inteligencia artificial para el cálculo del espesor de película en contactos puntuales elastohidrodinámicos
Barra lateral del artículo
Contenido principal del artículo
Resumen
La película de lubricante en un contacto mecánico viene definida principalmente por sus espesores central y mínimo. Existen algunas fórmulas Newtonianas que se emplean tradicionalmente en la literatura para estimar el espesor de película en contactos puntuales elastohidrodinámicos. Estas fórmulas, como por ejemplo las propuestas por Hamrock-Dowson y Katyal-Kumar, permiten obtener resultados aproximados de forma rápida y sencilla, con un ámbito de aplicabilidad ajustado al rango de condiciones empleadas para su obtención. Además, se pueden aplicar factores de corrección a las fórmulas para considerar aspectos como los efectos térmicos en el lubricante o su comportamiento no-Newtoniano. Por otro lado, existen modelos numéricos que ofrecen predicciones de espesor de película más exactas, aunque tienen limitaciones en su ámbito de validez similares a las que presentan las fórmulas. Debido al proceso de cálculo numérico, estos modelos presentan un elevado coste computacional y por ende necesitan mayor tiempo de cálculo, por lo que son menos empleados en aplicaciones de ingeniería que las citadas fórmulas.
En este artículo se han utilizado algoritmos de Inteligencia Artificial (IA), en concreto Redes Neuronales, para elaborar un modelo de predicción rápida del espesor de película Newtoniano. Para el entrenamiento y optimización del algoritmo de IA, se han empleado datos de espesor de película obtenidos tanto por simulación numérica como experimentalmente. Una vez desarrollado este modelo, se ha comparado su precisión con respecto a las fórmulas de Hamrock-Dowson y Katyal-Kumar, evidenciando una excelente capacidad de predicción del espesor de película de lubricante y un ámbito de validez más amplio que dichas fórmulas y que los modelos numéricos. De esta forma, se integran las ventajas de las fórmulas (simplicidad y rapidez) y de los modelos numéricos (exactitud), a la vez que se aumenta el rango de aplicabilidad.
Detalles del artículo
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
CC BY-NC-SA 4.0)
El lector puede compartir, copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato, siempre y cuando cumpla con las siguientes condiciones:
-
Atribución (BY): Debe dar crédito adecuado al autor original, proporcionando un enlace a la licencia y señalando si se han realizado cambios.
-
No Comercial (NC): No puede utilizar el material con fines comerciales. Esto significa que no puede venderlo ni obtener ganancias directas de su uso.
-
Compartir Igual (SA): Si adapta, transforma o construye sobre el material, debe distribuir sus contribuciones bajo la misma licencia que el original.
Recuerda que esta licencia no afecta los derechos legales del autor, como el derecho moral o las excepciones de uso justo.
Citas
Stachowiak G. W., Batchelor A. W. Engineering tribology, Elsevier: Oxford, UK (2005).
Hamrock B. J., Fundamentals of fluid film lubrication, McGraw-Hill: New York, USA (1994).
Echávarri J., Lafont P., Chacón E., De la Guerra E., Díaz A., Munoz-Guijosa J. M., Muñoz J. L. “Analytical model for predicting friction coefficient in point contacts with thermal elastohydrodynamic lubrication”, Proc. Inst. Mech. Eng. Part J J. Eng. Tribol. 225, 181–191 (2011).
Bair S., High pressure rheology for quantitative elastohydrodynamics, Elsevier: Burlington, USA (2007).
Zhu D., Hu Y., “A computer program package for the prediction of EHL and mixed lubrication characteristics, friction, subsurface stresses and flash temperatures based on measured 3-D surface roughness”, Tribol. Trans. 44, 383–309 (2001).
Castro J., Seabra J., “Coefficient of friction in mixed film lubrication: Gears versus twin-discs”, Proc. Inst. Mech. Eng. Part J J. Eng. Tribol. 221, 399–411 (2007).
Katyal P., Kumar P., “New central film thickness equation for shear thinning lubricants in elastohydrodynamic lubricated rolling/sliding point contact conditions”, ASME J. Tribol. 136, 041504 (2014).
Marian M., Bartz M., Wartzack S., Rosenkranz A., “Non-dimensional groups, film thickness equations and correction factors for elastohydrodynamic lubrication: A review”, Lubricants 8, 95 (2023).
De la Guerra E., Echávarri J., Sánchez A., Chacón E., Del Río B., “Film thickness formula for thermal EHL line contact considering a new Reynolds–Carreau equation”, Tribol. Lett. 66, 31 (2018).
Bair S., “Shear thinning correction for rolling/sliding elastohydrodynamic film thickness”, Proc. Inst. Mech. Eng. Part J J. Eng. Tribol. 219, 69–74 (2005).
Chaomleffel J. P., Dalmaz G., Vergne P., “Experimental results and analytical film thickness predictions in EHD rolling point contacts”, Tribol. Int. 40, 1543–1552 (2007).
Echávarri J., Chacón E., Franco-Martínez F., Sánchez G., Cortada-García M., “Predicción del espesor de película en contacto puntual”, Actas del XXIV Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. 1-9, Las Palmas de Gran Canaria (2023).
Masjedi M., Khonsari M. M., “On the effect of surface roughness in point-contact EHL: Formulas for film thickness and asperity load”, Tribol. Int. 82, 228–244 (2015).
Katyal P., Kumar P., “Central film thickness formula for shear thinning lubricants in EHL point contacts under pure rolling”, Tribol. Int. 48, 113–121 (2012).
Liu Y., Wang Q. J., Bair S., Vergne P., “A quantitative solution for the full shear-thinning EHL point contact problem including traction”, Tribol. Lett. 28, 171-181 (2007).
Marian M., Mursak J., Bartz M., Profito F.J., Rosenkranz A., Wartzack S. “Predicting EHL film thickness parameters by machine learning approaches”, Friction 11, 992–1013 (2023).
Echávarri J., De la Guerra E., Chacón E., Franco-Martínez F., Contreras R. W., “An analytical approach for predicting EHL friction: Usefulness and limitations”, Lubricants 10, 141 (2022).
PCS Instruments: https://pcs-instruments.com. Acceso el 8 de enero de 2025.