Kai Henning Bode

Wärme und wärmeinduzierte Effekte in Reibmaterialien

Ein umfassendes Konzept für Modellierung und Simulation

ISBN:

978-3-8440-1242-2

Reihe:

Schriftenreihe Institut für Dynamik und Schwingungen TU Braunschweig
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. habil. Georg-Peter Ostermeyer
Braunschweig

Schlagwörter:

Reibung; Modellierung; Simulation; Bremse; Wärmeeffekte; Reibmaterial

Publikationsart:

Dissertation

Sprache:

Deutsch

Seiten:

188 Seiten

Abbildungen:

77 Abbildungen

Gewicht:

278 g

Format:

21 x 14,8 cm

Bindung:

Paperback

Preis:

48,80 € / 61,00 SFr

Erscheinungsdatum:

August 2012

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Zusammenfassung:

Steigende Fahrleistungen, kürzer werdende Produktzyklen und ein erhöhtes Bewusstsein für Komforteigenschaften machen die Entwicklung robuster Bremssysteme für Straßenfahrzeuge immer anspruchsvoller. Ein zentrales Bauteil zur Gewährleistung von Sicherheit und Standfestigkeit, das zugleich über die bestmögliche Auflösung auftretender Zielkonflikte entscheidet, ist der Reibbelag. Dieser besteht bei den meisten Fahrzeugen aus einem organisch gebundenen, heterogenen Kompositwerkstoff.

Anders als bei vielen anderen ingenieurwissenschaftlichen Fragestellungen stehen dem Materialentwickler fast keine Softwaretools zur Verfügung, die den Entwicklungsprozess mit Simulationen unterstützen. Bis zur Marktreife eines Produkts werden entsprechend viele teure Iterationen aus Rezeptierung, Prototypenherstellung und Versuch auf Basis von Erfahrungswissen durchgeführt.

Diese Arbeit widmet sich speziell dem Temperaturfeld in Reibmaterialien, das eine entscheidende Rolle bei einer Vielzahl reibbedingter Phänomene spielt. Grundlage für detaillierte Berechnungen ist eine Diskretisierung des Reibmaterials in ein Netz von Zellen, das eine numerische Lösung der Differentialgleichung der Wärmeleitung ermöglicht. Es wird aufgezeigt, wie heterogene Materialmischungen aus Partikeln unterschiedlicher Größe geeignet modelliert werden können, sodass reproduzierbare Simulationsergebnisse erzielt werden, auf Basis derer ein Vergleich von Rezepturvarianten vorgenommen werden kann.

Hierauf aufbauend wird ein vollständiges Modell entwickelt, das auch die thermische Wechselwirkung mit der Bremsscheibe einschließt und einen neuen Ansatz zeigt, wie die Aufteilung der Reibleistung auf beide Bauteile berechnet werden kann. Implementierung in Software, Validierung und Parametrisierung des Modells schließen sich hieran an.

Im Rahmen von Fallstudien erfolgt schließlich eine dreidimensionale Berechnung des Temperaturfeldes im Reibmaterial als Folge typischer Bremsvorgänge. Darüber hinaus werden verschiedene Erweiterungen des Modells gezeigt, mit denen ausgewählte wärmeinduzierte Effekte ortsaufgelöst berechnet werden können. Dem Materialentwickler steht hiermit ein umfassendes Werkzeug zur Verfügung, das im Hinblick auf viele weitere Fragestellungen leicht erweitert werden kann und eine vollständige thermische Beschreibung beliebiger Materialvarianten ermöglicht.