Desenvolvimento de um algoritmo baseado em rugosidade superficial 3D para análise da estanqueidade de tampas de cabeçote

Development of an Algorithm Based on 3D Surface Roughness for Engine Cylinder Head Sealing Analysis

MOREIRA, Heloísa Colli; PINTAUDE, Giuseppe

Trabalho completo:

A adesão entre superfícies rugosas desempenha um papel crítico na vedação de sistemas mecânicos, impactando diretamente a eficiência dos motores. Neste trabalho, investigamos a adesão entre o cabeçote e a tampa do cabeçote de um motor, unidos por um adesivo de silicone. Aplicamos a teoria da mecânica do contato de Persson para avaliar a área real de contato, considerando a influência da rugosidade a partir da densidade espectral das alturas da superfície e sua relação com a percolação. Implementamos os modelos matemáticos no MATLAB, permitindo a simulação da interação entre as superfícies e a estimativa da área real de contato sob condições operacionais. Os resultados fornecem uma compreensão detalhada do efeito da topografia nas propriedades adesivas, contribuindo para otimizações no projeto de vedação.

Adhesion between rough surfaces plays a critical role in the sealing of mechanical systems, directly impacting the efficiency and durability of engines. In this study, we investigated the adhesion between the cylinder head and its cover in an engine, joined by a silicon adhesive. We applied Persson's contact mechanics theory, which describes the relationship between roughness and adhesion through the spectral distribution of surface heights. The surfaces were characterized using optical interferometry, a 3D analysis technique that provides high-precision topographic data. Computational modeling was implemented in MATLAB to estimate the real contact area and evaluate percolation under operational conditions. The results provided a quantitative analysis of the effect of surface topography on adhesion and its influence on sealing performance, contributing to optimizations in engine design.

Palavras-chave: - -

DOI: 10.5151/simea2025-PAP67

Referências bibliográficas

• [1] GUALBERTO, H. R.; DO CARMO AMORIM, F.; COSTA, H. R. M. A review of the relationship between design factors and environmental agents regarding adhesive bonded joints. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. Springer Science and Business Media Deutschland GmbH, 2021
• [2] CHRISTOPHE, M. et al. Analysis and modeling of the topography of mechanical seal faces. Tribology Transactions, v. 53, n. 6, p. 799–815, 2010.
• [3] BALDAN, A. Adhesion phenomena in bonded joints. International Journal of Adhesion and Adhesives, v. 38, p. 95–116. 2012.
• [4] PERSSON, B. N. J. On the Use of Surface Roughness Parameters. Tribology Letters, v. 71, n. 2, 2023a.
• [5] PERSSON, B. N. J. Contact mechanics for randomly rough surfaces and fluid squeeze-out. The European Physical Journal E, v. 35, n. 11, p. 112, 2012.
• [6] PERSSON, B. N. J. Fluid Leakage in Static Rubber Seals. Tribology Letters, v. 70, n. 2, 2022.

Como citar:

MOREIRA, Heloísa Colli; PINTAUDE, Giuseppe; "Desenvolvimento de um algoritmo baseado em rugosidade superficial 3D para análise da estanqueidade de tampas de cabeçote", p-328-333. In: Anais do XXXII Simpósio Internacional de Engenharia. São Paulo: Blucher, 2025.
ISSN 23577592, DOI 10.5151/simea2025-PAP67