Análise das tensões térmicas e mecânicas no material de atrito de veículos comerciais equipados com tambores de freio através do método de elementos finitos
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) |
Texto Completo: | http://app.uff.br/riuff/handle/1/26714 |
Resumo: | Na engenharia em geral, é cada vez mais frequente o emprego de ferramentas para simulação, utilizadas com o intuito de facilitar a análise das tensões mecânicas e térmicas em projetos de diversos componentes. Em sistemas de freio, onde seus componentes são expostos a carregamentos mecânicos e térmicos, a análise numérica é fundamental. A função primária do sistema de freio de qualquer veículo é controlar ou reduzir sua velocidade através da transformação da energia cinética e potencial em energia térmica. Dessa forma, uma vez calculadas as cargas mecânicas e térmicas no material de atrito, será possível entender a resposta do sistema através da aplicação do método dos elementos finitos. Nesse trabalho modelaram-se e analisaram-se os impactos do carregamento e da temperatura sobre o desempenho mecânico de lonas utilizadas em freios a tambor do tipo S came, de atuação pneumática, utilizando-se o aplicativo Abaqus. Esse tipo de freio é muito comum em veículos comerciais para aplicações urbanas e rodoviárias com capacidade de carga igual ou superior a 10 toneladas. O modelo construído nesse trabalho, incluiu os efeitos da pré-carga de rebitagem, do torque de frenagem e do aquecimento no material de atrito de um dos freios dianteiros de um ônibus urbano de 17 toneladas. Nele foram identificadas regiões onde há variação de tensões com amplitudes relevantes, tanto durante o aumento da temperatura como na aplicação dos freios. Isso indicou que esses materiais estão submetidos a carregamentos cíclicos que podem resultar em acúmulo de danos. Essas regiões coincidiram com áreas onde historicamente ocorrem falhas durante testes de desenvolvimento desse tipo de material. Compararam-se dados extraídos do modelo numérico com experimentos realizados em veículo, o que permitiu a compreensão de sua proximidade com eventos reais de frenagem. A distribuição da temperatura no material de atrito, obtida no modelo numérico, após aquecimento dos seus componentes, apresentou grande proximidade com a obtida após sucessivos ciclos de aplicação dos freios, com erro percentual de 4,23%. Por outro lado, as deformações mecânicas na lona de freio obtidas por meio do modelo também foram comparadas com dados experimentais, permitindo-se compreender o efeito das hipóteses assumidas para as propriedades do material de atrito sobre os resultados obtidos. A aplicação da metodologia e a utilização do modelo numérico proposto nesse trabalho poderá contribuir de forma considerável para um dimensionamento mais adequado do material de atrito, além de permitir uma seleção mais adequada dos sub-componentes que o constituem. |
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Análise das tensões térmicas e mecânicas no material de atrito de veículos comerciais equipados com tambores de freio através do método de elementos finitosSistema de freioMaterial de atritoFluxo de energiaSimulaçãoAnálise numéricaTensão térmicaSistema de freioAnálise numéricaMétodo dos elementos finitosEngenharia MetalúrgicaProdução intelectualBrake systemFriction materialEnergy fluxSimulationNumerical analysisNa engenharia em geral, é cada vez mais frequente o emprego de ferramentas para simulação, utilizadas com o intuito de facilitar a análise das tensões mecânicas e térmicas em projetos de diversos componentes. Em sistemas de freio, onde seus componentes são expostos a carregamentos mecânicos e térmicos, a análise numérica é fundamental. A função primária do sistema de freio de qualquer veículo é controlar ou reduzir sua velocidade através da transformação da energia cinética e potencial em energia térmica. Dessa forma, uma vez calculadas as cargas mecânicas e térmicas no material de atrito, será possível entender a resposta do sistema através da aplicação do método dos elementos finitos. Nesse trabalho modelaram-se e analisaram-se os impactos do carregamento e da temperatura sobre o desempenho mecânico de lonas utilizadas em freios a tambor do tipo S came, de atuação pneumática, utilizando-se o aplicativo Abaqus. Esse tipo de freio é muito comum em veículos comerciais para aplicações urbanas e rodoviárias com capacidade de carga igual ou superior