Estudo analítico e numérico das tensões de Hertz em contato entre uma esfera/plano e um cilindro/plano

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Köhn, André Oliveira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Tensão superficial; Tensões de Hertz; Contato esfera/plano; Contato cilindro/plano; Contact stresses; Hertz stresses; Sphere/plane contact; Cylinder/plane contact
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/191208

Neste trabalho é apresentado um estudo analítico e numérico a respeito das tensões superficiais entre dois elementos. Quando uma força externa é aplicada a dois corpos em contato, verifica-se a existência de uma pequena deformação entre os elementos, causando um achatamento no plano de contato e criando uma zona de altas tensões de formato elíptico. Com a repetição cíclica destes carregamentos, pode ocorrer a perda progressiva de material superficial dos elementos envolvidos. De forma a investigar este fenômeno, esta dissertação realizou a análise detalhada de dois casos específicos encontrados na mecânica: o contato existente entra a esfera e a pista interna de um rolamento (contato esfera/plano), e o contato entre uma roda e um trilho ferroviário (contato cilindro/plano). Este estudo é essencial para a compreensão de como a aplicação de um carregamento externo pode influenciarna superfície de dois elementos. A análise foi realizada através de duas abordagens: uma analítica, através das equações oriundas da Teoria de Hertz, e outra numérica, através de programas computacionais de elementos finitos. Com os resultados verificados, foi feito uma série de gráficos que ilustram o comportamento das tensões ao longo dos eixos, além da análise da área afetada pela ação das tensões superficiais. Por fim, verificou-se a existência de tensões normais compressivas máximas encontradas no plano de contato entre os elementos, sendo a maior tensão localizada na direção do eixo de aplicação do carregamento. À medida que se aumenta a profundidade, estas tensões tendem a se anular rapidamente. No plano de contato, as tensões só estão presentes dentro da elipse no contato causado pela deformação, sendo nula em suas bordas. Além das tensões normais, há a presença de tensões cisalhantes, sendo seu valor máximo encontrado a uma pequena profundidade. Foi verificado que as tensões de cisalhamento são os elementos mais significativos para possíveis desgastes superficiais futuros que podem levam o componente à falha e à fratura.