Finite element modeling of disc brake elements interaction
DOI:
https://doi.org/10.30838/P.CMM.2415.270818.129.242Keywords:
finite element modeling, contact interaction, brake disc, brake padAbstract
Purpose. Experience in the operation of the brakes of vehicles shows the presence of wear and damage, the appearance of which does not fully satisfy to the results of analytical computations. Existing methods of numerical analysis make it possible to perform computations the contact interaction of a disk and a brake pad only by using high-performance computers. The purpose of this research is to develop numerical solution methods for computations the dynamic contact interaction of bodies simulating the elements of braking systems which can be realized on a personal computer. Methodology. Finite element modeling of the dynamic contact interaction of brake disk with a brake pad in the ANSYS / LS-DYNA software is proposed. It was assumed that the materials of the disc and the pad have elastoplastic properties. When creating a finite element grid, an eight-node volumetric element SOLID164 and a four-layer shell SHELL163 are used. Findings. The allocation of stresses and plastic deformations on the contact surfaces of the brake disc and pad is determined for different mesh splitting of the finite elements. It is shown that extremes of plastic deformations are observed near the nodes of a larger finite element mesh. Dependences of the dimension of plastic deformation at different points of brake disk versus time are presented. It is shown that the first and second disk rotations make the main contribution to plastic deformations. Originality. A method for the finite element solution of the problem of dynamic contact interaction of disc brake elements has been developed, which makes it possible to estimate the values of the maximum allowable deformations, and the forces of pressing the brake pad, in which plastic deformations will not be observed. Practical value. The application of the developed method for solving the dynamic contact problem allows for simulation on personal computers that do not have high performance. The obtained results can be used in the development of new designs of disc brake elements with improved tribotechnical properties.References
Shimanovsky A.O., Sykhanova O.A. Analiz tochnosti i skhodimosti resheniya kontaktnykh zadach s primeneniyem programmnogo kompleksa ANSYS [Analysis of the accuracy and convergence of the contact problems solutions with the use of ANSYS Software]. Aktualnyye voprosy mashinovedeniya [Topical Issues of Mechanical Engineering]. Proc. of the Joint Institute of Mechanical Engineering of the NAS of Belarus. Minsk, 2016, no. 5, pp. 180-184. (in Russian).
Voznyi A.V. Napriazhenno-deformirovannoye sostoyaniye metallicheskogo friktsionnogo elementa diskovo-kolodochnogo tormoza (chast vtoraya) [The deflected mode of metal friction element of disc brake (par two)]. Problemy tertia ta znoshuvannia [Problems of friction and wear]. 2016, no. 1(70), pp. 47-57. Available at: http://docplayer.ru/29092383-Issn-problems-of-friction-and-wear-2016-1-70-47.html. (in Russian).
Dmitriyev A.I. Modelirovaniye lokalnogo friktsionnogo kontakta na primere pary treniya avtomobilnyy tormoznoy disk – kolodka [Modeling the local frictional contact using the example of a friction pair automotive brake pad – disc]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Lobochevskogo [Vestnik of Lobachevsky state university of Nizhni Novgorod]. 2011, no. 4(4), pp. 1470-1472.. Available at: http://www.unn.ru/pages/issues/vestnik/19931778 2011-4-4 unicode/54.pdf. (in Russian).
Moiseyenko M.A., Sakalo V.I. Modelirovaniye temperaturnykh poley v detaliyakh diskovogo tormoza. [Simulation of the temperature fields of the disk brake details]. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Scientifical and technical journal of Bryansk state technical university]. 2009, no. 2(22), pp. 57-64.. Available at: http://www.docme.ru/doc/1106482/276.vestnik-bryanskogo-gosudarstvennogo-tehnicheskogo-unive. (in Russian)
Sakalo A.V., Sakalo I.V. Primeneniye konechnoelementnykh modeley so sloiami ponizhennoy zhestkosti dlia resheniia kontaktnykh zadach [Application of finite element models with layers of reduced rigidity for the solution of contact problems]. Kompiuternoye modelirovaniye na zheleznodorozhnom transporte: dinamika, prochnost, iznos [Computer simulation in railway transport: dynamics, strength, wear]. BSTY. Bryansk, 2016, pp. 78-81.. Available at: http://www.umlab.ru/workshops/2016/umworkshop2016abstracts.pdf. (in Russian)
Sykhanova O.A. Modelirovaniye raboty diskovykh tormozov metodom konechnykh elementov [Modeling of the work of disk brakes by the method of finite elements]. Mekhanika. Issledovaniia i innovatsii [Mechanics. Researches and innovations]. Belarusian state university of transport. Gomel, 2017, vol. 10, pp. 192-196.. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=34965546. (in Russian)
Chebakov M.I., Liapin A.A. Modelirovaniye kontaktnogo vzaimodeystviya elementov diskovogo tormoza [Modeling of contact interaction for disc breakes elements]. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskiy region. Yestestvennyye nauki [University news. North-caucasian region. Natural sciences series]. 2016, no. 14, pp. 36-39.. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-kontaktnogo-vzaimodeystviya-elementov-diskovogo-tormoza. (in Russian)
Chichinadze A.V., Braun E.D., Bushe N.A. Osnovy tribologii (treniye, iznos. smazka) [Foundations of tribology (friction, wear, lubrication)]. Moscow: Mechanical engineering, 2001, 664. (in Russian).
Abdel-Naser A., Ahmed I., Allam E., Allam S., Abouel-seoud Sh. Squeal analysis of ventilated disc brake using ansys. International Journal of Energy and Environment. 2012, vol. 3, issue. 5, pp. 809-832. Available at: https://www.researchgate.net/publication/267407506.
Agnihotri V., Chopra Dr. M.K. Optimized Thermo-Structural Analysis of Solid and Vented Disc Brake Using Finite Element Mathod (A Case Study). Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2014, vol. 11, issue. 4, pp. 40-49. Available at: http://iosrjournals.org/iosr-jmce/papers/vol11-issue4/Version-5/G011454049.pdf.
Rashid A. Overview of disc brakes and related phenomena – a review. International Journal of Vehicle Noise and Vibration. 2014, vol. 10, no. 4, pp. 257-301. Available at: https://www.researchgate.net/publication/280761396.
Sergienko V.P., Bukharov S.N. Noise and vibration in friction systems. Cham : Springer, 2014, 251 p.
Belhocine A., Cho C.-D., Nouby M., Yi Y.B. and Abu Bakar A.R. Thermal analysis of both ventilated and full disc brake rotors with frictional heat generation. Applied and Computational Mechanics. 2014, vol. 8, pp. 5-24. Available at: https://www.scribd.com/document/237118112
Downloads
Published
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
