Desarrollo de una metodología numérico-experimental como herramienta de soporte para el diseño de sistemas con presencia de contactos recíprocos termoplástico-metal

Abstract

La presente tesis se centra en la caracterización, modelado y posterior implementación numérica en un código comercial de elementos finitos del desgaste de materiales termoplásticos en contacto deslizante con metal. La principal aplicación de este estudio es reproducir el proceso de desgaste sufrido por un componente industrial concreto, las deslizaderas de ascensores, compuestas por poliuretano termoplástico (TPU) a lo largo del contacto deslizante con las guías de ascensor, fabricadas en acero. En la primera parte de este trabajo, se presenta el desarrollo de una metodología robusta para caracterizar el proceso de desgaste que sufre el poliuretano por el contacto deslizante con el acero. Previo al desarrollo de esta metodología será necesario el planteamiento de ensayos de desgaste en tribómetro, obligatorios para la caracterización del modelo propuesto de desgaste del poliuretano en el par de contacto. A su vez, se plantea un análisis micromecánico basado tanto en medidas experimentales como apoyado por simulaciones numéricas de elementos finitos capaz de reproducir los fenómenos físicos presentes en el proceso de desgaste. Posteriormente se va a proponer una relación entre el fenómeno gobernante a nivel micromecánico y el proceso de desgaste macromecánico. Como herramienta numérica, se propone una metodología genérica de modelado del proceso de desgaste en el poliuretano para poder abordar de forma eficiente el problema en un tiempo de cálculo razonable. Dentro de esta herramienta numérica, se plantea la implementación del modelo de desgaste en Abaqus por medio de técnicas ALE de mallado adaptativo, completadas con subrutinas de desarrollo propio para permitir el acceso a la información sobre variables de cálculo no disponible de manera directa. El planteamiento realizado es totalmente general y trasladable a otros materiales empleados en elementos deslizantes, como pueden ser la poliamida, el teflón o el nylon. Por último, como ejemplo de la aplicabilidad de la metodología expuesta en la tesis al proceso de diseño del componente, se plantea un análisis de la influencia de varios parámetros de diseño en el desgaste de las deslizaderas de ascensor.