Modelo matemático de la evolución de un sistema dinámico simple con fricción seca
Autores: Alaci, Stelian; Ciornei, Florina-Carmen; Lupascu, Costica; Romanu, Ionut-Cristian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelo matemático de la evolución de un sistema dinámico simple con fricción seca
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Fricción
Sistema dinámico
Fricción seca
Velocidad relativa
Fricción de rodadura
Fricción de deslizamiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Se estudia teórica y numéricamente un sistema dinámico simple con fricción seca. Los modelos de sistemas que incluyen fricción seca no se obtienen fácilmente, ya que definir la relación entre la fuerza de fricción y la velocidad relativa presenta un desafío significativo. Se sabe que las fuerzas de fricción presentan discontinuidades notables cuando hay un cambio en la dirección del movimiento. Además, cuando cesa el movimiento relativo, la fuerza de fricción puede asumir cualquier valor dentro de un cierto rango. En la literatura, se presentan numerosos modelos de fricción seca, y la mayoría de ellos asumen una dependencia biunívoca de la fuerza de fricción con respecto a la velocidad relativa. El sistema dinámico considerado aquí es una varilla inclinada con extremos esféricos, inicialmente en reposo. Las fuerzas de fricción seca son evidentes en el punto de contacto con el plano horizontal. El contacto bola-plano destaca la fricción de rodadura y/o la fricción deslizante. El problema se resuelve teóricamente después de adoptar uno de los dos casos de fricción: fricción de rodadura o fricción deslizante. Se han derivado las ecuaciones diferenciales no lineales de movimiento, junto con expresiones para la magnitud de la reacción normal y la fuerza de fricción. Los resultados del modelo se muestran gráficamente para tres conjuntos diferentes de valores para el coeficiente de fricción. Se revela que hay un valor crítico del coeficiente de fricción que determina la transición de los regímenes de rodadura a deslizamiento. Para validar el modelo teórico, se utilizó software de simulación dinámica. La excelente coincidencia entre las predicciones teóricas y los resultados de la simulación numérica confirma la precisión de la solución analítica propuesta.
Descripción
Se estudia teórica y numéricamente un sistema dinámico simple con fricción seca. Los modelos de sistemas que incluyen fricción seca no se obtienen fácilmente, ya que definir la relación entre la fuerza de fricción y la velocidad relativa presenta un desafío significativo. Se sabe que las fuerzas de fricción presentan discontinuidades notables cuando hay un cambio en la dirección del movimiento. Además, cuando cesa el movimiento relativo, la fuerza de fricción puede asumir cualquier valor dentro de un cierto rango. En la literatura, se presentan numerosos modelos de fricción seca, y la mayoría de ellos asumen una dependencia biunívoca de la fuerza de fricción con respecto a la velocidad relativa. El sistema dinámico considerado aquí es una varilla inclinada con extremos esféricos, inicialmente en reposo. Las fuerzas de fricción seca son evidentes en el punto de contacto con el plano horizontal. El contacto bola-plano destaca la fricción de rodadura y/o la fricción deslizante. El problema se resuelve teóricamente después de adoptar uno de los dos casos de fricción: fricción de rodadura o fricción deslizante. Se han derivado las ecuaciones diferenciales no lineales de movimiento, junto con expresiones para la magnitud de la reacción normal y la fuerza de fricción. Los resultados del modelo se muestran gráficamente para tres conjuntos diferentes de valores para el coeficiente de fricción. Se revela que hay un valor crítico del coeficiente de fricción que determina la transición de los regímenes de rodadura a deslizamiento. Para validar el modelo teórico, se utilizó software de simulación dinámica. La excelente coincidencia entre las predicciones teóricas y los resultados de la simulación numérica confirma la precisión de la solución analítica propuesta.