Presión de contacto
Introducción
La mecánica de contacto se ocupa del análisis de los cuerpos elásticos "Elasticidad (mecánica de sólidos)"), viscoelásticos o plásticos que se encuentran en contacto estático "Estática (mecánica)") o dinámico. La mecánica de contacto es una disciplina fundamental dentro de la ingeniería para el diseño de sistemas técnicos basados en la seguridad y el ahorro de energía.
Los principios de la mecánica de contacto pueden ser aplicables en áreas como el contacto rueda-carril, mecanismos de acoplamiento, embragues, sistemas de frenos, neumáticos y rodamientos deslizantes, motores de combustión, articulaciones, juntas, remodelaciones, estudio de materiales, soldadura por ultrasonidos, contactos eléctricos y muchos otros. Los desafíos actuales en este campo incluyen desde la verificación de resistencia entre elementos de contacto y la influencia de la lubricación y el diseño de material en la fricción y el desgaste. Otras aplicaciones de la mecánica de contacto se amplían al campo de la micro y nanotecnología.
Historia
La mecánica de contacto clásica suele relacionarse con Heinrich Hertz. En 1882 Hertz resolvió el problema del contacto entre dos cuerpos elásticos con superficies curvas (véase también tensión de contacto de Hertz")). Esta todavía relevante solución clásica supone el fundamento para problemas más modernos de la mecánica de contacto.
No fue sino hasta casi cien años después que Johnson, Kendall, y Roberts encontraron una solución similar para el caso del contacto adhesivo (Teoría JKR).
Nuevos avances en el campo de la mecánica de contacto en la primera mitad del siglo se pueden atribuir a nombres como Bowden y Tabor. Bowden y Tabor fueron los primeros en destacar la importancia de la rugosidad de la superficie de los cuerpos en contacto.[1] Posteriormente Daniel Maugis complementó el trabajo de Tabor y Bowden [2].[3] A través de la investigación de la rugosidad de la superficie, se obtuvo que la verdadera área de contacto entre las partes en fricción típicamente es inferior en órdenes de magnitud al área de contacto aparente. Tal comprensión cambió también drásticamente el rumbo de las empresas dedicadas a la tribología. Los trabajos de Bowden y Tabor originaron varias teorías sobre mecánica de contacto para superficies rugosas.
La contribución de Archard (1957)[4] debe ser también mencionada en relación con trabajos pioneros en este campo. Archard concluyó que, incluso para superficies elásticas rugosas, el área de contacto era aproximadamente proporcional a la fuerza normal. Otras cuestiones incluidas en estas líneas fueron ofrecidas por Greenwood and Williamson (1966),[5] Bush (1975),[6] and Persson (2002).[7] Los descubrimientos más importantes sobre estos trabajos fueron los siguientes: la verdadera superficie en contacto en materiales rugosos es generalmente proporcional a la fuerza normal, mientras que los parámetros de micro-contactos individuales (es decir, presión, dimensión del micro-contacto) dependen muy ligeramente de la carga.