Joost Jacques Kalker (25 de juliol de 1933 - 24 d'abril de 2006) va ser un professor neerlandès de la Universitat Tècnica de Delft, reconegut internacionalment per les seves aportacions fonamentals a la mecànica de contacte en condicions de rodadura. És autor de diversos models de contacte roda–carril, àmpliament utilitzats en la simulació i l'anàlisi de la dinàmica de vehicles ferroviaris.
Biografia Joost Jacques Kalker va nàixer a La Haia el 25 de juliol de 1933, en el si d'una família jueva. Durant l'ocupació alemanya dels Països Baixos en la Segona Guerra Mundial, el seu pare, metge de família, va ser assassinat en el camp de concentració d'Auschwitz, mentre que Kalker, la seva mare —odontòloga— i els seus germans van sobreviure ocultant-se fins al final de la guerra. Després de cursar estudis secundaris en el Gymnasium de La Haia (1945–1951), va ingressar en la Universitat Tècnica de Delft, on va començar estudis de física abans d'especialitzar-se en matemàtiques. En 1958 es va graduar cum laude com el primer enginyer matemàtic d'esta universitat. Durant la seva formació va realitzar una estada com a investigador associat en la Universitat de Brown (els Estats Units) i, després de complir el servei militar en intel·ligència naval, es va incorporar com a professor assistent en Delft. Va obtenir el doctorat cum laude en enginyeria mecànica sota la direcció d'Anton Dammes de Pater, iniciant llavors una carrera acadèmica centrada en la mecànica del contacte roda–carril. En els seus últims anys va patir la malaltia de Parkinson. Va morir el 24 d'abril de 2006 per una insuficiència cardíaca. Li van sobreviure la seva esposa, Cordelia Kalkman, i els seus tres fills.
Obra Les principals contribucions científiques de Kalker se centren en la modelització del contacte entre dos sòlids en condicions de rodadura, amb especial aplicació al contacte tangencial entre la roda i el carril ferroviari. Els seus models permeten obtenir les forces tangencials transmeses en funció de les velocitats associades a la configuració no-deformada dels cossos, denominades velocitats de pseudolliscament (creepages). Estes formulacions constitueixen un element essencial en les eines de simulació de la dinàmica de vehicles ferroviaris basades en tècniques multicos.
La seva tesi doctoral, defensada en 1967, té per títol On the rolling contact of two elastic bodies in the presence of dry friction («Sobre el contacte de la rodadura de dos cossos elàstics en presència de fricció seca»). Va ser membre del consell editorial de la revista Vehicle System Dynamics. Va dirigir sis tesis doctorals: Max Viergever (1980), François van Geer (1987), Jürgen Jaeger (1992), Gerard Braat (1993), Frédéric Jacques Périard (1998) i Zili Li (2002). En 1990 va publicar el llibre Three-dimensional elastic bodies in rolling contact, que reuneix i sistematitza gran part de les seves contribucions científiques.
Entre les seves principals aportacions destaquen la Teoria Lineal, l'algorisme FastSim i la Teoria Variacional. La Teoria Lineal adopta el model d'Hertz per al contacte normal i desenvolupa, de manera anàloga a Hertz, les equacions constitutives que relacionen els desplaçaments deguts a la deformació amb el camp de tensions, suposant que els sòlids es comporten elàsticament com semiespais infinits. En este model s'assumeix un coeficient de fricció infinit, la qual cosa implica l'existència d'adhesió en tota l'àrea de contacte, l'aparició d'una singularitat en la vora posterior de l'àrea de contacte i una relació lineal entre les forces tangencials resultants i les velocitats de pseudolliscament. Esta linealitat comporta un cost computacional molt reduït, encara que limita la seua aplicabilitat a situacions amb forces tangencials xicotetes i al seu ús com a referència per a l'ajust d'altres models.
L'algorisme FastSim permet calcular les forces tangencials mitjançant una formulació numèrica basada en un model elàstic simplificat de tipus Winkler. Té un baix cost computacional, la qual cosa facilita la seva implementació en programes de simulació. Utilitza el model hertzià per al contacte normal i adopta un coeficient de fricció finit. La seva precisió es deu al fet que està ajustat per a convergir a la Teoria Lineal de Kalker quan les velocitats de pseudolliscament tendix a zero.
Tant la Teoria Lineal com FastSim són models estacionaris de contacte, en els quals el camp de desplaçaments no depèn de la seva evolució temporal prèvia. Encara que esta aproximació resulta adequada per a l'anàlisi de nombrosos fenòmens dinàmics rellevants per a la seguretat ferroviària, no és vàlida per a processos d'alta freqüència, com les vibracions acoblades entre vehicle i via (soroll de rodadura, vibracions generades per plans de roda, squats, corrugació del carril o el pas per aparells de via).
La Teoria Variacional desenvolupada per Kalker permet el modelatge no-conforme del contacte normal i tangencial, tant estacionari com no-estacionari, mitjançant un mètode numèric basat en elements de contorn. Va ser implementat en el programa CONTACT. Este enfocament empra una discretización espacial en la qual el pla de contacte es dividix en una malla regular d'elements rectangulars amb tensions constants en cada element.
La formulació de CONTACT es basa en les equacions cinemàtiques que relacionen les velocitats associades a la configuració de cos indeformat, el camp de velocitats de lliscaments, i les velocitats corresponents al camp de desplaçaments associats a les deformacions. Estos últims desplaçaments es formulen a partir de les equacions constitutives que la relacionen amb el camp de tensions suposant que els sòlids es comporten elàsticament com semiespais infinits. Les equacions han de ser satisfetes en punts de cada element de la malla segons un mètode de col·locació, sent la incògnita la tensió en cada element.
Referències
Categoria:Persones de la Haia Categoria:Morts el 2006 Categoria:Alumnes de la Universitat Tècnica de Delft Categoria:Nascuts el 1933