{"id":3925,"date":"2019-07-02T15:17:59","date_gmt":"2019-07-02T15:17:59","guid":{"rendered":"https:\/\/aco.com.br\/?p=3925"},"modified":"2019-08-15T19:24:08","modified_gmt":"2019-08-15T19:24:08","slug":"pesquisa-de-rolamentos-indo-a-escala-atomica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aco.com.br\/inicio\/pesquisa-de-rolamentos-indo-a-escala-atomica\/","title":{"rendered":"Pesquisa De Rolamentos: indo \u00e0 escala at\u00f4mica","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Pesquisa De Rolamentos: indo \u00e0 escala at\u00f4mica e desenvolvendo novas ligas<\/span><\/h1>\n

Este artigo fornece informa\u00e7\u00f5es sobre as quatro principais linhas de pesquisa por meio de modelagem na SKF: a\u00e7o de rolamento, mecanismos de fadiga, projeto de pol\u00edmero e tribologia. <\/span><\/p>\n

Nos \u00faltimos anos, a SKF vem expandindo seu conhecimento com m\u00e9todos de simula\u00e7\u00e3o em escala at\u00f4mica, como DFT, MD e DPD, para entender como os materiais se comportam em seus produtos. Isso permitiu e continuar\u00e1 a permitir que a SKF inove e lide com desafios tecnol\u00f3gicos cada vez maiores, assegurando que cada \u00e1tomo esteja no lugar ao qual pertence.<\/span><\/p>\n

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Escalas de comprimento dos diferentes m\u00e9todos de simula\u00e7\u00e3o utilizados no SKF, nomeadamente a teoria do funcional da densidade (DFT), din\u00e2mica molecular (MD), din\u00e2mica de part\u00edculas dissipativas (DPD) e o m\u00e9todo dos elementos finitos (FEM).<\/span><\/em><\/strong><\/h5>\n

Imagine se algu\u00e9m pudesse se tornar t\u00e3o pequeno que pudesse mergulhar em materiais s\u00f3lidos e ver a estrutura dos \u00e1tomos – como eles interagem, se movem e respondem quando uma for\u00e7a externa \u00e9 aplicada e como a temperatura externa influencia suas propriedades e muda sua estrutura. Se isso fosse poss\u00edvel, seria poss\u00edvel selecionar, processar e projetar melhor os materiais usados \u200b\u200bpara fabricar produtos e m\u00e1quinas. <\/span><\/p>\n

No Centro de Pesquisa e Engenharia da SKF (ERC), na Holanda, a pesquisa \u00e9 feita com o objetivo de mergulhar virtualmente nos materiais que comp\u00f5em os produtos da SKF para obter uma melhor compreens\u00e3o de seu comportamento. Isso permite que a SKF responda \u00e0s solicita\u00e7\u00f5es dos clientes e, mais importante, desenvolva novos materiais para seus produtos que aumentem sua qualidade, durabilidade e outras propriedades espec\u00edficas. <\/span><\/p>\n

Na maioria dos casos, o uso de m\u00e9todos experimentais \u00e9 suficiente para obter uma compreens\u00e3o suficiente de como as restri\u00e7\u00f5es externas podem afetar os materiais dos quais os produtos s\u00e3o feitos e para encontrar solu\u00e7\u00f5es preventivas e contr\u00e1rias.<\/span><\/p>\n

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Estrutura do carboneto de van\u00e1dio (VC), incluindo cortes bidimensionais da densidade de carga. Imagem produzida com o software XCrySDen. \u00a0<\/span><\/em><\/strong><\/h5>\n

No entanto, mesmo com o uso de t\u00e9cnicas experimentais de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o, nem sempre \u00e9 poss\u00edvel obter uma compreens\u00e3o suficiente do efeito que certos fen\u00f4menos podem ter sobre os materiais. Al\u00e9m disso, em alguns casos, como com um novo material ou produto que est\u00e1 em fase de projeto, limitar-se ao uso de ferramentas de teste de laborat\u00f3rio nem sempre \u00e9 eficiente em termos de tempo ou custo-benef\u00edcio.\u00a0<\/span>\u00c9 por isso que os m\u00e9todos computacionais s\u00e3o essenciais.<\/span><\/p>\n<\/div>\n

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Quando se trata de pe\u00e7as mec\u00e2nicas, por exemplo, rolamentos, a maioria das quest\u00f5es de projeto pode ser trabalhada usando t\u00e9cnicas de simula\u00e7\u00e3o de \u201clarga escala\u201d, como o m\u00e9todo de elementos finitos (FEM) amplamente utilizado. <\/span><\/div>\n
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No entanto, alguns problemas especiais v\u00e3o al\u00e9m das capacidades desta ferramenta de modelagem e requerem tratamento com m\u00e9todos alternativos de simula\u00e7\u00e3o mesosc\u00f3pica e microsc\u00f3pica. <\/span><\/p>\n

Para obter uma compreens\u00e3o completa dos produtos da SKF e ser capaz de lidar com os problemas que podem ter origem em determinadas escalas de tempo e comprimento, os cientistas da SKF est\u00e3o constantemente desenvolvendo seu know-how no uso e no avan\u00e7o de m\u00e9todos de simula\u00e7\u00e3o em escala m\u00faltipla. Isso significa que existem diferentes ferramentas (imagine lupas, todas com um poder de amplia\u00e7\u00e3o diferente) que podem ser usadas para entender fen\u00f4menos espec\u00edficos que determinam o comportamento de um material em condi\u00e7\u00f5es de aplica\u00e7\u00e3o. \u00c9 por isso que os modelos que s\u00e3o aplicados na SKF variam de mec\u00e2nica qu\u00e2ntica a cont\u00ednuo (fig.1).<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\u00c1tomos de hidrog\u00eanio presentes na fronteira entre o ferro e um precipitado composto de van\u00e1dio e carbono. Imagem produzida com o software XCrySDen. <\/span><\/em><\/strong><\/h5>\n

Quanto mais profundo se mergulha dentro do material, mais poder de c\u00e1lculo e tempo s\u00e3o necess\u00e1rios para fazer simula\u00e7\u00f5es. Por esse motivo, um conjunto de computadores de alto desempenho com 1.536 processadores est\u00e1 sendo usado nas instala\u00e7\u00f5es da SKF. <\/span><\/em><\/p>\n

Atualmente, existem quatro linhas principais de pesquisa para as quais m\u00e9todos de meso- e microescala s\u00e3o usados.<\/span><\/p>\n

Design de A\u00e7o <\/span><\/em><\/strong><\/h2>\n

A primeira linha de pesquisa faz parte do projeto \u201cMultiHy\u201d [1], abrevia\u00e7\u00e3o de Modelagem Multiescala de Fragiliza\u00e7\u00e3o por Hidrog\u00eanio. Este projeto \u00e9 liderado por um cons\u00f3rcio formado por v\u00e1rios parceiros industriais e acad\u00e9micos europeus e \u00e9 financiado pela Uni\u00e3o Europeia. A motiva\u00e7\u00e3o inicial para este projeto \u00e9 que h\u00e1 uma ampla evid\u00eancia experimental [2] que apoia a ideia de que o hidrog\u00eanio diminui a vida de fadiga dos rolamentos e a\u00e7os estruturais. Este efeito do hidrog\u00eanio \u00e9 conhecido dentro do jarg\u00e3o t\u00e9cnico como fragiliza\u00e7\u00e3o por hidrog\u00eanio. <\/span><\/p>\n

O principal interesse da SKF na MultiHy \u00e9 ser capaz de prever como o hidrog\u00eanio se difunde para dentro e atrav\u00e9s do rolamento de a\u00e7os e, mais importante, descobrir como o hidrog\u00eanio dispon\u00edvel pode ser retido e imobilizado para neutralizar o impacto da fragiliza\u00e7\u00e3o do hidrog\u00eanio na vida \u00fatil do rolamento. <\/span><\/p>\n

Tais simula\u00e7\u00f5es sobre a mobilidade do hidrog\u00eanio e seus efeitos sobre a vida \u00e0 fadiga complementam outras pesquisas em andamento que tratam de v\u00e1rias fontes de hidrog\u00eanio, por exemplo, ambientes \u00famidos e poss\u00edvel degrada\u00e7\u00e3o de lubrificantes. Do ponto de vista at\u00f4mico, simula\u00e7\u00f5es est\u00e3o sendo realizadas usando um m\u00e9todo computacional de modelagem de mec\u00e2nica qu\u00e2ntica chamado Teoria do Funcional de Densidade<\/em> (DFT), que \u00e9 comumente usada para investigar a estrutura eletr\u00f4nica de sistemas de muitos corpos (fig. 2). <\/span><\/p>\n

Mais especificamente, simula\u00e7\u00f5es est\u00e3o sendo feitas para avaliar as propriedades mec\u00e2nicas e a influ\u00eancia do hidrog\u00eanio em um novo a\u00e7o experimental contendo van\u00e1dio (fig. 3), no qual o hidrog\u00eanio pode ser retido para evitar fragiliza\u00e7\u00e3o [3]. Os resultados do projeto MultiHy podem ajudar com o desenvolvimento final deste novo a\u00e7o, para que ele possa ser considerado para aplica\u00e7\u00f5es onde a resist\u00eancia ao hidrog\u00eanio \u00e9 necess\u00e1ria.<\/span><\/p>\n

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Detalhe da parte dianteira de uma rachadura que propaga no ferro. As cores dos \u00e1tomos representam a tens\u00e3o at\u00f4mica. Imagem produzida com o software AtomEye. <\/span><\/strong><\/em><\/h5>\n

Mecanismos de fadiga A segunda linha de pesquisa visa a descri\u00e7\u00e3o at\u00f4mica da microestrutura dos a\u00e7os e sua influ\u00eancia no comportamento do material quando submetido \u00e0 fadiga por contato rolante. <\/span><\/p>\n

