Modal analysis of thermoelastic behavior of friction clutches and brakes

• Autorzy: Zagrodzki P.

Warianty tytułu

PL

Analiza modalna zjawisk termosprężystych w sprzęgłach i hamulcach ciernych

• Konferencja: XXIV Sympozjum Bezpieczeństwo w Pojazdach Samochodowych (24 ; 20.11.2015 ; Warszawa, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Thermoelastic contact problem in sliding systems such as friction clutches and brakes is discussed in the paper. Frictional heat induces thermal deformations of clutch components. Deformations modify contact pressure distribution at sliding interfaces, which in turn defines distribution of frictional heat. This fully coupled thermoelastic contact problem is known to exhibit instability if the sliding speed is sufficiently high. Practical manifestation of instability is development of hot spots at contact interfaces. In the paper a modal approach to this problem is presented. The formulation leads to an eigenvalue problem with eigenmodes representing patterns of temperature distribution and real parts of eigenvalues indicating stability/instability of the mode.

PL

W artykule prezentowane jest zagadnienie kontaktu termosprężystego w układach z tarciem ślizgowym takich jak sprzęgła i hamulce cierne. Ciepło wydzielane wskutek tarcia powoduje deformacje termiczne elementów sprzęgła. Deformacje te modyfikują rozkład nacisków kontaktowych na powierchniach ciernych, które z kolei określają rozkład ciepła generowanego tarciem. To w pełni sprzężone zagadnienie kontaktu termosprężystego cechuje się niestatecznością przy dostatecznie dużych prędkościach poślizgu. Praktycznym skutkiem niestateczności są gorące plamy tworzące się na powierzchniach kontaktu. W artykule zaprezentowana jest analiza modalna tego problemu. Sformułowanie to prowadzi do zaganienia własnego, w którym postacie własne reprezentują rozkłady temperatur a części rzeczywiste wartości własnych wskazują czy postać jest stateczna.

Słowa kluczowe

EN

friction; clutch; contact; instability; thermoelastic behavior; brakes; sliding system

PL

tarcie; sprzęgło; kontakt; niestateczność; zjawiska termosprężyste; hamulec cierny; układ z tarciem slizgowym

• Wydawca: Instytut Pojazdów Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 4/104
• Strony: 39--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Zagrodzki P.

• Research and Development Engineer, Raybestos Powertrain LLC, USA
• Faculty of Transport, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] Barber J.R.: Thermoelastic instabilities in the sliding of conforming solids, Proc. R. Soc. Lond., 1969,A 312, pp. 381–394.
• [2] Dow T.A., Burton R.A.: Thermoelastic instability of sliding contact in the absence of wear, Wear, 1972, 19, pp. 315–328.
• [3] Lee K., Barber J.R.: Frictionally excited thermoelastic instability in automotive disk brakes, ASME J. Tribol., 1993, 115, pp. 607–614.
• [4] Kennedy F.E., Ling F.F.: A thermal, thermoelastic, and wear simulation of a high - energy sliding contact problem, ASME Trans., J. Lubric. Technology, Series F., 1974, 96, No. 2, pp. 497-507.
• [5] Du S., Zagrodzki P., Barber J.R., Hulbert G.M.: Finite element analysis of frictionally excited thermoelastic instability, J. Therm. Stress., 1997, 20, pp. 185–201.
• [6] Yi Y.B., Barber J.R. Zagrodzki P.: Eigenvalue solution of thermoelastic instability problems using Fourier reduction, Proc. R. Soc. Lond., 2000, A 456, pp. 2799–2821.
• [7] Li J., Barber J.R.: Solution of transient thermoelastic contact problems by fast speed expansion method, Wear, 2008, 265, pp. 402–410.
• [8] Zagrodzki P.: Thermoelastic instability in friction clutches and brakes – transient modal analysis revealing mechanisms of excitation of unstable modes, Int. J. Solid. Struct., 2009, 46, pp. 2463–2476.
• [9] Al-Shabibi A.M., Barber J.R.: Transient solution of a thermoelastic instability problem using a reduced order model, Int. J. Mech. Sci., 2002, 44, pp. 451–464.
• [10] Brooks A.N., Hughes T.J.R.: Streamline upwind/Petrov–Galerkin formulations for convection dominated flows with particular emphasis on the incompressible Navier–Stokes equations, Comput. Meth. Appl. Mech. Eng., 1982, 32, pp. 199–259.