerical Modelling of Contact between Rough Surfaces
Other Titles: Modelação Numérica do Contacto entre Superfícies Rugosas
Authors: Moura, Mariana Filipa Simões 
Orientador: Neto, Diogo Mariano Simoes
Keywords: Rugosidade Superficial; Análise de Elementos Finitos; Contacto sem Atrito; Perfil Sinusoidal; Início da Plastificação; Surface Roughness; Finite Element Analysis; Frictionless Contact; Sinusoidal Profile; Plastic Inception
Issue Date: 17-Feb-2017
Serial title, monograph or event: Numerical Modelling of Contact between Rough Surfaces
Place of publication or event: Departamento de Engenharia Mecânica
Abstract: A eficácia da simulação numérica de um processo de estampagem está intrinsecamente ligada ao modo como o contacto com atrito é modelado. Nos últimos dois milénios, têm sido desenvolvidos muitos estudos para perceber as causas do aparecimento de atrito e como o reduzir. No entanto, a simulação numérica ainda recorre à lei de Coulomb, expressando as forças de atrito apenas por um parâmetro obtido experimentalmente.O principal objectivo deste trabalho é estudar numericamente o contacto entre superfícies rugosas. Para concretizar esta análise, construíram-se dois modelos de elementos finitos de uma asperidade, um em duas dimensões e outro em três dimensões, sendo as simulações realizadas com recurso ao programa de elementos finitos académico DD3IMP. Vários materiais foram testados, comparando a influência dos vários parâmetros (modulo de Young, tensão de cedência e coeficiente de Poisson) assim como a geometria (altura) da asperidade. Este procedimento permite estudar uma vasta gama de situações de contacto e perceber qual a importância de cada parâmetro na deformação da asperidade. Em ambos os modelos estudados verificou-se que a transição do regime elástico para o regime plástico ocorre mais cedo quando a ponta da asperidade é mais alta. Com base no parâmetro de carga e no índice de plasticidade , é possível prever a resposta do material no modelo 2D. Em relação ao modelo 3D, à excepção do coeficiente de Poisson, todos os parâmetros do material apresentam uma forte influência no raio de contacto aquando da transição para o regime plástico. A razão entre a área de contacto real e a aparente revela-se bastante pequena e pode ser descrita por uma função linear quando representada em função da área real de contacto. Para além disso, o rácio é mais elevado para o modelo 2D do que para o modelo 3D.
The effectiveness of the sheet metal forming simulation is strongly affected by the accuracy of the friction model used. Studies about the cause and mitigation of friction have been developed over the last two millenniums. Despite the all information reported, numerical simulation still relies on Coulomb’ law, which considers only a single parameter obtained by experimental tests.The main objective of this work is to study numerically the contact between roughness surfaces. In order to develop this analysis, two- and three-dimension finite element models of an asperity were developed and the simulations were carried out by the in-house finite element code DD3IMP. Several materials are compared by changing the material parameters (Young’s modulus, yield stress and Poisson’s ratio) and different geometrical parameters (height of the asperity’s tip) are studied. This allows to cover a wide range of contact situations, highlighting the role of each parameter on the asperity deformation. In both models studied, for an asperity with larger tip, the material reaches the yield inception at a lower interference and consequently the contact area is smaller. Based on the regarding load parameter and the plasticity index , it is possible to predict the response of the 2D model. Regarding the 3D model, as the exception of Poisson’s ratio, all the material parameters considered present a great influence at the value of contact radius and the yield inception. The ratio between the effective contact area and the apparent contact area, which is very low, presents a linear increase as a function of the real contact area. Besides, this ratio is higher for the 2D model than in the 3D model.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: https://hdl.handle.net/10316/82891
Rights: openAccess
Appears in Collections:UC - Dissertações de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Dissertação de Mestrado - Corrigida.pdf3.18 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record

Page view(s) 50

483
checked on Mar 26, 2024

Download(s) 50

509
checked on Mar 26, 2024

Google ScholarTM

Check


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons