Πλήρης τρισδιάστατη προσομοίωση ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης γενικής γεωμετρίας σε ιδιαίτερες καταστάσεις λίπανσης

Abstract

The present thesis deals with the problem of elastohydrodynamic lubrication (E.H.L.). Specifically, this work aims to the complete numerical simulation of elastohydrodynamic contacts. The thesis begins with an introduction to the subject, followed by historical review of the field of E.H.L., which covers the evolution of E.H.L. theory, the knowledge of lubricant properties and numerical methods applied on this problem. From this review, has been concluded that despite the important progress that has been made over the years, a general model for simulating E.H.L. is missing from the literature.The next step was the derivation of the governing equations of the problem. Goal of this process was to build a general mathematical model capable of describing the majority of cases of E.H.L. found in mechanical engineering applications. The mathematical model was properly non-dimensionalized and discretized. Continuing, numerical procedures applied to the discreet equations and an arithmetic model was developed. The reliability of the model was verified through comparison of its results with experimentally measured data. In order to point out the capabilities of the developed model several common and special cases of E.H.L. were simulated.The thesis concludes that for first time was presented a three-dimensional numerical general geometry model that can deal with E.H.L. and simultaneously includes in the solution process all the following features that affect the contact.•Surface micro-structure, roughness•Misalignment errors•Starved lubrication•Thermal analysis •Transient solution•Complex contact body kinematics•Complete oil properties model, all the following properties are taken into accountoviscosityodensityospecial heat capacityothermal conductivityorheological laws

Η παρούσα διατριβή ασχολείται πε το πρόβλημα της ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης (Ε.Υ.Λ.). Συγκεκριμένα η εργασία αυτή στοχεύει στην πλήρη αριθμητική προσομοίωση ελατοϋδροδυναμικών επαφών. Η διατριβή αρχίζει με εισαγωγή στο αντικείμενο της Ε.Υ.Λ., η οποία ακολουθείται από ιστορική αναδρομή στο πεδίο της Ε.Υ.Λ. καλύπτοντας την εξέλιξη της ελαστοϋδροδυναμικής θεωρίας, την εξέλιξη της γνώσης περί των ιδιοτήτων των λιπαντικών καθώς και των αριθμητικών μεθόδων που έχουν εφαρμοσθεί σε αυτό το πρόβλημα. Από αυτήν την επισκόπηση, διακρίνεται ότι παρόλη την σημαντική πρόοδο που έχει σημειωθεί, στη βιβλιογραφία δεν αναφέρεται κάποιο γενικό μοντέλο Ε.Υ.Λ. Το επόμενο βήμα της εργασίας περιλαμβάνει την εξαγωγή των βασικών εξισώσεων που περιγράφουν το πρόβλημα. Σκοπός αυτής της διαδικασίας ήταν να αναπτυχθεί ένα γενικό μαθηματικό μοντέλο ικανό να περιγράφει την πλειοψηφία των περιπτώσεων Ε.Υ.Λ. που εμφανίζονται στις μηχανολογικές εφαρμογές. Το μαθηματικό αυτό μοντέλο αδιαστατοποιήθηκε και διακριτοποιήθηκε με κατάλληλο τρόπο έτσι ώστε να μπορούν να εφαρμοσθούν σε αυτό αριθμητικές μέθοδοι. Στη συνέχεια αναπτύχτηκε το ζητούμενο αριθμητικό μοντέλο. Η αξιοπιστία του μοντέλου ελέγχθηκε μέσω σύγκρισης των αποτελεσμάτων του με πειραματικά μετρημένες τιμές. Τέλος, για να επισημανθούν οι δυνατότητες του μοντέλου επιλύθηκε ένας μεγάλος αριθμός τόσο συνηθισμένων όσο και ιδιάζουσων καταστάσεων Ε.Υ.Λ.Στη διατριβή αυτή παρουσιάζεται για πρώτη φορά ένα πλήρες αριθμητικό μοντέλο ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης τρισδιάστατης γενικής γεωμετρίας το οποίο είναι ικανό να προσομοιώνει επαφές, λαμβάνοντας υπόψη ταυτόχρονα όλους τους ακόλουθους παράγοντες.•Μικροδομή επιφανειών, τραχύτητα •Αποκλίσεις παραλληλότητας •Ανεπαρκής λίπανση•Θερμοκρασιακή ανάλυση•Χρονική μεταβολή •Σύνθετη κινηματική των σωμάτων επαφής•Πλήρες μοντέλο ιδιοτήτων λιπαντικού, που λαμβάνει υπόψη τα παρακάτωoιξώδεςoπυκνότηταoειδική θερμοχωρητικότητα oθερμική αγωγιμότητα oρεολογικούς νόμους