Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

Estudos recentes mostram que o cobre oriundo do desgaste de materiais de fricção de freio automotivo é a principal fonte do depósito deste metal em rios e lagos, afetando negativamente o meio ambiente. Consequentemente, novas legislações de agências governamentais internacionais têm imposto uma redução drástica da utilização do cobre em materiais de fricção nos próximos anos, sendo esta uma tendência a ser seguida por governos de todo o mundo. Embora o cobre seja largamente utilizado em materiais de fricção, a compreensão dos mecanismos de ação deste metal para esta aplicação ainda é bastante limitada. Este trabalho tem como intuito contribuir para uma melhor compreensão do papel do cobre em pastilhas de freio automotivo no que diz respeito ao coeficiente de atrito e ao desgaste. Ensaios de frenagens foram realizados no tribômetro do Laboratório de Tribologia da UFRGS, onde três tipos de pastilhas de freio (contendo 0%, 10% e 30% de cobre cada) foram testadas em diferentes temperaturas (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Foram aplicados métodos para avaliar o coeficiente de atrito, desgaste de pastilha, desgaste de disco, parâmetros morfológicos de platôs de contato e depósito de filme no disco O material sem cobre em sua composição apresentou valores de coeficiente de atrito maiores do que os materiais com cobre para os três patamares de temperatura. O material com 10% de cobre apresentou maior sensibilidade do atrito em função da velocidade de deslizamento do que os outros dois materiais. Correlação inversa forte foi observada entre desgaste de pastilha e desgaste de disco. A quantidade de platôs de contato foi o parâmetro morfológico que mais se correlacionou com o coeficiente de atrito em diferentes temperaturas. Em alguns ensaios foi observada uma variação abrupta do coeficiente de atrito em determinadas frenagens dos materiais sem cobre e com 10% de cobre. Juntamente com esta variação, foi constatada uma perturbação do filme depositado sobre o disco, onde este é removido quando ocorre o aumento repentino do atrito. Entretanto, este fenômeno ocorreu apenas para a temperatura de 100 ºC, indicando que esta variação de atrito e perturbação do filme ocorre apenas em baixas temperaturas, e independente do percentual de cobre. / Previous studies have shown that the copper originated from the wear of automotive brake friction materials is the main source of the deposit of this metal in rivers and lakes, leading to environmental impacts. As a result, recent legislations from international governmental agencies have forced a drastic reduction of the copper used in friction materials in next years, which is likely to be followed by other governments in the world. Although the copper is widely used in friction materials, the understanding of the action mechanisms of this metal in friction materials is quite limited. This work aims to contribute to a better understanding of the role of copper in automotive brake pads in terms of friction and wear. Tests were carried out in the tribometer of the Laboratory of Tribology of UFRGS, where three kinds of brake pads (with 0%, 10% and 30% of copper each) were subjected to different temperatures (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Methodologies to evaluate friction, wear of brake pads, wear of discs, morphological parameters of contact plateaus and deposit of film on disc surface were used. The sample without copper presented higher friction than the samples with copper for the three temperature levels. The material with 10% of copper presented higher friction sensibility due the sliding speed than other samples. Strong inverse correlation between wear of brake pads and wear of discs was observed. Quantity of contact plateaus was the parameter that presented the higher correlation with the friction in different temperatures. An abrupted variation of friction was observed in some experiments for samples without copper and with 10% of copper. At the same time, it was observed a disturbance of the film deposited on the disc surface, where the film was removed when the sudden increase of the friction occurs. However, this phenomenon occurred only at 100 °C, indicating that the variation of friction and the disturbance of film occurs only at low temperatures, and seems to be regardless of percentage of copper.

