Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-03-19Bitstream added on 2014-06-13T18:28:57Z : No. of bitstreams: 1 chiericejunior_n_me_rcla.pdf: 1353573 bytes, checksum: 0d3edbeeb7136f9b5dedb120c4e1f5d6 (MD5) / As oscilações mecânicas quando interferem no comportamento de um sistema mecânico estão relacionadas à transferência de energia devido ao atrito. A dinâmica desses sistemas com atrito pode ser prejudicada com o surgimento de movimentos caóticos. O estudo do comportamento dinâmico dessas oscilações mecânicas é o objetivo deste trabalho e para isto propomos um sistema não-ideal que descreve um modelo físico que trata do movimento de um bloco e de um motor elétrico de corrente contínua. O bloco preso a um extremo de uma mola com o outro extremo preso a um suporte fixo está apoiado em uma correia movimentada pelo motor elétrico. Sofrendo influências da força de atrito, da força da mola e de uma força externa que age harmonicamente, o bloco muitas vezes interfere na velocidade angular do motor, causando comportamentos caóticos no sistema. Com simulações numéricas estudamos o sistema, usando a transformada rápida de Fourier, transformada wavelet, expoentes de Lyapunov, diagrama de bifurcação, seção de Poincaré, trajetórias de plano de fase e gráficos da posição do bloco em função do tempo, em busca das freqüências que fazem o bloco oscilar em movimentos periódicos e caóticos. A importância desse estudo está em mostrar que métodos distintos conduzem a um mesmo resultado. / The mechanical oscillations when they interfere in the behavior of a mechanical system are related to the transfer of energy due to the friction. The dynamics of such systems with friction can be harmed by the appearance of chaotic movements. The study of the dynamic behavior of those mechanical oscillations is the objective of this work and for this we proposed a non-ideal system that describes a physical model that treats the movement of a block and a direct current motor. The block locked to the end of a spring with the other end locked to a fixed support is rested in a belt moved by a direct current motor. Suffering influences of the friction force, the spring force and the external force that act harmoniously, the block many times interferes in the angular speed of the motor, causing chaotic behaviors in the system. With numeric simulations, we studied the system using the fast Fourier transform; wavelet transform, Lyapunov exponents, bifurcation diagram, Poincaré section, phase plane trajectories and graphs of the block position in time function, looking of the frequencies that make the block to oscillate in periodic and chaotic movements. The importance of such study is to show that different methods lead to a same result.

Este trabalho mostra o desenvolvimento de um procedimento de ensaio para materiais de fricção a ser aplicado em um tribômetro, tendo como característica principal frenagem com velocidade constante e elevadas temperaturas envolvidas. Desenvolveu-se uma metodologia simples, com etapas e parâmetros definidos a partir das características principais do tribômetro utilizado e da temperatura limite desejada no final de cada frenagem. Ao todo, três etapas distintas formam a estrutura básica do procedimento de ensaio: assentamento, caracterização e etapas com altas temperaturas. Para determinação dos parâmetros preliminares de cada uma das etapas envolvidas, utilizou-se amostras de formulação semelhantes a pastilhas de freio de veículos e também amostras com número reduzido de componentes. Para provar a eficácia do método proposto, foram utilizados três materiais com formulações distintas, sendo dois com uma variedade maior de componentes e um notadamente mais simples. Na etapa de assentamento, observou-se a estabilização do coeficiente de atrito das amostras enquanto que nas etapas de caracterização, observou-se a recuperação do coeficiente de atrito entre as etapas de temperatura. Para os estágios de temperatura elevada realizados, foi possível verificar a diferença de comportamento dos materiais utilizados, sendo o coeficiente de atrito menor na primeira etapa de temperatura que na segunda. Entretanto, os resultados também indicaram que alguns dos parâmetros preliminares escolhidos para as etapas de assentamento e temperatura não se mostraram satisfatórios, implicando em mudanças para a versão final da metodologia de ensaio apresentada. / This work presents the development of a testing procedure to evaluate the fiction and wear of friction materials to be applied in a tribometer, with main characteristic braking with constant speed and high temperatures. It was developed a simple methodology, with steps and parameters defined from the main characteristics of the used tribometer and the final limit temperature desired at the end of each braking. Totally, three different stages form the basic structure of the testing procedure: bedding-in, characterization and stages with high temperature. To determinate de primary parameters of each stage, it was used samples with similar formulation as vehicles friction pads and also samples with reduced number of components. To prove the efficiency of the proposed methodology, were used three different friction materials, being two with a large variability of components and a simple one. The bedding-in and the characterization stages showed the stabilization and the recuperation of the friction coefficient of the samples, respectively. After each high temperature stages, it was possible to verify the difference of the used materials, being the friction coefficient lower in the first temperature stage than the second one. However, these results also showed that some chosen primary parameters for the bedding-in and high temperature stages were not satisfactory, implicating in changes to the final procedure version.