Análise de desgaste de um pistão de bomba de injeção a diesel combinando ensaio experimental e simulação por elementos finitos

• Main Author: Farias, Joao Guilherme
• Other Authors: Luersen, Marco Antônio
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2017
• Subjects: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS; Desgaste mecânico; Tribologia; Método dos elementos finitos; Diesel; Engenharia mecânica; Mechanical wear; Tribology; Finite element method; Diesel fuels; Mechanical engineering; Engenharia Mecânica
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2717

A maneira mais usual de estudar desgaste de componentes mecânicos e avaliar os parâmetros que o afetam é através de ensaios experimentais. Adicionalmente, estudos utilizando simulações numéricas com o Método dos Elementos Finitos em conjunto com modelos matemáticos têm ajudado a entender alguns princípios físicos, bem como estimar os efeitos do desgaste. Dentro desse contexto está inserida a presente dissertação, cujo objetivo é estudar o comportamento tribológico do sistema pistão-corpo de uma bomba de injeção a diesel através de ensaios experimentais e simulações numéricas. Um dispositivo é desenvolvido e construído para a realização dos ensaios experimentais por deslizamento em um tribômetro. Os ensaios são realizados a seco, com variações de forças normais e distâncias deslizadas. Os resultados obtidos são integrados a um modelo numérico através de uma sub-rotina que aplica o desgaste ao longo da simulação. O modelo numérico é desenvolvido através do método dos elementos finitos com o intuito de representar os experimentos e reproduzir o desgaste na superfície do pistão. Os resultados experimentais mostram diferentes comportamentos e mecanismos de desgaste atuantes. No início dos ensaios, o comportamento é estável, como menor taxa de desgaste e mecanismos com predominância de deformação plástica. No final desse período, aumenta-se o número de partículas de desgaste na interface e aderidas na superfície oposta, gerando abrasão, aumentando a taxa de desgaste, até o rompimento total do revestimento de nitreto de titânio do pistão. A sub-rotina aplica o desgaste com boa concordância com os experimentos. Com os resultados do modelo numérico é possível avaliar o comportamento dos componentes, levando-se em consideração a evolução do desgaste no pistão, além de estimar o coeficiente de desgaste para o par de contato avaliado. === The most common way to study wear of mechanical components and evaluate the parameters that affect it is through experimental tests. In addition, studies using numerical simulations with the Finite Element Method in combination with mathematical models have helped to understand some physical principles, as well to estimate the effects of wear. Within this context it is inserted this thesis, which goal is to study the tribological behavior of the plunger-pump body of a diesel injection system through experimental tests and numerical simulations. A device is developed and built for experimental sliding tests on a tribometer. Dry tests are performed with variation of normal forces and sliding distances. Results are integrated with a numerical model through a sub-routine that applies the wear along the simulation. The numerical model is developed by finite element method in order to represent the experimental tests and reproduce the wear in the plunger surface. The experimental results show different wear behaviors and mechanisms. In the beginning of the tests, the behavior is stable, with smaller wear rate and mechanisms with predominance of plastic deformation. At the end of this period, the number of wear particles in the interface and attached to the opposing surface is increased, generating abrasion, increasing the wear rate, up to the total break of the plunger titanium-nitride coating. The sub-routine applies the wear with good agreement with experimental tests. With the results of the numerical model, it is possible to evaluate the components behavior, taking into account the wear evolution in the plunger, besides estimating the wear coefficient for the evaluated contact pair.