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e análise de um experimento concebido para avaliar a contribuição de materiais de fricção sobre vibrações induzidas na superfície de um disco de freio. O aparato proposto é equipado com um excitador modal (shaker), utilizado para promover e controlar o sinal de excitação que foi aplicado sobre os materiais de fricção avaliados. A resposta dessa excitação na superfície do disco de freio foi mensurada através de acelerômetros. Além da aplicação sobre o experimento proposto, foram avaliados o coeficiente de atrito e a distribuição de asperezas da superfície das oito amostras utilizadas. A característica modal do disco utilizado foi descrita através das suas frequências naturais, amortecimento e formas modais, parâmetros identificados através da aplicação de análise modal experimental. O experimento proposto foi utilizado para identificar as principais características de resposta do disco quando a excitação é realizada através do material de fricção. Essa condição também foi comparada com aquela em que a excitação foi aplicada diretamente no disco A métrica mais adequada para avaliação desse experimento foi identificada como o valor médio da magnitude da Função Resposta em Frequência (FRF), calculado através do estimador H3. O aparato proposto se mostrou capaz de identificar diferenças nas amostras avaliadas quanto à propensão dessas à produção de vibrações na superfície do disco. As amostras foram avaliadas no experimento proposto nas condições sem e com filme tribológico sobre a sua superfície, as quais correspondem ao estado das amostras antes e depois, respectivamente, do processo de caracterização do coeficiente de atrito destas, utilizando o tribômetro do LATRIB/UFRGS. Foi observado que as amostras com filme produziram maior vibração do que as amostras sem filme. Os resultados obtidos demonstraram uma forte correlação entre a propensão das amostras à produção de vibrações e a distribuição de asperezas da superfície das amostras. Esses resultados indicam que materiais de fricção com superfícies planas são capazes de transmitir mais vibração à superfície do disco do que aqueles com superfícies mais rugosas. / The present work describes the development and analysis of an experimental apparatus designed to evaluate the contribution of friction materials in vibrations induced on the surface of a brake disc. The proposed apparatus is equipped with a modal exciter (shaker), which was used to promote and control the excitation signal applied in the evaluated friction material. The response of this excitation in the disc surface was measured with accelerometers. The eight samples evaluated in this study was also characterized in terms of its friction coefficient and the asperity distribution of its surface. The modal characteristic of the disc was described in terms of its natural frequencies, damping and modal shapes, whose parameters were obtained by application of experimental modal analysis. The proposed apparatus was used to identify the main characteristics of the disc response when the excitation is applied throw the friction material. This case was also compared to the condition in which the disc was excited directly by the shaker. The most adequate metric to evaluate this experiment was selected as the mean value of the Frequency Response Function (FRF) spectrum, calculated by the H3 estimator The proposed apparatus showed being capable of identifying differences between the evaluated samples, regarding its propensity to produce vibrations on the disc surface. The samples were evaluated in with and without tribological film deposited on its surface. It was shown that the analyzed samples had the vibration increased with tribological film compared to the condition without the film. The obtained results demonstrated a strong correlation between the samples propensity to the production of vibration and the asperity distribution of the samples surfaces. These results indicate that friction materials with flat surfaces are capable to transmit more vibrations to the disc surface than those samples with rough asperity distribution.

Nos sistemas de freio automotivo, o principal componente que determina seu desempenho é o material de fricção, pois um bom material de fricção deve garantir estabilidade no atrito em diferentes condições de uso, além de possuir resistência à corrosão, longa vida útil, baixa taxa de desgaste, boa relação custo versus desempenho e baixo ruído. Desde que o conforto dos veículos tornou-se um fator importante para indicar sua qualidade, eliminar ou reduzir os ruídos e vibrações de seus componentes passou a ser uma vantagem competitiva no mercado automotivo, e, o problema de ruído nos sistemas de freios vem sendo um dos maiores causadores de reclamações de clientes nos últimos anos. O ruído de freio é na maioria das vezes o resultado de uma vibração auto excitada induzida pela fricção ou uma instabilidade dinâmica do sistema de freio. O processo de stick-slip é um típico exemplo de oscilação induzida por atrito, observada em baixas velocidades de deslizamento e geralmente resulta em vibrações, que geram ruídos graves e rangidos. Com o objetivo de verificar a viabilidade da utilização das medições de vibração durante a ocorrência do fenômeno do stick-slip para a caracterização de materiais de fricção utilizando um tribômetro, foram preparados seis materiais de fricção produzidos pela empresa Fras-le, fabricante de materiais de fricção para freios automotivos. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Tribologia (Latrib) da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). No tribômetro utilizado nos ensaios foi instalado um acelerômetro sobre o suporte onde é fixada a pastilha do material de fricção a ser ensaiado. Vários ensaios foram realizados, cada um sob ação de força normal e velocidade de giro do disco constantes. Os resultados dos ensaios demonstraram que o tribômetro apresenta excelente desempenho para caracterização de materiais de fricção, possibilitando o desenvolvimento de novos materiais a partir de ensaios realizados neste equipamento. A avaliação da resposta da aceleração da vibração obtida nos ensaios demonstrou que a resposta da vibração é dependente dos diversos parâmetros medidos, como deslocamento, velocidade e variação de torque, e para melhor prever a propensão de um determinado material em apresentar vibração de stick-slip deve-se levar em consideração, além da variação de torque, o torque máximo de cada ciclo de stick-slip. Além disso, o uso do acelerômetro para avaliação de ensaios de stick-slip mostrou-se viável e seu uso deve ser estimulado em trabalhos futuros. / In automotive brake systems, the main component that determines their performance is the friction material, because good friction material must ensure stability in friction under different conditions of use, as well as corrosion resistance, long life, low wear rate, good relation between cost and performance, and low noise. Since the comfort of vehicles has become important factor to indicate its quality, eliminate or reduce the noise and vibration of its components has become a competitive advantage in the automotive market, and the problem of noise in brake systems has been a cause of customer complaints in recent years. The brake noise is most often the result of a self-excited vibration induced friction or dynamic instability of the brake system. The stick-slip phenomenon is a typical example of oscillation induced by friction observed at low sliding speeds and generally results in vibrations which generate noise. In order to check the feasibility of using vibration measurements during the occurrence of the stick-slip phenomenon in the characterization of friction materials using a tribometer, were prepared six friction materials produced by the company Fras-le, manufacturer of friction materials for automotive brake. The tests were performed in the Laboratory of Tribology (Latrib) of the School of Engineering at Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In tribometer used for testing an accelerometer was installed on the support of the pad of friction material to be tested. Several tests were conducted, each under constant normal force and speed of rotation of the disk. The test results showed that the tribometer shows excellent performance for characterization of friction materials, enabling the development of new materials from tests performed on this equipment. The evaluation of the response of vibration acceleration obtained in the tests demonstrated that the response of vibration is dependent on various measured parameters, such as displacement, velocity and torque variation, and to better predict the propensity of a material to present vibration stickslip must take into account both the variation of torque and the maximum torque of each cycle of stick-slip. Furthermore, the use of accelerometer for assessing stick-slip tests was viable and its use should be encouraged in future work.

O presente trabalho apresenta um método baseado nos conceitos da mecânica da fratura linear elástica para a previsão do desempenho em fadiga de materiais compósitos particulados. Este método deriva de uma sequência matemática para a realização das previsões de forma incremental, considerando a pré-existência de defeitos intrínsecos ao material advindos de seus componentes ou processo de fabricação, o que facilita a visualização da propagação dos defeitos. Este método possibilita também a previsão da vida residual em fadiga para componentes que apresentem defeitos já no estágio de propagação e a estimativa da amplitude máxima da tensão aplicada para que o componente apresente uma durabilidade mínima desejada em fadiga. A utilização do método em questão tem como mérito a possibilidade de redução expressiva no tempo dispendido e esforços de desenvolvimento de produtos desenvolvidos sob o conceito de materiais compósitos particulados, colaborando para a redução dos custos de projeto e aumento da competitividade destes produtos. Para viabilizar a aplicação do método proposto é também a utilizada uma metodologia baseada em normas internacionais para a determinação da tenacidade à fratura de materiais compósitos particulados empregados como materiais de fricção. Para a demonstração da aplicação do método proposto utilizou-se como exemplo as propriedades de um material compósito aplicado como guarnição de freios a tambor de automóveis de passeio e dados do comportamento em fadiga de materiais compósitos particulados disponíveis na literatura apresentados por