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5794031 bytes, checksum: 6385868d5c4cc5dafb016be2120b521a (MD5) Previous issue date: 2012-12-20 / This paper deals with the study of the permissible load or load-resistant design through testing Static Load Test on deep foundation, this test differs from the other through a system of reaction (hydraulic jack), implanted inside the element structural convenient depth, ie run as part of the cutting element of reaction, precluding the need for an external system. The hydraulic jack is called Expansiva cell hydrodynamics and their use is intended to obtain geotechnical parameters by means of load versus displacement curves, which show the evolution of the equilibrium of the system under the applied load. The recorded parameters enabled the comparative analysis of the data obtained by analyzing the curves of load tests with the parameters of the estimated carrying capacity of the soil mass, obtained by means of semi-empirical methods of foundation engineering. It was concluded that even with the adjustments of the semi-empirical methods, the permissible load is calculated by such methods over dimensioned compared with that obtained by analysis of load versus displacement curves also verified that the methodology presented proof load is easy to perform and has good efficiency for development of the test static load test. / O presente trabalho trata do estudo da carga admissível ou da carga resistente de projeto por meio do ensaio de Prova de Carga Estática em fundação profunda, tal ensaio se difere dos demais através de um sistema de reação (macaco hidráulico), implantado no interior do elemento estrutural, em profundidade conveniente, ou seja, parte da estaca funcionada como elemento de reação, excluindo a necessidade de um sistema externo. O macaco hidráulico é denominado Célula Expansiva Hidrodinâmica e o seu uso tem a finalidade de obter parâmetros geotécnicos, através de curvas de carga x deslocamento, que evidenciam a evolução do equilíbrio do sistema com a carga aplicada. Os parâmetros registrados propiciaram a análise comparativa dos dados obtidos através da análise das curvas das provas de carga com os parâmetros da estimativa da capacidade de carga do maciço de solo, obtidos por meio dos métodos semi-empíricos da engenharia de fundações. Concluiu- se que mesmo com as adequações dos métodos semi-empíricos, a carga admissível calculada por tais métodos foi sobre dimensionada, quando comparada com a obtida através da análise das curvas carga x deslocamento, também verificou-se que a metodologia apresentada de prova de carga é de fácil execução e tem boa eficiência para elaboração do ensaio de prova de carga estática.

Submitted by Jeferson Fernandes (jefersonbfengenheiro@gmail.com) on 2016-08-27T15:11:37Z No. of bitstreams: 1 Rev 04_A.pdf: 51308604 bytes, checksum: 0fe8e8124a2d018508341a4d78a6a787 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-30T14:51:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fernandes_jb_me_bauru.pdf: 51308604 bytes, checksum: 0fe8e8124a2d018508341a4d78a6a787 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-30T14:51:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernandes_jb_me_bauru.pdf: 51308604 bytes, checksum: 0fe8e8124a2d018508341a4d78a6a787 (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O principal objetivo deste trabalho é estudar o comportamento geomecânico de um solo tropical não saturado, a fim de avaliar o efeito da sucção nos resultados de ensaios de resistência e de deformabilidade. As amostras são classificadas como areia fina pouco argilosa, de composição granulométrica semelhante nas três profundidades estudadas (1,5, 3,0 e 5,0 m). Além desses solos apresentarem praticamente nenhuma plasticidade, as curvas de retenção da água mostraram que eles têm valores de entrada de ar próximo a 2 kPa e zonas de dessaturação verticalizadas. As envoltórias de resistência determinadas a partir de ensaios triaxiais saturados e não saturados mostraram que o acréscimo no ângulo de atrito e na coesão é devido principalmente à sucção e às características físicas do solo de cada profundidade. Verificou-se que a previsão da resistência não saturada pode ser feita empregando uma função hiperbólica em conjunto com uma função da porosidade quando a razão entre os ângulos de atrito ϕb/ϕ’ no estado saturado é menor que a unidade. Estudou-se também a variação do módulo de cisalhamento máximo (G0) para diferentes condições de sucção, confinamento