Sobre a simulação computacional com emprego do método GIWM para predição de desgaste por deslizamento em ensaio pino-disco de materiais roda-trilho ferroviários

dc.contributor.advisor1Scandian, Cherlio
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4393-719X
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8466752738430250
dc.contributor.authorSilva e Silva, João Vitor Raimundo
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-8095-0775
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9023534827610660
dc.contributor.referee1Souza, Roberto Martins de
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7436-0058
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3595605534544460
dc.contributor.referee2Bozzi, Antônio César
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-4857-0216
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3017292130810807
dc.contributor.referee3Santos, Guilherme Fabiano Mendonça dos
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-8660-8671
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4995407690243279
dc.date.accessioned2024-05-30T01:42:30Z
dc.date.available2024-05-30T01:42:30Z
dc.date.issued2023-08-16
dc.description.abstractTribology encompasses the study of phenomena related to friction, wear, and lubrication of surfaces in contact and under relative motion. Wear due to sliding is a significant concern across various sectors, as seen in situations such as the interaction between a wheel and rail in railway systems, where pure sliding can occur during curves. Laboratory pin-on-disc tests are widely employed to investigate this type of wear; however, they exhibit limitations in terms of time and cost. Computational simulations utilizing the Finite Element Method (FEM) have been explored as an alternative to mitigate the need for these tests, yet they encounter challenges concerning computational expense and simulation duration. In this context, the present study assesses the capability of the semianalytical computational method known as GIWM (Global Incremental Wear Model) to identify the dimensional wear coefficient (m³/N.m) from pin-on-disc tests conducted on materials employed in railway wheels and rails under varying conditions. Additionally, the study employs this coefficient to predict the wear rate of these tribosystems when altering the applied normal load. To achieve this, experimental data drawn from laboratory databases and literature sources were employed both for model calibration (tests under 5 N and 300 N load) and for comparing its predictive capacity (tests under 10 N, 15 N, and 600 N load). It was observed that the GIWM method effectively identified the dimensional wear coefficient in all cases, and its predictions exhibited substantial agreement with a portion of the experimental results. Moreover, the algorithm demonstrated computational efficiency, with simulation times negligible compared to experiments and FEM simulations reported in the literature. Consequently, it was concluded that the GIWM method could diminish the necessity for conducting pin-on-disc tests with varying applied normal loads for materials within the wheelrail system, contingent upon the alteration in the normal load parameter not inducing severe fluctuations in the predominant wear mechanisms and wear intensity throughout the test.
dc.description.resumoA tribologia abrange o estudo dos fenômenos relacionados ao atrito, desgaste e lubrificação de superfícies em contato e em movimento relativo. O desgaste por deslizamento é uma questão importante em diversos setores, como no caso do contato entre roda e trilho em sistemas ferroviários, onde o deslizamento puro pode ocorrer durante curvas. Ensaios laboratoriais de pino-disco são amplamente utilizados para investigar esse tipo de desgaste, mas apresentam limitações em termos de tempo e custo. Simulações computacionais utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) têm sido estudadas como uma alternativa para reduzir a necessidade desses ensaios, porém enfrentam desafios em relação ao alto custo computacional e tempo de simulação. Neste contexto, o presente estudo avalia a capacidade do método computacional semi-analítico GIWM (Global Incremental Wear Model) em identificar o coeficiente de degaste dimensional (m³/N.m) de ensaios pino-disco realizados em materiais utilizados em roda e trilhos ferroviários sob diferentes condições, além de usar tal coeficiente para prever a taxa de desgaste dos mesmos tribossistemas, quando da alteração da carga normal aplicada. Para isso, dados experimentais retirados de banco de dados laboratorial e da literatura foram utilizados tanto para calibrar o modelo (ensaios sob 5 N e 300 N de carga) e na comparação da sua capacidade de predição (ensaios de 10 N, 15 N e 600 N). Observou-se que o método GIWM foi capaz de identificar o coeficiente de desgaste dimensional em todos os casos, e sua predição apresentou boa concordância com parte dos experimentos. Além disso, o algoritmo mostrou-se computacionalmente eficiente, com tempo de simulação desprezível em relação aos experimentos e simulações MEF relatadas na literatura. Concluiu-se, portanto, que o método GIWM pode reduzir a necessidade de realizar ensaios de pino-disco com variação na carga normal aplicada para materiais do sistema roda-trilho, desde que a mudança no parâmetro de carga normal não cause variações severas nos mecanismos de desgaste predominantes e na intensidade de desgaste ao longo do ensaio.
dc.description.sponsorshipVale S.A.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/17136
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectTribologia
dc.subjectRoda-trilho
dc.subjectDesgaste por deslizamento
dc.subjectLei de Archard
dc.subjectPino-disco
dc.subjectSimulação computacional
dc.subjectGlobaI Incremental Wear Model
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleSobre a simulação computacional com emprego do método GIWM para predição de desgaste por deslizamento em ensaio pino-disco de materiais roda-trilho ferroviários
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis

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