a 10 toneladas. O modelo construído nesse trabalho, incluiu os efeitos da pré-carga de rebitagem, do torque de frenagem e do aquecimento no material de atrito de um dos freios dianteiros de um ônibus urbano de 17 toneladas. Nele foram identificadas regiões onde há variação de tensões com amplitudes relevantes, tanto durante o aumento da temperatura como na aplicação dos freios. Isso indicou que esses materiais estão submetidos a carregamentos cíclicos que podem resultar em acúmulo de danos. Essas regiões coincidiram com áreas onde historicamente ocorrem falhas durante testes de desenvolvimento desse tipo de material. Compararam-se dados extraídos do modelo numérico com experimentos realizados em veículo, o que permitiu a compreensão de sua proximidade com eventos reais de frenagem. A distribuição da temperatura no material de atrito, obtida no modelo numérico, após aquecimento dos seus componentes, apresentou grande proximidade com a obtida após sucessivos ciclos de aplicação dos freios, com erro percentual de 4,23%. Por outro lado, as deformações mecânicas na lona de freio obtidas por meio do modelo também foram comparadas com dados experimentais, permitindo-se compreender o efeito das hipóteses assumidas para as propriedades do material de atrito sobre os resultados obtidos. A aplicação da metodologia e a utilização do modelo numérico proposto nesse trabalho poderá contribuir de forma considerável para um dimensionamento mais adequado do material de atrito, além de permitir uma seleção mais adequada dos sub-componentes que o constituem.In engineering development, simulation methods are frequently used to perform thermal and mechanical stress components analysis. In brake systems, where the components are exposed to mechanical and thermal loads, the numerical analysis is very helpful. The main function of the brake system is to control or reduce vehicle’s speed by transformation of kinetics and potential energy in thermal energy. Once mechanical and thermal loads on brake linings are determined, it is possible to predict the system response by application of the finite elements analysis. In this work, using finite element method and Abaqus application, a model has been built in order to study the impact of mechanical and thermal loads on the performance of a pneumatic S cam drum brake’s friction material. This kind of brake is very common in urban and highway commercial vehicles with load capacity over 10 t. The model included the effects of the rivet process; brake torque and warming in one of the 17 t bus front brake lining. Areas where the stresses vary with considerable amplitudes during temperature increase and brake application were identified. This indicates that this kind of material is submitted to cyclic loadings that can cause damage accumulation. These areas correspond to local regions of brake linings where historically failures occur during development tests. Also, it was possible to compare data from numerical model to vehicle’s experimental data and understand its proximity to real braking events. It was verified that temperature distribution, obtained by numerical analysis, after warming of the components, is in good agreement to the distribution obtained after successive experimental brake applications, with error of 4.23%. On the other hand, mechanical radial strains were also obtained. From this, the effect of the hypothesis related to the friction material’s elastic proprieties over numerical results could be studied. By the application of the methodology and using the numerical model, proposed in this work, it will be possible to contribute considerably for a more accurate design of the friction material, besides undertake a better selection of the sub-compounds which it is made of.208 p.Lopes, Luiz Carlos Rolimhttp://lattes.cnpq.br/6791638384395800Castro, José Adilson dehttp://lattes.cnpq.br/4613010410524009Bressan, José Divohttp://lattes.cnpq.br/6991387628737668Cordeiro Junior, Luiz Carloshttp://lattes.cnpq.br/3752593700368046http://lattes.cnpq.br/4293736674305078Travaglia, Carlos Abílio Passos2022-10-31T12:40:54Z2022-10-31T12:40:54Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfTRAVAGLIA, Carlos Abílio Passos. Análise das tensões Térmicas e Mecânicas no Material de Atrito de Veículos Comerciais Equipados com Tambores de Freio Através do Método de Elementos Finitos. 2014. 208 f. 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