e de carregamento. A determinação de G0 desses solos foi feita por meio de ensaios triaxiais equipados com transdutores de flexão, chamados de bender elements. Esses resultados mostraram que a variação de G0 em função do estado de tensões e de deformações pode ser adequadamente representada por modelos matemáticos que levam em consideração, além do estado de tensões, o efeito das variações na sucção e na porosidade. Por meio dos dados experimentais obtidos, verificou-se ainda que a compressibilidade desses solos pode ser inserida como variável independente no modelo que considera o efeito da porosidade nas variações de G0. / The objective of this work is to study the geomechanical behavior of a tropical unsaturated soil in order to evaluate the influence of the soil suction on shear strength and deformability test data. The soil samples are classified as clayed fine sand with similar grain size constitution in the three studied depths (1.5, 3.0 and 5.0 m). Besides these soils have almost no plasticity, the water retention curves indicated that these soils present air entry value near to 2 kPa and a vertical desaturation zone. Shear strength envelopes determined via saturated and unsaturated triaxial tests showed that the increase in friction angle and cohesion is mainly due to the suction and to the soil physical characteristics at each depth. When the saturated friction angle ratio (ϕb/ϕ’) is less than one, the unsaturated shear strength prediction can be made using a hyperbolic function together with a function of porosity. The variation of the maximum shear modulus (G0) at different conditions of suction, liquid confining pressure and loading are also studied. The G0 values were determined for these soils in triaxial tests equipped with bender elements. These results indicated that the variation of G0 as a function of the stress and strain state can be properly represented by mathematical models, which take into account the effect of the suction and porosity variation besides the stress state. It was also found by means of the experimental data that the compressibility of these soils can be plugged as an independent variable in a model which considers the influence of soil porosity in the G0 variations.

Os sistemas de freio a disco, quando comparados aos sistemas de freio a tambor atualmente utilizado em veículos comerciais, apresentam significativas vantagens como por exemplo: maior desempenho em função de temperatura e velocidade e melhor conforto de frenagem. Em contrapartida, a utilização destes, acaba por submeter os discos de freio a solicitações mecânicas e térmicas muito superiores às apresentadas em sistemas de disco de freio de veículos de passeio. Estas solicitações acabam por provocar o aparecimento de trincas térmicas nos discos de freio, as quais podem limitar a segurança do veículo, a durabilidade das pastilhas de freio e também do próprio disco de freio. A busca de soluções visando desenvolver pastilhas de freio menos propícias à geração de trincas térmicas vem sendo uma busca constante dos fabricantes de materiais de atrito. Contudo, os métodos de análise do potencial de geração de trincas térmicas costumam se caracterizar pelo grande tempo de execução e pela utilização de equipamentos de elevado custo operacional. Através da otimização de parâmetros de ensaio e o desenvolvimento de um procedimento em escala para avaliação de materiais de atrito quanto ao seu potencial de geração de trincas térmicas, este trabalho visa reduzir o tempo e os custos de desenvolvimento de materiais de atrito. Foram caracterizados diversos discos e sistemas de freio encontrados no mercado, assim como os procedimentos de ensaio existentes. Após isto, parâmetros de ensaio foram escolhidos para serem utilizados em forma de um procedimento de ensaio em escala, o qual utilizou um disco de freio com características físicas e químicas similares ao disco tomado com padrão de estudo. Foram ensaiados três materiais de atrito com características de geração de trincas conhecidas, a fim de validar o procedimento de ensaio em escala desenvolvido. Os parâmetros para a validação do procedimento de ensaio em escala levaram em conta: a freqüência de manchas térmicas na pista do disco de freio medidas com câmera de infravermelho; taxa de crescimento das trincas; e o tempo de ensaio e de vida útil do disco de freio. Além disto, foram estabelecidas relações entre a ocorrência de trincas térmicas em relação a características físicas dos materiais de atrito como compressibilidade, dureza e resistência mecânica. Como resultado deste trabalho, demonstramos que é possível utilizar, para o desenvolvimento de materiais de atrito, um procedimento em escala que utiliza parâmetros físicos similares aos do ensaio padrão, com a vantagem de apresentar um tempo de ensaio reduzido quando comparado com o ensaio padrão. Além disto, foi demonstrado que a geração de trincas térmicas está associada diretamente à característica de rigidez estrutural dos materiais de atrito que, somada a deformações e fluxos de calor não uniformes dos discos de freio, acabam por gerar o aparecimento de trincas térmicas na superfície de atrito dos discos de freio de veículos comerciais. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-14T19:14:13Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Andre Brezolin.pdf: 4831563 bytes, checksum: 9384b7f182866c1691197f6c2655b49e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-14T19:14:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Andre Brezolin.pdf: 4831563 bytes, checksum: 9384b7f182866c1691197f6c2655b49e (MD5) / The disc brake systems, when compared with the drum brake systems currently used in heavy-duty vehicles, resent significant advantages, such as: better performance in relation to temperature and speed and better braking comfort. On the other hand, the use of those systems submits the brake discs to much higher mechanical and thermal stress than that in brake disc systems used in light vehicles. Such stress frequently causes thermal cracks in the brake discs, which can limit the safety of the vehicle, the durability of the brake pads and also of the brake disc itself. The search for solutions to develop brake pads less likely to generate thermal cracks has been carried out constantly by manufacturers of friction materials. However, the methods of analyzing materials for their potential to generate hermal cracks usually take a long time and involve the use of equipment with a high operational cost. Through the optimization of test parameters and the development of a procedure for small scale evaluation of friction materials in regard to their potential for generating thermal cracks, this study aims to reduce the time and cost of development of friction materials. Various discs and brake systems found in the market, as well as the existing test procedures, were characterized. After this, test parameters were chosen to be used in a small-scale test procedure, which used a brake disc with physical characteristics and a chemical composition similar to the disc used in the full-scale test. Three friction materials whose capability of generating cracks is well-known were tested in order to validate the small-scale test procedure. The parameters for the validation of the small-scale test procedure took into account: the frequency of thermal spots on the brake disc friction surface measured with an infrared camera; the rate of growth of the cracks; the test time and the life of the brake disc. In addition, relations between the occurrence of thermal cracks and the physical characteristics of the friction materials, such as compressibility, hardness and mechanical resistance, were established. As a result of this research, we have demonstrated that it is possible to use, for the development of friction materials, a small-scale test procedure with physical parameters similar to those of the full-scale test, but with reduced time when compared with the standard testing method. Besides, we have shown that the generation of thermal cracks is associated directly with the characteristic of structural rigidity of the friction materials, which, along with the deformations and non-uniform heat flows encountered in the brake disc, cause thermal cracks on the friction surface of the brake discs of commercial vehicles.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-25T13:41:57Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ JORGE DA SILVA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 8878210 bytes, checksum: 8ad2b9618778b2c4268304060a0167f5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T13:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ JORGE DA SILVA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 8878210 bytes, checksum: 8ad2b9618778b2c4268304060a0167f5 (MD5) Previous issue date: 2017-03-03 / Capes / O objetivo deste trabalho é analisar a capacidade da Termografia de monitorar o comportamento dos óleos lubrificantes SAE 20W50 API SJ e ISO VG 10 do ponto de vista térmico até o momento de ruptura do filme lubrificante, caracterizado pela brusca elevação no atrito, ruído, vibração e temperatura em ensaios de atrito cisalhante. A metodologia utilizada é baseada na análise de termogramas que indicam perfis de temperatura durante os ensaios de atrito e no momento de falha mecânica, comparando-se estes resultados com os obtidos por um termopar. Deste modo, é possível obter informações que podem ser usadas como referências visuais não invasivas durante uma situação de atrito. Os corpos de prova, constituídos por pinos cilíndricos de aço SAE 1045, são atritados contra um anel de desgaste que consiste em um rolamento travado por solda sob condição de regime de lubrificação limite. Testes foram realizados em condições crescentes de carga até 180 N em rotações de 10, 15 e 20 Hz (600, 900 e 1200 rpm). Os resultados mostram a capacidade qualitativa e quantitativa da Termografia na detecção de falhas de lubrificação, considerando a emissividade da película lubrificante de óleo igual a 0,82. Além disso, os picos de temperatura associados ao scuffing (desgaste severo causado pelo rompimento da película) mostrados pela Termografia são maiores que os mostrados pelo termopar, o que facilita a visualização deste fenômeno. Conclui-se que a Termografia pode ser usada