Antunes (2002). Os resultados mostram que os valores de tenacidade à fratura medidos para o material de estudo apresentam pouca variação entre si e, por obedecerem aos requisitos da norma adotada e serem compatíveis com os valores desta propriedade disponíveis na literatura para resinas termorrígidas e outros materiais compósitos, podem ser considerados representativos dos valores reais de tenacidade à fratura do material. Da mesma forma, as previsões geradas aplicando-se as equações descritas pelo modelo desenvolvido apresentam tendências similares aos dados encontrados na literatura relacionados a avaliações do comportamento em fadiga de materiais compósitos de matriz termorrígida reforçados com partículas de material inorgânico e, portanto, são considerados válidos. / The present work shows a method based on the concepts of linear elastic fracture mechanics to predict the fatigue performance of particulate composites materials. This method is derived from a mathematical sequence to perform the predictions incrementally which makes easier the visualization of the flaw propagation, considering the pre-existence of intrinsic defects in material arising from its components or the manufacturing process. This method also enables the prediction of residual fatigue life of components that already have flaws at the propagation stage and the estimation of the maximum amplitude of stress applied to the component to provide a minimum desired fatigue life. The use of this method has the merit of making possible a significant reduction of the development efforts and time spent for develop products designed under the concept of particulate composites, helping to reduce the project cost and increasing the competitiveness of these products. To enable the use of the proposed method, a methodology based on international standards for the determination of fracture toughness, KIC, of particulate composites applied as friction materials is also presented. To demonstrate the proposed method, the properties of a friction material used as drum brake lining for automobiles and data of fatigue behavior of particulate composites available in the literature were used. The results shown that the KIC values measured for the studied material presented a small variation and are compatible with fracture toughness values available in the literature for thermoset resins and other composite materials. Therefore, as the test met the adopted standard requirements, these values can be considered representative of the material true fracture toughness. Similarly, the predictions generated by the application of the developed method equations showed similar trends compared to literature data related to fatigue behavior evaluations of thermoset matrix composites reinforced with inorganic particulate material, therefore, are considered valid.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-02-21T11:33:33Z No. of bitstreams: 1 2013_MarcoPauloGuimaraes.pdf: 4890160 bytes, checksum: 22610f00c133fd540cb0a2a9dbddbf5f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-21T11:52:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_MarcoPauloGuimaraes.pdf: 4890160 bytes, checksum: 22610f00c133fd540cb0a2a9dbddbf5f (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-21T11:52:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_MarcoPauloGuimaraes.pdf: 4890160 bytes, checksum: 22610f00c133fd540cb0a2a9dbddbf5f (MD5) / Este trabalho propõe avaliar o uso de forças (momentos) de controle não lineares para o controle semiativo de vibrações em uma estrutura sujeita a esforços torcionais, modelada por parâmetros discretos que resultam em baixas frequências naturais. O controle semiativo é concebido para ser realizado por meio de um momento de controle produzido por atrito de Coulomb em um freio eletromagnético. Estratégias de controle específicas são apresentadas considerando as flexibilidades e restrições apresentadas por este tipo de controlador. Técnicas de otimização estocásticas são utilizadas para desenvolver modelos não lineares adotados para o momento de controle. Esses modelos consideram momentos de controle que podem ser função da velocidade e/ou do deslocamento e de suas potências. Os resultados obtidos por simulação são comparados com os de um controle passivo clássico para a mesma estrutura e permitem avaliar a vantagem relativa da estratégia adotada para diferentes tipos de excitação. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This study aims at evaluating the use of nonlinear control forces (moments) for semiactive control of vibrations in a structure with torsional efforts, modeled by lumped parameters that result in low natural frequencies. Semiactive control is designed to be performed by Coulomb friction forces in a magnetic brake. Specific control strategies are presented considering the flexibilities and constraints presented by this type of controller. Stochastic optimization are used to develop nonlinear models adopted for the control moment. These models consider control moments that can be function of speed and/or displacement and its powers. The results obtained by simulation are compared with those of a classical passive control applied to the same structure to evaluate the advantage of the strategy used for different excitations.

