ÁREAS DE CONTACTO
9
ÁREAS DE CONTACTO. Mecánica de contactos. El área de la mecánica de contacto se ocupa del análisis de los cuerpos elásticos, viscoelásticos o plásticos que se encuentran en contacto estático o dinámico. La mecánica de contacto es una disciplina fundamental dentro de la ingeniería para el diseño de sistemas técnicos basados en la seguridad y el ahorro de energía. Los principios de la mecánica de contacto pueden ser aplicables en áreas como el contacto rueda-carril, mecanismos de acoplamiento, embragues, sistemas de frenos, neumáticos y rodamientos deslizantes, motores de combustión, articulaciones, juntas, remodelaciones, estudio de materiales, soldadura por ultrasonidos, contactos eléctricos y muchos otros. Los desafíos actuales en este campo incluyen desde la verificación de resistencia entre elementos de contacto y la influencia de la lubricación y el diseño de material en la fricción y el desgaste. Otras aplicaciones de la mecánica de contacto se amplían al campo de la micro y nanotecnología. Cuando dos materiales sólidos planos y secos, se ponen en contacto estático, sometidos a la acción de una carga normal, las asperezas del tribocontacto (la mayoría de las superficies, aun las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica) se deforman elástica o plásticamente por la acción de la carga. El índice de plasticidad define el modo
-
Upload
gabo-garcia-granizo -
Category
Documents
-
view
363 -
download
0
Transcript of ÁREAS DE CONTACTO
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 1/9
ÁREAS DE CONTACTO.
Mecánica de contactos.
El área de la mecánica de contacto se ocupa del análisis de los cuerpos
elásticos, viscoelásticos o plásticos que se encuentran en contacto estático o
dinámico. La mecánica de contacto es una disciplina fundamental dentro de la
ingeniería para el diseño de sistemas técnicos basados en la seguridad y el
ahorro de energía.
Los principios de la mecánica de contacto pueden ser aplicables en
áreas como el contacto rueda-carril, mecanismos de acoplamiento, embragues,
sistemas de frenos, neumáticos y rodamientos deslizantes, motores de
combustión, articulaciones, juntas, remodelaciones, estudio de materiales,
soldadura por ultrasonidos, contactos eléctricos y muchos otros. Los desafíos
actuales en este campo incluyen desde la verificación de resistencia entre
elementos de contacto y la influencia de la lubricación y el diseño de material
en la fricción y el desgaste. Otras aplicaciones de la mecánica de contacto se
amplían al campo de la micro y nanotecnología.
Cuando dos materiales sólidos planos y secos, se ponen en contacto
estático, sometidos a la acción de una carga normal, las asperezas del
tribocontacto (la mayoría de las superficies, aun las que se consideran pulidas
son extremadamente rugosas a escala microscópica) se deforman elástica o
plásticamente por la acción de la carga. El índice de plasticidad define el modo
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 2/9
dominante de deformación y depende de las propiedades de deformación y de
los parámetros topográficos de la superficie de los triboelementos. La suma de
las áreas de los puntos de contacto da el área real de contacto, Ar, que es
mucho más pequeña que el área geométrica, o, área aparente de contacto.
En la figura siguiente, la superficie más pequeña de un bloque está
situada sobre un plano. En el dibujo situado encima, se ve un esquema de lo
que se vería al microscopio: grandes deformaciones de los picos de las dos
superficies que están en contacto. Por cada unidad de superficie del bloque, el
área de contacto real es relativamente grande (aunque esta es una pequeña
fracción de la superficie aparente de contacto, es decir, el área de la base del
bloque).
En la figura de abajo, la superficie más grande del bloque está situada
sobre el plano. El dibujo muestra ahora que las deformaciones de los picos en
contacto son ahora más pequeñas por que la presión es más pequeña. Por
tanto, un área relativamente más pequeña está en contacto real por unidad de
superficie del bloque. Como el área aparente en contacto del bloque es mayor,
se deduce que el área real total de contacto es esencialmente la misma en
ambos casos.
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 3/9
El área real de contacto cuando hay deformación elástica depende
fundamentalmente de la relación de al módulo elástico compuesto E´ y
cuando la deformación es plástica, de la relación al límite elástico , o la
dureza H del más blando de los cuerpos. Si además de la carga normal se
introduce una fuerza de fricción , las asperezas de contacto aumentan y
tendremos una área de contacto considerablemente mayor. Los parámetros
que caracterizan el contacto de dos materiales están resumidos en la figura
siguiente. Además, en aplicaciones de ingeniería, el modo de deformación de
contacto puede verse influido adicionalmente por ciertas perturbaciones como
la desalineación y las vibraciones.
El área real de contacto aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal)
ya que los picos se deforman.
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 4/9
Figura. Características del tribocontacto entre dos cuerpos sólidos.
Problemas clásicos de la mecánica de contacto.
Contacto entre una esfera y un semi-espacio elástico.
Una esfera elástica de radio R se hunde la profundidad d en un semiespacio
elástico, creando así un área de contacto de radio √ . La fuerza F
necesaria toma la siguiente forma,
,
y son los módulos de elasticidad y son los coeficientes de Poison
asociados a cada cuerpo.
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 5/9
Contacto entre dos esferas.
Para cuerpos disconformes, la situación de contacto elastoestática a nivel
macroscópico se define por las ecuaciones de Hertz. Para ilustrar los
parámetros básicos consideraremos el contacto puramente elástico de dos
cuerpos esféricos de radio R1 y R2, módulo elástico E1 y E2 y coeficientes de
Poisson y , bajo una carga normal Fn dibujado en la fig. 1.7. La presión de
contacto P en el punto 1 situado dentro del área de contacto y el radio de
contacto aH vienen dados por las siguientes fórmulas, siendo r el radio de
curvatura y E´ el módulo elástico compuesto:
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 6/9
* ()
+
( )
( )
Contacto entre dos cilindros cruzados de mismo radio R.
Esto es equivalente al contacto entre una esfera de radio R y un plano.
Contacto entre un cilindro rígido y un semi-espacio elástico.
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 7/9
Un cilindro rígido es presionado en un semiespacio elástico, creando una
distribución de presiones descrito por
Con
La relación entre la profundidad de la hendidura y la fuerza normal está dada
por
Contacto entre una hendidura cónica rígida y un semi-espacio elástico.
En el caso del hundimiento de una hendidura cónica rígida en un semiespacio
elástico, la profundidad de la hendidura y el radio de contacto están
relacionados por
Con θ definido como el ángulo entre el plano y la superficie lateral del cono. La
distribución de presiones toma la forma.
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 8/9
El esfuerzo tiene una singularidad logarítmica en la punta del cono (en el centro
del área de contacto). La fuerza total se calcula
Contacto entre dos cilindros con ejes paralelos.
En el contacto entre dos cilindros de ejes paralelos, la fuerza es linealmente
proporcional a la profundidad de la hendidura:
Los radios de curvatura no aparecen en esta relación. El radio de contacto esta
descrito a través de la relación
√
Con
( )
5/11/2018 ÁREAS DE CONTACTO - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/areas-de-contacto 9/9
Como en el contacto entre dos esferas. La presión máxima es igual a
