As atuais demandas tecnológicas associadas a legislações ambientais mais rigorosas têm provocado alterações e impactos no projeto de componentes de engenharia que operam sob elevadas cargas termomecânicas e estão submetidos a fenômenos multifísicos complexos que afetam seu desempenho e durabilidade. Por exemplo, o mecanismo biela-pistão-cilindro em motores de combustão interna e compressores herméticos alternativos experimentam efeitos de atrito, desgaste e lubrificação nas juntas de revolução, influenciando significativamente o desempenho geral do sistema. Para projetar e otimizar tais componentes no contexto do rápido avanço de possíveis soluções tribológicas, os engenheiros precisam de ferramentas de simulação precisas e rápidas que possam capturar o comportamento tribodinâmico do sistema sob condições de trabalho realistas. Em particular, nos casos de sistemas que trabalham sob condições de lubrificação mista, as ferramentas de simulação atuais baseiam-se frequentemente em modelos de contato rugoso simplificados que não levam em consideração a deformação elastoplástica das asperezas da superfície, levando a previsões imprecisas de cargas e tensões de contato. Portanto, há uma necessidade de modelos tribodinâmicos que possam representar o regime de lubrificação mista e a mecânica de contato rugoso de forma mais realista e computacionalmente eficiente. Neste contexto, o presente estudo buscou analisar o comportamento tribodinâmico de um mecanismo crank-slider com juntas com folga lubrificadas operando sob condições de lubrificação mista. Para tanto, é proposta uma metodologia de modelagem tribodinâmica multicorpos que acopla os fenômenos tribológicos em juntas com folga lubrificadas com o modelo dinâmico de sistemas multicorpos, utilizando o formalismo da dinâmica multicorpos. Um modelo de lubrificação mista baseado na equação de Reynolds com modelagem de cavitação de filme fluido que atende ao princípio de conservação de massa e modelos de contato rugoso elástico e elastoplástico são implementados e utilizados para calcular os carregamentos hidrodinâmico e de contato entre as asperezas. Uma análise comparativa é realizada para avaliar a influência do modelo de contato no desempenho do sistema, considerando três configurações de juntas de revolução com folga lubrificadas. Os resultados da simulação indicam diferenças significativas, entre os modelos elástico e elastoplásticos estudados, no desempenho tribológico e no comportamento dinâmico das juntas. Em particular, para a configuração do mecanismo com todas as juntas com folga, a junta bloco - manivela (B-CS) foi a mais solicitada, sendo possível observar variações da ordem de mais de -50 % de diferença entre os modelos elástico e elastoplásticos no parâmetro de mínima espessura de filme de óleo (MOFT), quando os valores de aproximação de superfície foram baixos (h/ < 2), resultando em significantes diferentes picos de pressão e de perda de potência por contato. No geral, devido à robustez das formulações matemáticas e dos mecanismos físicos considerados, sugere-se a utilização dos modelos elastoplásticos KE ou JG quando se desejam análises tribodinâmicas multicorpos mais detalhadas, especialmente aquelas que envolvem efeitos de desgaste e falha.

Current technological demands associated with stricter environmental legislation have caused changes and impacts on the design of engineering components operating under high thermal-mechanical loads and subjected to complex multiphysics phenomena that affect their performance and durability. For instance, the crank-connecting rod-piston-cylinder mechanism in internal combustion engines and reciprocating hermetic compressors experience friction, wear, and lubrication effects at the revolute joints, significantly influencing the overall system performance. To design and optimize such components in the context of rapid advancement of potential tribological solutions, engineers need accurate and fast simulation tools that can capture the tribodynamic behavior of the system under realistic working conditions. In particular, in the cases of systems working under mixed lubrication conditions, current simulation tools often rely on simplified rough contact models that do not account for the elastoplastic deformation of the surface asperities, leading to inaccurate predictions of contact loads and stresses. Therefore, there is a need for tribodynamic models that can represent the mixed lubrication regime and the rough contact mechanics more realistically in a computationally efficient way. In this context, the present study sought to analyze the tribodynamic behavior of a crank-slider mechanism with lubricated clearance joints operating under mixed lubrication conditions. For this purpose, a multibody tribodynamics modeling methodology that couples the tribological phenomena in lubricated clearance joints with the dynamic model of multibody systems is proposed using the multibody dynamics formalism. A mixed lubrication model based on the Reynolds equation with the fluid film cavitation modeling that complies with the mass-conservation principle and elastic and elastoplastic rough contact models are implemented and used to calculate the hydrodynamic and asperity contact loads. A comparative analysis is carried out to evaluate the influence of the contact model on the system performance, considering three configurations of lubricated revolute clearance joints. The simulation results indicated significant differences between the elastic and elastoplastic rough contact models evaluated in the tribological performance and dynamic behavior of the joints. In particular, for the configuration of the mechanism with all joints with clearance, the blockcrank joint (BCS) was the most requested, making it possible to observe variations of more than 50% between the elastic and elastoplastic models for the minimum oil film thickness parameter (MOFT) when surface separations were low (h/ < 2), resulting in significantly different peak pressures and power losses. Overall, due to the robustness of the mathematical formulations and physical mechanisms considered, it is suggested to use the KE or JG elastoplastic models when more detailed multibody tribodynamics analyses are desired, especially those involving wear and failure effects.