On the Simulation of the Micro-Contact of Rough Surfaces Using the Example of Wet Friction Clutch Materials

Voelkel, Katharina; Rothemund, Markus; Garibello, Sebastian Albarracin; Kramer, Vincent; Pflaum, Hermann; Stahl, Karsten

doi:10.3390/lubricants7050041

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“…For example Kucharski et al [37], Kogut et al [38][39][40], Jackson et al [41,42], or Quicksall et al [43] implemented 'singleasperity' models and derived stochastic asperity-based equations for calculating contact pressures and the real area of contact as a function of the surface separation. However, as computer performance continued to increase, more and more 'multi-asperity' models were developed for elastic [44][45][46][47] as well as elastic-plastic materials [48][49][50][51][52][53].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Micro-scale deterministic asperity contact FEM simulation

Kolli¹,

Winkler²,

Wartzack³

et al. 2022

Surf. Topogr.: Metrol. Prop.

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There are numerous stochastic approaches to indirectly couple solid asperity contact with the fluid hydrodynamics in the region of boundary or mixed lubrication. In contrast, deterministic approaches for calculating solid contact pressure curves offer advantages in terms of flexibility and accuracy. This contribution aims at providing a publicly available, automated method to derive solid asperity contact pressure curves for given surfaces, implemented in commercial software based upon Finite Element Method (FEM). Solid asperity pressure curves were calculated and compared to various established stochastic models for artificially generated surfaces and surfaces measured via laser scanning microscopy. Thereby, it was shown that the usage of artificially generated surfaces based on stochastic parameters only allowed an approximate representation of real measured surfaces as well as to lower calculated pressures, so that 3D measurement data is preferred to calculate the contact pressure. Moreover, the values of the FEM model were in a similar region but slightly below the stochastic models over a wide range of gap distances and the asperity pressure graphs were more curved/convex. At very small gap height values, the pressure in the FEM model reached values similar to the stochastic models. This was attributed to the fact that real surface topographies were considered, also allowing for peak-to-valley pairings instead of merely asperity-to-asperity contacts, as well as to the fact that the roughness and mean planes were re-calculated in each simulation step, while most stochastic approaches neglect the elastic deformation of asperities when determining the distances between the rough surfaces.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Micro-scale deterministic asperity contact FEM simulation

Kolli¹,

Winkler²,

Wartzack³

et al. 2022

Surf. Topogr.: Metrol. Prop.

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“…B. [2][3][4]). Dieses Einlaufverhalten ist in Abhängigkeit der Charakteristika des tribologischen Systems, bestehend aus den im Reibkontakt befindlichen Reibpartnern sowie dem Schmierstoff und den Betriebsbedingungen, stark unterschiedlich ausgeprägt (vgl.…”

Section: Introductionunclassified

Einlaufverhalten nasslaufender Lamellenkupplungen im Schlupfbetrieb

Voelkel

Pflaum

Stahl

2021

Forsch Ingenieurwes

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ZusammenfassungNasslaufende Lamellenkupplungen weisen zu Betriebsbeginn eine Phase des Einlaufens auf, in der sich das Reibungsverhalten durch Anpassung der Reibflächen signifikant ändern kann. Dieses Einlaufverhalten ist in Anhängigkeit der Charakteristika des Reibsystems bestehend aus Reibbelag, Stahllamelle und Schmierstoff stark unterschiedlich ausgeprägt. Mit dem Ziel einer guten Regelbarkeit und damit hohen Zuverlässigkeit der Kupplung ab der ersten Schaltung sollen Einlaufvorgänge wenig ausgeprägt und schnell abgeschlossen sein.Die Charakterisierung des Einlaufverhaltens im Schlupfbetrieb erfolgt experimentell an Kupplungen mit Carbonreibbelag aus den Anwendungen Verteilergetriebe und Sperrdifferential im Instationärschlupf. Eine neu entwickelte Versuchsmethode erlaubt es, das Einlaufverhalten für mehrere anwendungstypische Lastniveaus zu untersuchen. Relevante Lastniveaus werden aus Fahrzeugmessungen abgeleitet. Des Weiteren wird eine Auswertemethode vorgestellt, die über die Definition spezifischer Kennwerte für Schlupfbetrieb eine quantitative Beurteilung von Ausprägung und Dauer der Einlaufvorgänge realisiert. Das Einlaufverhalten von Kupplungen mit unterschiedlichen Reibsystemen wird im Zuge einer Systembewertung gegenübergestellt, Einflüsse von Schmierstoff, Stahllamelle und Reibbelag sowie Wechselwirkungen werden systematisch charakterisiert.

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