Thermomechanical instability of viscoelastic friction materials in automotive disk clutches and brake pads
Thermomechanical instability of viscoelastic friction materials in automotive disk clutches and brake pads
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汽车盘式离合器和刹车片中粘弹性摩擦材料的热机械不稳定性
DOI：
10.1080/01495739.2023.2191671
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发表时间：
2023
影响因子：
2.8
通讯作者：
Yi, Yun-Bo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Koranteng, Kingsford;Zhang, Yizhan;LeNeave, Cortney;Yi, Yun-Bo
本研究的目的是建立一个数学模型，以帮助预测当使用粘弹性摩擦材料时，汽车盘式制动器和离合器不稳定的开始。该模型是在纯弹性材料的伯顿热弹性模型的基础上推导和扩展的。在这项研究中，考虑了三个物理材料参数：松弛时间，弹性和导热系数。在此参数研究之前，这些材料性质对热弹性的影响尚未完全了解。因此，开发了一个有限元分析，并通过比较临界速度作为导热系数的函数的变化来验证数学模型。结果表明，随着松弛时间的增加，临界滑动速度显著降低。改变弹性参数进一步增加了松弛时间的影响，也降低了临界滑动速度。而增大导热系数会减弱弹性参数和弛豫时间对临界速度的影响。研究得出松弛时间和弹性参数存在一个临界值，超过该临界值系统稳定性得到改善，同时导热系数试图抵消其他材料性能所带来的稳定性。该研究有助于理解滑动系统中粘弹性参数的影响，并为预测热机械不稳定性的发生提供了一种直观的方法。
The objective of this study is to develop a mathematical model to aid in predicting the onset of instability in automotive disk brakes and clutches when using viscoelastic friction materials. The model is derived from and expands upon the fundamental of Burton’s model for thermoelasticity in pure elastic materials. In this investigation, three physical material parameters are considered: relaxation time, elasticity, and thermal conductivity. Prior to this parametric study, the effects of these material properties in relation to thermoelasticity were yet to be fully understood. Therefore, a finite element analysis is developed and used to validate the mathematical model by comparing the variation of the critical speed as a function of thermal conductivity. The results reveal that an increase in the relaxation time significantly reduces the critical sliding speed. Changing the elastic parameter further increases the effect of relaxation time by also reducing the critical sliding speed. However, increasing the thermal conductivity parameter dampens the effect of the elastic parameter and relaxation time on the critical speed. The study concludes there is a critical value of the relaxation time and elastic parameter above which the system stability is improved, meanwhile thermal conductivity attempts to counter the stability gained from other material properties. The study is instrumental in understanding the influence of viscoelastic parameters in sliding systems and provides an intuitive means of predicting the onset of thermomechanical instability.
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