Definición de una metodología optimizada para la simulación del desgaste en materiales

Abstract

The wear simulation with finite element method (FEM) presents great advantages for the improvement of components, because of the reduction in the cost in comparison to the experimental procedure (test time, materials, tribological measurements). In the case of wire rope optimization, where one of the great problems is wear due to fretting in cylinder-cylinder contact points, this method could be efficient. Nevertheless, the wear simulation results in a complex methodology: on the one hand is needed to solve the contact problem and on the other hand the introduction of the wear model. For this reason, this methodology results in high computational time consuming. Consequently an efficient methodology for the optimization of the model, in terms of the reduction of computational time, is presented in this work for a block-on-ring system. Finally a variable wear speed factor and auto-fitting with respect to the evolution of maximum contact pressure and with respect to the maximum limit wear increment is introduced. This is necessary, in systems where high amount of wear is presented with a reduction of 87 % in computational time and an error of less than 1 %.

La simulación del desgaste mediante el Método de Elementos Finitos (MEF) es una técnica que presenta grandes ventajas para la mejora del diseño de componentes ya que permite reducir el coste que conlleva la experimentación (tiempo de ensayo, materiales, medidas tribológicas). En el caso concreto de la optimización de sistemas multihilo sometidos a fretting, como es el caso de los cables metálicos donde se dan contactos cilindro-cilindro, este método puede resultar especialmente eficiente. Sin embargo, la simulación del desgaste resulta una técnica compleja ya que consta de dos núcleos importantes: por un lado, la resolución del contacto y, por otro, la introducción del modelo de desgaste, requiriendo, para ello, de un coste computacional muy importante. Por ello, en este trabajo se define una metodología a seguir con el fin de optimizar el modelo, en términos de tiempo computacional, para un sistema bloque-cilindro. La metodología definida sería aplicable a todos los modelos de desgaste, de geometrías más complejas. Finalmente, se introduce una técnica que consiste en la introducción de un acelerador de desgaste variable y autoajustable, teniendo en cuenta la evolución de la presión máxima de desgaste y el incremento umbral de desgaste. Esta técnica resulta indispensable en cuerpos sometidos a grandes desgastes, reduciendo el tiempo computacional en un 87 % y un error inferior al 1 %.