Análise das tensões térmicas e mecânicas no material de atrito de veículos comerciais equipados com tambores de freio através do método de elementos finitos - Travaglia, Carlos Abílio Passos (2022)
Na engenharia em geral, é cada vez mais frequente o emprego de ferramentas para simulação, utilizadas com o intuito de facilitar a análise das tensões mecânicas e térmicas em projetos de diversos componentes. Em sistemas de freio, onde seus componentes são expostos a carregamentos mecânicos e térmicos, a análise numérica é fundamental. A função primária do sistema de freio de qualquer veículo é controlar ou reduzir sua velocidade através da transformação da energia cinética e potencial em energia térmica. Dessa forma, uma vez calculadas as cargas mecânicas e térmicas no material de atrito, será possível entender a resposta do sistema através da aplicação do método dos elementos finitos. Nesse trabalho modelaram-se e analisaram-se os impactos do carregamento e da temperatura sobre o desempenho mecânico de lonas utilizadas em freios a tambor do tipo S came, de atuação pneumática, utilizando-se o aplicativo Abaqus. Esse tipo de freio é muito comum em veículos comerciais para aplicações urbanas e rodoviárias com capacidade de carga igual ou superior a 10 toneladas. O modelo construído nesse trabalho, incluiu os efeitos da pré-carga de rebitagem, do torque de frenagem e do aquecimento no material de atrito de um dos freios dianteiros de um ônibus urbano de 17 toneladas. Nele foram identificadas regiões onde há variação de tensões com amplitudes relevantes, tanto durante o aumento da temperatura como na aplicação dos freios. Isso indicou que esses materiais estão submetidos a carregamentos cíclicos que podem resultar em acúmulo de danos. Essas regiões coincidiram com áreas onde historicamente ocorrem falhas durante testes de desenvolvimento desse tipo de material. Compararam-se dados extraídos do modelo numérico com experimentos realizados em veículo, o que permitiu a compreensão de sua proximidade com eventos reais de frenagem. A distribuição da temperatura no material de atrito, obtida no modelo numérico, após aquecimento dos seus componentes, apresentou grande proximidade com a obtida após sucessivos ciclos de aplicação dos freios, com erro percentual de 4,23%. Por outro lado, as deformações mecânicas na lona de freio obtidas por meio do modelo também foram comparadas com dados experimentais, permitindo-se compreender o efeito das hipóteses assumidas para as propriedades do material de atrito sobre os resultados obtidos. A aplicação da metodologia e a utilização do modelo numérico proposto nesse trabalho poderá contribuir de forma considerável para um dimensionamento mais adequado do material de atrito, além de permitir uma seleção mais adequada dos sub-componentes que o constituem.