Dynamic and tribological analysis of brake squeal

par Francesco Massi

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Laurent Baillet et de Aldo Sestieri.

  • Titre traduit

    Analyse dynamique et tribologique du crissement


  • Résumé

    Le but de cette thèse est l’étude des phénomènes d’instabilités à l’origine des bruits de crissement lors du freinage. L’interdisciplinarité du sujet qui traite majoritairement des aspects tribologiques et dynamiques, est prise en compte. Le rapport est structuré en quatre parties principales, menées en parallèle. I) Un modèle numérique linéaire basé sur la méthode des éléments finis est développé pour prédire les fréquences de crissement avec une analyse paramétrique. Ii) Les valeurs instables des paramètres sont alors introduites dans un modèle numérique non linéaire développé pour les problèmes de contact. Les nonlinéarités du contact sont donc prises en compte et la simulation numérique dans le domaine temporel permet d’analyser les vibrations du système et le comportement local des contraintes de contact. Iii) Une analyse dynamique expérimentale est effectuée pour comprendre le comportement macroscopique du système et lier l’instabilité de crissement à la dynamique du système. V) Une analyse tribologique expérimentale est conduite pour comprendre les rôles des éléments du triplet tribologique (mécanisme, premier corps et troisième corps). Les résultats obtenus dans chacun des quatre parties de ce travail convergent et permettent l’interprétation de la physique du phénomène du crissement : l’instabilité est due au couplage entre deux vecteurs propres du système. Le couplage s’initie dans la surface du contact où l’oscillation local des contraintes de contact et le coefficient de frottement assurent le couplage entre les vibrations tangentielles et normales des composants du système de freinage, et causent ainsi les vibrations auto-excitées du système


  • Résumé

    This thesis is addressed to understand the physics of the instability that is at the origin of squeal noise. Due to the interdisciplinary nature of this issue, involving especially dynamic and tribological aspects, the work is organized into four main branches, developed parallely. I) A linear finite element model is developed to predict the squeal frequencies by a parametrical analysis (complex eigenvalue analysis). Ii) The unstable values of the system parameters are introduced into a nonlinear finite element model to study the system vibrations and the behaviour of the contact stresses with and without squeal. Iii) A dynamic experimental analysis is performed to understand the macroscopic behaviour of the system and to link the squeal instability with the system dynamics. The design of a simplified brake set-up, characterized by a dynamics that can be simply monitored and modified, allows to highlight the modal coupling (lock-in) phenomenon. Iv) A tribological experimental analysis is developed to understand the role of the components of the tribological triplet (mechanism, first bodies, third body). The topography of the contact surfaces allows to validate the numerical results and to evidence fatigue phenomena. The results obtained from the four branches of the research converge together, characterizing the squeal as a dynamic instability of the brake system due to unstable couplings between two modes of the brake components. The coupling occurs at the contact where the oscillations of the local contact stresses and the friction coefficient couple the normal and tangential vibrations of the brake components, causing auto-excited vibrations of the system

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Informations

  • Détails : 1 vol. (207 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-180

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3113)
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