O objetivo deste trabalho é a obtenção de formulações ótimas de fluidos para freios do tipo ABNT 3 e que satisfaçam especificações técnicas e de mercado, pela utilização de técnicas de modelagem e otimização de cinco propriedades físico-químicas. É proposta uma metodologia baseada na utilização de informações disponíveis em banco de dados que contém resultados de testes para o desenvolvimento de formulações comerciais. Propõe-se que o conhecimento que se encerra dentro destes bancos de dados seja explorado de maneira sistemática através da construção de modelos que correlacionam as características de interesse com as substâncias das formulações. As características de interesse das misturas neste trabalho são: Ponto de Ebulição, Viscosidade Cinemática a -40ºC, Perda por Evaporação, Ponto de Ebulição Úmido e Efeito sobre a Borracha de SBR a 120ºC. São construídos modelos de mistura através de técnicas adequadas a sistemas com informação incompleta ou redundante, tais como a Regressão por Componentes Principais (PCR) e a Regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS). Os modelos são utilizados na formulação matemática do problema, que é resolvido através de técnicas de Programação Linear Mista Inteira (MILP). Podem ser adicionadas equações ao problema a fim de restringir a solução ao conjunto em que a informação está disponível de modo a evitar possíveis extrapolações que poderiam resultar em um excessivo número de ensaios para confirmação das predições. Os resultados obtidos pelos modelos desenvolvidos têm mostrado boa concordância com aqueles oriundos de experimentos de validação. Esta metodologia pode ser aplicada a outros tipos de fluidos para freios. / The aim of this work is to obtain optimal formulations of brake fluids ABNT 3 type while satisfying technical and market specifications, by utilizing modelling and optimization techniques of five physical and chemical properties. A methodology for the design of commercial products, based on the usage of the information available in databases where previous test results are recorded is proposed. It is proposed that the knowledge stored in those databases be employed in a systematic manner in order to build models that correlate final product properties with the substances in formulations. The characteristics of interest of the mixtures are: Boiling Point, Kinematic Viscosity at -40ºC, Evaporation Loss, Wet Boiling Point and Effect on SBR Rubber at 120ºC. Mixture models are built with adequate techniques for systems with incomplete or redundant information, such as Principal Components Regression (PCR) and Partial Least Squares Regression (PLS). The models are used in order to develop mathematical representations of the problem that is solved by Mixed Integer Linear Programming (MILP) techniques. Equations that restrain the solution to the set where the information is available to avoid possible extrapolations that could result in an excessive number of experiments to confirmation of predictions can be added to the problem. The results obtained by the models developed present a good agreement with the ones from validation experiments. This methodology can be applied to other types of brake fluids.

O presente trabalho apresenta um método baseado nos conceitos da mecânica da fratura linear elástica para a previsão do desempenho em fadiga de materiais compósitos particulados. Este método deriva de uma sequência matemática para a realização das previsões de forma incremental, considerando a pré-existência de defeitos intrínsecos ao material advindos de seus componentes ou processo de fabricação, o que facilita a visualização da propagação dos defeitos. Este método possibilita também a previsão da vida residual em fadiga para componentes que apresentem defeitos já no estágio de propagação e a estimativa da amplitude máxima da tensão aplicada para que o componente apresente uma durabilidade mínima desejada em fadiga. A utilização do método em questão tem como mérito a possibilidade de redução expressiva no tempo dispendido e esforços de desenvolvimento de produtos desenvolvidos sob o conceito de materiais compósitos particulados, colaborando para a redução dos custos de projeto e aumento da competitividade destes produtos. Para viabilizar a aplicação do método proposto é também a utilizada uma metodologia baseada em normas internacionais para a determinação da tenacidade à fratura de materiais compósitos particulados empregados como materiais de fricção. Para a demonstração da aplicação do método proposto utilizou-se como exemplo as propriedades de um material compósito aplicado como guarnição de freios a tambor de automóveis de passeio e dados do comportamento em fadiga de materiais compósitos particulados disponíveis na literatura apresentados por Antunes (2002). Os resultados mostram que os valores de tenacidade à fratura medidos para o material de estudo apresentam pouca variação entre si e, por obedecerem aos requisitos da norma adotada e serem compatíveis com os valores desta propriedade disponíveis na literatura para resinas termorrígidas e outros materiais compósitos, podem ser considerados representativos dos valores reais de tenacidade à fratura do material. Da mesma forma, as previsões geradas aplicando-se as equações descritas pelo modelo desenvolvido apresentam tendências similares aos dados encontrados na literatura relacionados a avaliações do comportamento em fadiga de materiais compósitos de matriz termorrígida reforçados com partículas de material inorgânico e, portanto, são considerados válidos. / The present work shows a method based on the concepts of linear elastic fracture mechanics to predict the fatigue performance of particulate composites materials. This method is derived from a mathematical sequence to perform the predictions incrementally which makes easier the visualization of the flaw propagation, considering the pre-existence of intrinsic defects in material arising from its components or the manufacturing process. This method also enables the prediction of residual fatigue life of components that already have flaws at the propagation stage and the estimation of the maximum amplitude of stress applied to the component to provide a minimum desired fatigue life. The use of this method has the