Pads and disc thermoelastic Dymola model for high performance c/c brakes

Thermoelstic phenomena in braking system are a big issue: they result in loss of performance and comfort. In extreme cases these phenomena may result in a self-excitation process - thermoelastic instability (TEI). The present work focuses on carbon/carbon high performance braking system. After a review of the existing literature including classification of the phenomena and a comparison of the analytical and numerical models, a new thermoelastic model developed in Dymola environment (based on Modelica language) is presented. The new hybrid model reproduces the dynamics of the whole disc brake assembly: both disc and pads are modeled through Finite Volume Method (FVM) including dynamic thermal and static mechanical behavior. In this work, it is explained deeply the already existing Dymola model and the added modifications. The main new added developments are a new mechanical pad and a development of a proper contact model. The update model is eventually validated against test bench experimental data and compared with traditional FEM models. Thanks to the data made available by Brembo S.p.A. the TE model outputs are matched with the experimental data collected during a test session at the Bahrain International Circuit. A brief sensitivity analysis to pad mesh refinement is finally performed both in terms of results accuracy and in terms of computational speed.

Nei sistemi frenanti, perdite in termini di performance e comfort sono causate da interazioni tra carichi meccanici e termici. Tali interazioni sono alla base dei fenomeni termoelastici che, in condizioni estreme, possono condurre a instabilità termoelastica (TEI). Dopo aver introdotto e spiegato il fenomeno con l’ausilio di modelli analitici e numerici, viene presentato un nuovo modello sviluppato in ambiente Dymola® (linguaggio Modelica), che riproduce le dinamiche dell’interazione tra disco e pastiglie. Il modello Dymola già esistente è dettagliatamente descritto insieme alle nuove modifiche introdotte. Gli aggiornamenti riguardano l’implementazione dell’interazione meccanica della pastiglia in 3D tramite un approccio FVM (Finite Volume Method) e lo sviluppo di una corretta modellizzazione del contatto tra disco e pastiglia. Il modello è infine validato con dati sperimentali e comparato con i risultati di prove FEM. Grazie ai dati resi disponibili da Brembo S.p.A., i principali output della simulazione sono stati confrontati con i dati raccolti durante una sessione di test presso il Circuito Internazionale del Bahrain. Nell’ultimo capitolo è riportata un’analisi di sensitività.