Caracterización de las vibraciones Stick-Slip de un oscilador con amortiguamiento y fricción tipo Rate and State

Resumen

El fenómeno stick-slip se produce en procesos de movimiento con fricción entre dos superficies sólidas deslizantes. Desde hace algunas décadas se han intensificado los estudios sobre ciertos aspectos del comportamiento dinámico asociado al deslizamiento entre sólidos elásticos; y más recientemente incluso se han extendido a medios poroelásticos. Según sean las aplicaciones prácticas buscadas, se emplean diversas leyes de variación para el coeficiente dinámico de fricción. Este normalmente se considera función solo de la velocidad relativa de deslizamiento, otras veces se hace depender además de variables con dimensión temporal, denominadas variables de estado. En este trabajo se recopilan algunos casos sobre el estudio dinámico del problema canónico con fricción variable, consistente en un deslizador con un muelle y un amortiguador. Se utiliza un método numérico de resolución de la ecuación del movimiento. A partir del esquema básico, se añade el modelo de fricción "rate and state", ampliamente aplicado en sismología para el estudio del deslizamiento de fallas susceptible de generar movimientos sísmicos. Se aplica dicho modelo al análisis de algunos casos prácticos, por ejemplo el de una fuerza tractora a velocidad constante o el de la cinta transportadora. Se analizan los rangos de variación de los parámetros característicos del modelo "rate and state" que conducen a situaciones estables o inestables de deslizamiento. Se comparan los resultados con otros modelos de fricción dependientes de la velocidad, tales como el exponencial o el polinómico. Se extraen conclusiones directas sobre la aplicabilidad de la fricción tipo "rate and state" en cada caso. Finalmente, se plantea una propuesta simplificada para acoplar una hipotética poroelasticidad de uno de los sólidos en contacto, a través de la flexibilidad y el amortiguamiento del deslizador.