Simulationen und Experimente zum Bremsenquietschen
Beschreibung
Reibung zwischen sich im Gleitkontakt befindlichen elastischen Körpern kann zu Anregung von hochfrequenten Strukturschwingungen führen, die mit einer störenden Geräuschentwicklung verbunden sind. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Berechnung der Strukturdynamik von Bremssystemen zur Vermeidung von Bremsenquietschen bei der Verzögerung von Kraftfahrzeugen. Hierzu werden, aufbauend auf experimentellen Untersuchungen, Simulationen nach der Methode der elastischen Mehrkörpersysteme (MKS) durchgeführt.
Erste Betrachtungen erfolgen an einem vereinfachten Modellsystem, welches aus einem elastischen Stab und einer, sich in Reibkontakt mit dem Stab befindlichen, rotierenden elastischen Scheibe besteht. Für die Modellierung werden die elastischen Körper mittels eines freie Referenzsysteme für die nichtlinearen Bewegungen beschrieben, denen mit einem Ritz-Ansatz die linearen Deformationen überlagert werden. Die entsprechenden Eigenmoden werden Finite-Elemente-Berechnungen entnommen. Zur Verringerung der Rechenzeiten wird eine modale Reduktion angewandt, wobei Moden bis 10 kHz Berücksichtigung finden. Für die Kontakterkennung wird ein auf der Scheibenoberfläche bewegliches Koordinatensystem verwendet, welches in das MKS-Programm SIMPACK integriert wird.
Zur Validierung des Modells werden experimentelle Arbeiten an einem Stab auf Scheibe Prüfstand durchgeführt. Die Ergebnisse der Schwingungsmessungen mit einem Laser-Doppler-Vibrometer bestätigen weitgehend die Ergebnisse der Simulationsberechnungen: die Reibung in der Scheibenebene führt zur Instabilität des stetigen Gleitvorganges. Numerisch kann das Einsetzen der Instabilität mit Hilfe einer komplexen Eigenwertanalyse berechnet werden, die nichtlineare Amplitudenbegrenzung kann durch Zeitintegration nachgewiesen werden.
Publikationen
Schroth, Rüdiger:
Vortrag: An Elastic Multibody System Approach
for Friction Induced Vibrations. Zürich: 2001.