Simulationskonzept zur Vorhersage der Hitzerissbildung bei Lkw-Bremsscheiben auf dem Schwungmassen-prufstand

摘要

Hitzerisse stellen oft eine Herausforderung bei der Entwicklung neuer Bremssysteme und insbesondere Bremsscheiben dar. Aufgrund der komplexen, teils noch nicht quantifizierten Wirkzusammenhange existierte bisher kein Vorhersagewerkzeug, das die Anfalligkeit eines neuen Bremsscheibendesigns fur Hitzerisse im sogenannten Hitzerisstest zuverlassig abschatzen kann. In diesem Beitrag wird ein Simulationskonzept vorgestellt, das die Hitzerissbildung in Bremsscheiben quantifiziert und damit zur Verkurzung von Entwicklungszeiten beitragen kann. Dabei werden eine Stromungssimulation mit einem Warmetransportmodell sowie einem Modell zur Spannungs- und Risssimulation unter Verwendung von XFEM miteinander kombiniert. Mithilfe der Stromungssimulation werden die konvektiven Warmeverluste fur das Warmetransportmodell berechnet, das auf einen instationaren Warmeeintrag zuruckgreift, der mittels eines Dekonvolutionsansatzes auf Basis von Thermografiemessdaten fur die gesamte Bremszeit berechnet wird. Damit wird die Simulation der Hotspotbildung ermoglicht, was mit tribologischen Modellen nur eingeschrankt moglich ist. Das Simulationskonzept ermoglicht die Vorhersage des Risswachstums geoffneter Risse wahrend des Hitzerisstests und damit einen qualitativen Vergleich der Rissbildungsneigung verschiedener Bremsscheibendesigns. Durch die innovative Verknupfung von Messdaten und Simulationsmodellen wird somit die Entwicklung neuer Bremssysteme beschleunigt.