Integration of microscopic simulation of frictional contacts and macroscopic system dynamics into models of brake squeal.
Final Report Abstract
Grundsätzliches Ziel des Vorhabens war die Weiterentwicklung der rechnergestützten Simulation von Bremsgeräuschen in Richtung hin zu einem prädiktiven Werkzeug, wobei der besondere Fokus auf Bremsenquietschen liegt. Bremsenquietschen ist das Ergebnis selbsterregter Schwingungen, bei der das Bremssystem oft überlagert mit Störungen gut hörbar im hohen Frequenzbereich (> 1kHz) näherungsweise stationär und monofrequent in einem Grenzzykel schwingt. Wesentliches Defizit des Standes der Technik ist, dass dieses Grenzzykelverhalten, also das eigentliche Quietschen, nicht abgebildet wird. Üblicherweise werden industriell große FE-Modelle untersucht, bei denen die Bewegungsgleichungen um die Gleichgewichtslage linearisiert und dann Stabilitätsuntersuchungen durchgeführt werden. Das eigentliche Quietschen wird damit nicht abgebildet. Gleichzeitig ist bekannt, dass bei Bremsen stabile Lösungen koexistieren können, so ein stabiler Grenzzykel (Quietschen) und eine stabile Gleichgewichtslage (kein Quietschen). Es hängt dann von der Vorgeschichte ab, ob Quietschen auftritt oder nicht. Jedenfalls können mit der linearen Stabilitätsanalyse nach dem Stand der Technik in diesem Fall nicht die korrekten Grenzen für das Auftreten von Quietschen, geschweige denn das Quietschen selbst berechnet werden. Die Herausforderung bei der Weiterentwicklung der rechnergestützten Simulation liegt also darin, zunächst die dominierenden Nichtlinearitäten zu erfassen, zu modellieren und entsprechende Parameter zu identifizieren. Danach gilt es, diese Nichtlinearitäten in ein Gesamtmodell der Bremse einzubauen und die entsprechenden Bewegungsgleichungen aufzustellen. Die nächste Herausforderung liegt dann darin, diese so zu lösen, dass mindestens näherungsweise der Grenzzykel oder die Stabilitätsgrenzen erhalten werden. Das hier beschriebene Projekt hat sich systematisch einzelnen Aspekten dieser Herausforderungen gewidmet. Am Fachgebiet Mechatronische Maschinendynamik der TU Berlin entwickelte Prüfstände wurden dafür verwendet, die dynamischen Eigenschaften von Belägen und Shims (Dämpfungsblechen) zu identifizieren und diese so gefundenen Nichtlinearitäten in Mehrköpermodelle der Bremse integriert. Diese wurden dann mit dem Verfahren der Normalformtransformation behandelt und Grenzzykel berechnet. Außerdem erfolgte die Untersuchung des Einflusses von zeitabhängigen Koeffizienten. Als wesentliches Ergebnis konnte die prinzipielle Eignung des Verfahrens der Normalformtransformation auch für größere nichtlineare MKS-Modelle und für Modelle mit zeitabhängigen Koeffizienten festgestellt werden. Allerdings bestehen Probleme bei hohen Problemdimensionen und in der Abbildung der Nichtlinearitäten durch Polynome. Auch bilden die erfassten Nichtlinearitäten zwar das Grenzzykelverhalten, nicht aber das Verzweigungsverhalten komplett ab.
Publications
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Nonlinear Multiple Body Models for Brake Squeal, GAMM 2017
S. Koch, N. Gräbner, U. von Wagner, U.
