Técnica de videocorrelación aplicada al estudio del contacto entre sólidos

Abstract

Con la presente investigación se ha tratado de aportar información de interés acerca del funcionamiento de un equipo de correlación de imágenes digitales, que implementa una técnica cuya aparición en el mercado es reciente. Concretamente se ha utilizado el sistema VIC 2D de Limess con el que se cuenta en el laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla. Se trata de un sistema de medición óptica de desplazamientos y deformaciones, lo que resulta de gran valía en investigaciones enfocadas al estudio del comportamiento de materiales. Se ha puesto a prueba en situaciones en las que todavía no había sido utilizado, como son la medida de pequeñas deformaciones y su aplicación al problema del contacto. El motivo por el que se ha querido indagar acerca de la respuesta del sistema ante esas circunstancias ha venido dado por el deseo de conocer si, en investigaciones futuras, podría ser implementada la técnica en el mundo ferroviario, concretamente para la adquisición de información sobre la interacción rueda – carril. Tras recabar información acerca del algoritmo interno del sistema y su funcionamiento, se ha llevado a cabo una caracterización experimental del régimen elástico de probetas de aluminio 7075, con el fin de validar la calibración y los resultados del equipo. Posteriormente se ha analizado su respuesta en problemas de contacto estático entre sólidos metálicos, comparando los resultados experimentales con los que se obtienen tanto en simulaciones con elementos finitos como en procedimientos teóricos basados en soluciones clásicas de la mecánica del contacto. En Anexos se incluye una guía que ha sido elaborada para facilitar el uso del software del sistema, recogiendo la secuencia de instrucciones que ha sido ejecutada en los ensayos de este proyecto para la obtención de mapas y evoluciones en tiempo de deformación.

This research has tried to provide relevant information about the operation of a digital images correlation system what implements a recent technique at present. Specifically, it has been used the VIC 2D Limess system which can be found in the laboratory of Mechanical Engineering of the Advanced School for Engineers of Seville. This is a system that provides an optical method for measuring deformations and displacements which is a relevant factor in researches focused on the investigation of the behaviour of materials. It has been tested in situations in which it had not been experimented yet such as the measurement of small deformations and its application to the contact problem. The reason of the inquiry about the response of the system in these circumstances is related to the desire of knowing if, in future investigations, it could be implemented this technique in the railway industry, specifically for the acquisition of information about the wheel-rail interaction. After collecting information about the internal algorithm of the system and its functioning, it has been carried out an experimental characterisation of the elastic behaviour of specimens of aluminium 7075 to validate the calibration and the results of the equipment. Subsequently, it has been analysed its response in problems of static contact between metallic solids comparing the experimental results to the obtained ones in simulations with finite elements and in theoretical procedures based on classical solutions of the contact mechanics. In the Annex is included a guide that has been elaborated to facilitate the use of the software of the system including the sequence of instruction that has been executed in the tests of this project to the obtaining of maps and the development of deformation.