para a detecção do rompimento da película lubrificante em ensaios de atrito do tipo pino sobre anel. / The aim of this work is to evaluate the Thermography ability to monitor the behavior of the lubricating oils SAE 20W50 API SJ and ISO VG 10 from the thermal point of view until the moment of the lubricating film rupture, characterized by the sudden elevation in the friction, noise, vibration and temperature in shear friction tests. The methodology used is based on the analysis of thermograms that indicate temperature profiles during the friction tests and at the moment of mechanical failure, comparing these results with those obtained by a thermocouple. Thus, it is possible to obtain information that can be used as noninvasive visual references during a friction situation. The specimens, consisting of cylindrical SAE 1045 steel pins, are rubbed against a wear ring consisting of a weld-locked bearing under the condition of a boundary lubrication regime. Tests were performed under increasing load conditions up to 180 N at 10, 15 and 20 Hz (600, 900 and 1200 rpm) rotations. The results show the qualitative and quantitative capacity of the Thermography in the detection of lubrication failures, considering the emissivity of the lubricating oil film equal to 0.82. In addition, the temperature peaks associated with scuffing shown by Thermography are larger than those shown by the thermocouple, which facilitates the visualization of this phenomenon. It will be concluded that the Thermography can be used for detecting the breakdown of the lubricant film in pin-on-ring friction tests.

O conforto acústico é um fator que, ultimamente, tem ganhado importância na indústria automobilística, especialmente porque o ruído de freio tem se apresentado como uma das principais causas de desconforto acústico para os usuários. Com isso, o material de atrito é alvo de contínuas pesquisas, com intenção de reduzir os ruídos, mas o sistema de freio também tem responsabilidade no ruído. O ruído de freio tipo squeal ocorre em altas frequências e destaca-se por ser o ruído de freio mais economicamente importante, pois gera elevados custos de acionamento da garantia do veículo. O squeal é induzido pelo efeito do atrito, existindo técnicas de simulação numérica para avaliar esse fenômeno, que se baseiam na análise de autovalores complexos (CEA) do sistema de freio. Os trabalhos encontrados na literatura tratam quase exclusivamente sobre sistemas de freio a disco. Diante disso, esse trabalho visa apresentar uma metodologia de análise de instabilidade dinâmica em sistemas de freio a tambor, considerando os efeitos de amortecimento. É utilizado o programa ANSYS e o Método dos Elementos Finitos para realizar esse estudo. Ao longo do trabalho são apresentadas discussões sobre fatores de influência nas frequências auto excitadas, como amortecimento, coeficiente de atrito e pressão de acionamento. A técnica de CEA é aplicada a dois sistemas de freio a tambor, com geometrias diferentes, sendo os dois casos validados através da comparação com resultados veiculares. Os modelos numéricos são ferramentas muito úteis, e a referida análise fornece grande vantagem no desenvolvimento de um sistema de freio acusticamente confortável. No entanto, os parâmetros de entrada no modelo numérico precisam ser coerentes e cuidadosamente definidos. A metodologia se mostrou adequada para avaliar o fenômeno de acoplamento modal induzido por atrito. / Acoustic comfort has become increasingly important nowadays, especially because brake noise is one of the major causes of acoustic discomfort to the users. Thus, the friction material is a continuous research target, intended to reduce noise, but bearing in mind that the brake system also has responsibility in noise. The squeal noise occurs at high frequencies and stands out for being the most economically important type of brake noise, because it generates high costs of the activation of the vehicle warranty. Squeal noise is induced by friction, and there are numerical simulation techniques to assess this phenomenon, which are based on the complex eigenvalues analysis (CEA). Studies in the literature deal almost exclusively on disc brake systems. Therefore, the present work addresses the dynamic instability analysis methodology applied to drum brake systems, where the damping effect is considered. It is used ANSYS and the Finite Element Method program to perform this study. The influence of damping, friction coefficient and working pressure on the self-excited frequencies of the brake system are discussed throughout this work. CEA technique is applied to two drum brake systems, which have different geometries. These two cases are validated by comparison with results obtained in vehicle tests. The numerical models are very useful tools, and this analysis provides great advantage in developing an acoustically comfortable brake system. However, the input parameters in the numerical model must be carefully defined and consistent. The methodology proved to be adequate to evaluate the modal coupling phenomenon induced by friction in drum brake systems.

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.