Publicação
A critical analysis on friction force models in dynamical systems
| Resumo: | As sociedades atuais têm enfrentado bastantes desafios no que diz respeito à economia de recursos naturais, reciclagem e reutilização destes mesmos recursos, assim como na procura por novas fontes de energia mais sustentáveis. O contacto e movimento relativo entre as superfícies de componentes mecânicos são responsáveis pela dissipação de percentagens consideráveis de energia sob a forma de ruído, calor, entre outras, contribuindo para um desgaste acelerado e falha prematura destes mesmos componentes. A correta modelação e previsão do comportamento dinâmico de componentes e mecanismos dos mais variados tipos de máquinas e equipamentos recorrendo a ferramentas computacionais é crucial para o correto controlo do seu funcionamento e prolongamento da sua vida útil, possibilitando a economia de recursos naturais e energéticos que de outra forma seriam gastos na manufatura de componentes de substituição. Deste modo, este trabalho centra-se, principalmente, na análise crítica de modelos de força de atrito teóricos, comparando o desempenho computacional destes na previsão do comportamento dinâmico de sistemas mecânicos de complexidade crescente na presença de fenómenos dissipativos relacionados com as forças de atrito que se desenvolvem entre os diferentes tipos de contacto. Depois da análise dos conceitos fundamentais e teóricos associados aos fenómenos de atrito são analisadas as formulações dos modelos de atrito estáticos e dinâmicos para contactos secos, comummente aplicados para a simulação destes fenómenos dissipativos em problemas que se inserem no quadro da dinâmica de sistemas multicorpo. O projeto de uma bancada simples e versátil para a determinação de dados relativos a forças de atrito é apresentado com o objetivo de calibrar e prever os parâmetros numéricos associados aos diferentes modelos de atrito existentes na literatura e que melhor permitem representar as propriedades estruturais, físicas e cinemáticas de um determinado sistema mecânico. O estudo da influência dos modelos de força de atrito apresentado neste trabalho culmina na análise de um sistema multicorpo, onde é feita uma análise qualitativa e quantitativa dos efeitos destes fenómenos dissipativos no comportamento dinâmico da suspensão de um carro do tipo Formula Student. |
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| Autores principais: | Novais, Francisco Miguel Gonçalves |
| Assunto: | Bancada experimental Dinâmica de sistemas multicorpo Modelos de atrito Simulação computacional Computational analysis Experimental apparatus Friction models Multibody dynamics Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica |
| Ano: | 2025 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | As sociedades atuais têm enfrentado bastantes desafios no que diz respeito à economia de recursos naturais, reciclagem e reutilização destes mesmos recursos, assim como na procura por novas fontes de energia mais sustentáveis. O contacto e movimento relativo entre as superfícies de componentes mecânicos são responsáveis pela dissipação de percentagens consideráveis de energia sob a forma de ruído, calor, entre outras, contribuindo para um desgaste acelerado e falha prematura destes mesmos componentes. A correta modelação e previsão do comportamento dinâmico de componentes e mecanismos dos mais variados tipos de máquinas e equipamentos recorrendo a ferramentas computacionais é crucial para o correto controlo do seu funcionamento e prolongamento da sua vida útil, possibilitando a economia de recursos naturais e energéticos que de outra forma seriam gastos na manufatura de componentes de substituição. Deste modo, este trabalho centra-se, principalmente, na análise crítica de modelos de força de atrito teóricos, comparando o desempenho computacional destes na previsão do comportamento dinâmico de sistemas mecânicos de complexidade crescente na presença de fenómenos dissipativos relacionados com as forças de atrito que se desenvolvem entre os diferentes tipos de contacto. Depois da análise dos conceitos fundamentais e teóricos associados aos fenómenos de atrito são analisadas as formulações dos modelos de atrito estáticos e dinâmicos para contactos secos, comummente aplicados para a simulação destes fenómenos dissipativos em problemas que se inserem no quadro da dinâmica de sistemas multicorpo. O projeto de uma bancada simples e versátil para a determinação de dados relativos a forças de atrito é apresentado com o objetivo de calibrar e prever os parâmetros numéricos associados aos diferentes modelos de atrito existentes na literatura e que melhor permitem representar as propriedades estruturais, físicas e cinemáticas de um determinado sistema mecânico. O estudo da influência dos modelos de força de atrito apresentado neste trabalho culmina na análise de um sistema multicorpo, onde é feita uma análise qualitativa e quantitativa dos efeitos destes fenómenos dissipativos no comportamento dinâmico da suspensão de um carro do tipo Formula Student. |
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