merit of making possible a significant reduction of the development efforts and time spent for develop products designed under the concept of particulate composites, helping to reduce the project cost and increasing the competitiveness of these products. To enable the use of the proposed method, a methodology based on international standards for the determination of fracture toughness, KIC, of particulate composites applied as friction materials is also presented. To demonstrate the proposed method, the properties of a friction material used as drum brake lining for automobiles and data of fatigue behavior of particulate composites available in the literature were used. The results shown that the KIC values measured for the studied material presented a small variation and are compatible with fracture toughness values available in the literature for thermoset resins and other composite materials. Therefore, as the test met the adopted standard requirements, these values can be considered representative of the material true fracture toughness. Similarly, the predictions generated by the application of the developed method equations showed similar trends compared to literature data related to fatigue behavior evaluations of thermoset matrix composites reinforced with inorganic particulate material, therefore, are considered valid.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

Nos sistemas de freio automotivo, o principal componente que determina seu desempenho é o material de fricção, pois um bom material de fricção deve garantir estabilidade no atrito em diferentes condições de uso, além de possuir resistência à corrosão, longa vida útil, baixa taxa de desgaste, boa relação custo versus desempenho e baixo ruído. Desde que o conforto dos veículos tornou-se um fator importante para indicar sua qualidade, eliminar ou reduzir os ruídos e vibrações de seus componentes passou a ser uma vantagem competitiva no mercado automotivo, e, o problema de ruído nos sistemas de freios vem sendo um dos maiores causadores de reclamações de clientes nos últimos anos. O ruído de freio é na maioria das vezes o resultado de uma vibração auto excitada induzida pela fricção ou uma instabilidade dinâmica do sistema de freio. O processo de stick-slip é um típico exemplo de oscilação induzida por atrito, observada em baixas velocidades de deslizamento e geralmente resulta em vibrações, que geram ruídos graves e rangidos. Com o objetivo de verificar a viabilidade da utilização das medições de vibração durante a ocorrência do fenômeno do stick-slip para a caracterização de materiais de fricção utilizando um tribômetro, foram preparados seis materiais de fricção produzidos pela empresa Fras-le, fabricante de materiais de fricção para freios automotivos. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Tribologia (Latrib) da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). No tribômetro utilizado nos ensaios foi instalado um acelerômetro sobre o suporte onde é fixada a pastilha do material de fricção a ser ensaiado. Vários ensaios foram realizados, cada um sob ação de força normal e velocidade de giro do disco constantes. Os resultados dos ensaios demonstraram que o tribômetro apresenta excelente desempenho para caracterização de materiais de fricção, possibilitando o desenvolvimento de novos materiais a partir de ensaios realizados neste equipamento. A avaliação da resposta da aceleração da vibração obtida nos ensaios demonstrou que a resposta da vibração é dependente dos diversos parâmetros medidos, como deslocamento, velocidade e variação de torque, e para melhor prever a propensão de um determinado material em apresentar vibração de stick-slip deve-se levar em consideração, além da variação de torque, o torque máximo de cada ciclo de stick-slip. Além disso, o uso do acelerômetro para avaliação de ensaios de stick-slip mostrou-se viável e seu uso deve ser estimulado em trabalhos futuros. / In automotive brake systems, the main component that determines their performance is the friction material, because good friction material must ensure stability in friction under different conditions of use, as well as corrosion resistance, long life, low wear rate, good relation between cost and performance, and low noise. Since the comfort of vehicles has become important factor to indicate its quality, eliminate or reduce the noise and vibration of its components has become a competitive advantage in the automotive market, and the problem of noise in brake systems has been a cause of customer complaints in recent years. The brake noise is most often the result of a self-excited vibration induced friction or dynamic instability of the brake system. The stick-slip phenomenon is a typical example of oscillation induced by friction observed at low sliding speeds and generally results in vibrations which generate noise. In order to check the feasibility of using vibration measurements during the occurrence of the stick-slip phenomenon in the characterization of friction materials using a tribometer, were prepared six friction materials produced by the company Fras-le, manufacturer of friction materials for automotive brake. The tests were performed in the Laboratory of Tribology (Latrib) of the School of Engineering at Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In tribometer used for testing an accelerometer was installed on the support of the pad of friction material to be tested. Several tests were conducted, each under constant normal force and speed of rotation of the disk. The test results showed that the tribometer shows excellent performance for characterization of friction materials, enabling the development of new materials from tests performed on this equipment. The evaluation of the response of vibration acceleration obtained in the tests demonstrated that the response of vibration is dependent on various measured parameters, such as displacement, velocity and torque variation, and to better predict the propensity of a material to present vibration stickslip must take into account both the variation of torque and the maximum torque of each cycle of stick-slip. Furthermore, the use of accelerometer for assessing stick-slip tests was viable and its use should be encouraged in future work.