Para este projeto, o m\u00e9todo de din\u00e2mica molecular (MD) est\u00e1 sendo usado para estudar como os \u00e1tomos se movem e interagem uns com os outros quando uma rachadura est\u00e1 iniciando e se propagando atrav\u00e9s do a\u00e7o do rolamento (fig. 4). A compreens\u00e3o desse fen\u00f4meno permitir\u00e1 que a SKF encontre formas de aumentar a vida \u00fatil e o desempenho geral dos produtos da SKF.<\/span><\/p>\n

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Modelo de amostra utilizado para a simula\u00e7\u00e3o de um pol\u00edmero com o m\u00e9todo da din\u00e2mica de part\u00edculas dissipativas (DPD). As part\u00edculas azuis escuras representam o preenchimento e as part\u00edculas roxas representam as cadeias polim\u00e9ricas. Imagem produzida com o software Ovito. (Fig. 4.)<\/span><\/strong><\/em><\/h5>\n

Projeto do pol\u00edmero A terceira aplica\u00e7\u00e3o trata do estudo de materiais de borracha preenchidos usados \u200b\u200bna fabrica\u00e7\u00e3o de veda\u00e7\u00f5es. O objetivo geral \u00e9 identificar e quantificar os fen\u00f4menos f\u00edsicos que ocorrem em diferentes escalas que influenciam o comportamento de estresse-tens\u00e3o quase-est\u00e1tico e din\u00e2mico da borracha preenchida. Este projeto est\u00e1 sendo realizado pela SKF em colabora\u00e7\u00e3o com cientistas da Universidade de Tsinghua, na China, e da Universidade de Barcelona, \u200b\u200bna Espanha. <\/span><\/h4>\n

Din\u00e2mica de part\u00edculas dissipativas (DPD), uma ferramenta de simula\u00e7\u00e3o de mesoescala que permite a an\u00e1lise das propriedades din\u00e2micas de fluidos e pol\u00edmeros (fig. 5) em escalas que v\u00e3o al\u00e9m daquelas que podem ser tratadas usando MD, \u00e9 usada aqui. Empregando DPD, o efeito de v\u00e1rios fatores, tais como a intera\u00e7\u00e3o entre part\u00edculas de enchimento e cadeias polim\u00e9ricas e as mudan\u00e7as topol\u00f3gicas na rede polim\u00e9rica no comportamento mec\u00e2nico est\u00e1tico e din\u00e2mico de materiais de veda\u00e7\u00e3o, pode ser totalmente considerado. <\/span><\/h4>\n

Tribologia <\/span><\/strong><\/em><\/h3>\n

A aplica\u00e7\u00e3o final aborda o contato lubrificado entre duas superf\u00edcies [4], como a existente entre um elemento rolante e uma pista em um rolamento h\u00edbrido. O m\u00e9todo usado para este trabalho tamb\u00e9m \u00e9 MD. O objetivo \u00e9 explicar as diferen\u00e7as fundamentais de atrito e desgaste entre superf\u00edcies de a\u00e7o \/ a\u00e7o e a\u00e7o \/ cer\u00e2mica para melhorar o desempenho dos rolamentos h\u00edbridos. <\/span><\/p>\n

Al\u00e9m disso, rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas entre o lubrificante e as superf\u00edcies podem ser consideradas. At\u00e9 agora, a modelagem revelou que h\u00e1 diferen\u00e7as fundamentais entre os contatos a\u00e7o \/ a\u00e7o e h\u00edbridos relacionados ao atrito e ao desgaste. Mais importante, os resultados mostraram que os contatos h\u00edbridos apresentam menor atrito do que os contatos a\u00e7o \/ a\u00e7o.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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AUTOR: SEBASTI\u00c1N ECHEVERRI RESTREPO, PESQUISADOR, SKF ENGENHARIA E CENTRO DE PESQUISA (ERC), SKF B.V., NIEUWEGEIN, HOLANDA \u00a0<\/span><\/h4>\n

Refer\u00eancias:<\/span><\/h4>\n

[1] http:\/\/www.multihy.eu
\n<\/span>[2] R. A. Oriani, Revis\u00e3o Anual da Ci\u00eancia dos Materiais 8, 327 (1978).
\n<\/span>[3] B. Szost, R. Vegter e P. Rivera-Diaz-del Castillo, Materials & Design 43, 499 (2013).
\n[4] D. Savio, Fen\u00f4menos em nanoescala na lubrifica\u00e7\u00e3o: de simula\u00e7\u00f5es atom\u00edsticas \u00e0 sua integra\u00e7\u00e3o em modelos cont\u00ednuos, tese de doutorado, Institut National des Sciences Appliqu\u00e9es de Lyon, Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (2013). Este art\u00edculo \u00e9 publicado na revista EVOLUTION na ter\u00e7a-feira 29 mar\u00e7o 2016<\/span><\/h4>\n
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