Sim2Adapt

Acrónimo: Sim2Adapt

Objetivo temático: Desenvolvimento de ações e sistemas inovadores que facilitem o diagnóstico precoce em saúde

Área Científica: Engenharia Mecânica

Síntese do Projeto: Embora as nossas prioridades tenham mudado nos últimos meses, a recuperação económica torna as questões de sustentabilidade ainda mais críticas. Nesse contexto, os resultados de uma análise sobre o impacto do atrito e do desgaste na economia mundial não podem ser negligenciados (Holmberg et al., 2017), uma vez que indicam que cerca de 23% da energia total consumida está diretamente relacionada com contactos tribológicos, em particular o atrito (~ 20%). As soluções convencionais para reduzir o atrito em contactos mecânicos envolvem lubrificantes líquidos. A dimensão do mercado global de lubrificantes foi estimada em mais de 100.000 milhões de euros em 2018 (Research Grand view, 2021). Muitos lubrificantes são nocivos para o meio ambiente, pelo que a sua gestão está sujeita a directivas da União Europeia. Assim, a investigação centrou-se em tentar minimizar, ou mesmo eliminar, o uso de lubrificantes líquidos em componentes mecânicos que envolvem contacto. A engenharia de superfícies surge como uma solução promissora, pois permite modificar as propriedades da superfície dos corpos em contacto. Os lubrificantes sólidos são materiais que, apesar de estarem na fase sólida, são capazes de reduzir o atrito entre duas superfícies em contacto. Assim, têm sido realizados diversos estudos acerca da deposição destes materiais como revestimentos finos, em componentes mecânicos. Estes materiais apresentam uma estrutura em camadas, pelo que o deslizamento ocorre para tensões tangenciais muito baixas, dando origem a baixo atrito. No entanto, isso também significa uma baixa resistência mecânica e, consequentemente, baixa resistência ao desgaste. Na procura de um equilíbrio entre o comportamento ao desgaste e ao atrito, explorou-se outro conceito que consiste na deposição de um material de alta resistência que incorpora um elemento ou composto, que promove o baixo atrito. Durante o contacto deslizante, ocorrem transformações estruturais e/ou reações químicas, que originam uma tribocamada com propriedades de baixo atrito (Shi et al., 2019; Yaqub et al., 2020). Estes revestimentos são designados auto-adaptativos de baixo atrito. A tribocamada é formada enquanto o restante material apresenta uma resistência mecânica que garante a resistência ao desgaste. Infelizmente, a formação da tribocamada é muito sensível às condições de contacto o que contribui para resultados inconsistentes em aplicações industriais. Esta proposta combina abordagens numéricas e experimentais, multi-escala, para modelar as condições de contacto, de modo compreender melhor o comportamento dos revestimentos auto-adaptáveis e facilitar a sua aplicação para uma maior gama de condições de contacto deslizante. Foram já estabelecidas leis de atrito que permitem prever o comportamento em função das condições de contacto. Globalmente, as abordagens utilizadas permitem considerar a distribuição das áreas de contacto locais em função da rugosidade da superfície e das propriedades mecânicas dos materiais, sendo o atrito determinado com base na média das forças tangenciais necessárias para que os materiais deslizem. No entanto, nenhum dos modelos desenvolvidos considera que as zonas de contacto locais podem apresentar comportamento tribológico diferente devido à ocorrência de fenómenos de auto-adaptação. Além disso, à medida que a superfície de contacto se desgasta, podem ocorrer transformações no contacto local, pelo que outra zona sofre desgaste, dando origem a uma zona com um “novo” comportamento tribológico. Isso significa que há uma mudança dinâmica das zonas de contacto entre as duas superfícies deslizantes, em diferentes etapas do processo de auto-adaptação, pelo que, individualmente, mostram propriedades de atrito que evoluem das do material depositado até às do auto-adaptado. Portanto, é necessária uma nova abordagem para construir modelos que incluam a evolução das propriedades nas zonas de contato locais. O modelo deve considerar o diferente comportamento tribológico de cada zona e sua evolução, que deve estar correlacionado com a evolução da rugosidade da superfície e das propriedades mecânicas. Isso significa que as condições de contacto que permitem a ocorrência de fenómenos de auto-adaptação devem ser estudadas usando ferramentas experimentais in-situ, isto é, testes de atrito acoplados com a caracterização in-situ. Essa é uma maneira original e inovadora de estudar o contacto tribológico, que será aplicada para desenvolver modelos de mecânica de contacto multi-escala, para revestimentos auto-adaptativos. O objetivo é usar esses modelos para definir directrizes para a seleção do revestimento auto-adaptativos que conduzam a resultados mais consistentes para um sistema mecânico específico. Além disso, os modelos desenvolvidos também poderão ser aplicados a superfícies compósitas (micro/nano-puzzle-like), como as que serão estudadas noutra proposta também submetida a este concurso.

Área de intervenção: Ciências da Engenharia e Tecnologias

Investigador Responsável na UC: Marta Cristina Cardoso de Oliveira

Unidade Orgânica UC: FCTUC - DEM

Instituições participantes no projeto: Universidade de Coimbra (Proponente)

Instituto Pedro Nunes (Parceiro)

Instituição Financiadora/Gestora: FCT - OE

Programa de Financiamento: PTDC 2022 – IC&DT

Período de execução: De 12/03/2023 a 11/03/2026 (36 meses)

Custo total elegível (EUR): 249.395,50€

Técnico do Projeto: Carla Cardoso

Contacto: +351 239 247 015_ (Ext. 210015)