Karayolu Taşıtları Fren Sistemlerinde Sürtünme Kaynaklı Yüksek Frekanslı Gürültü ve Titreşim Oluşum Mekanizmasının Deneysel Verilerle Matematiksel Olarak Modellenmesi

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Müh.Bölümü, Türkiye

Tez Danışmanı: Muammer Özkan

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Diğer

Özet:

Sürtünme kaynaklı fren gürültüsü, özellikle yüksek frekanslarda meydana geldiğinde sürücü ve yolcu konforunu olumsuz etkilemekte, kullanıcı şikayetlerine yol açmakta, dolayısıyla sektör ve araştırmacılar tarafından yoğun olarak araştırılmaktadır. Fakat, konuyla ilgili çok sayıda çalışma olmasına ve oluşum mekanizmasını açıklamak için öne sürülmüş farklı teoriler güncelliğini korumasına rağmen, problemin tüm yönleriyle açıklanmamış olduğu görüşü hakimdir. Bu çalışmada da elde edilen deneysel veriler ve kurulan matematiksel model yardımıyla, yüksek frekanslı fren gürültüsü oluşum mekanizmasının anlaşılmasına katkı sağlanması amaçlanmıştır. Öncelikle fren diski, kaliper, braket ve balatadan oluşan sistem elemanlarının, titreşim açısından karakteristiklerinin belirlenmesi amacıyla, modal testleri gerçekleştirilmiştir. Ardından, anlaşılması hedeflenen gürültü problemi açısından kritik öneme sahip, sürtünen elemanlar olan fren disk ve balatası, sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmiştir. Sonrasında bu iki nümerik model, modal test sonuçları ile yüksek uyum gösterecek şekilde, malzeme özellik parametrelerinin tespit edilebilmesiyle güncellenmiştir. Bu güncelleştirmeler, deney tasarımı, lineer regresyon ve optimizasyon yöntemleri içeren, oldukça hızlı fakat düşük hata ile sonuç veren bir süreç geliştirilerek gerçekleştirilmiştir. Böylece disk ve balataya ait gerçekçi nümerik modeller elde edilmiş ve modal testlerde elde edilemeyen mod şekli ve frekanslarına ulaşılmıştır. Sonraki kısımda fren deneyleri, laboratuvar ortamında kurulan ve disk hızının, elektrik motoru ve kontrolcüsüyle kontrol edilebildiği bir deney düzeneğinde gerçekleştirilmiştir. Çok sayıda deney, farklı hız, fren basıncı ve sıcaklık şartları altında gerçekleştirilmiş, bu parametrelerin yanında, ses basıncı ve kaliper üzerinden ivme verileri toplanmıştır. Sonrasında, deneylerde gözlemlenen gürültü oluşumunu açıklamaya yönelik, balata ve disk arasındaki dinamiklere odaklanan, 3 serbestlik dereceli, lineer olmayan bir matematiksel model kurulmuştur. Modelin lineer olmayan dinamikleri, hareket denklemleri ve durum uzay formunun sayısal çözümü kullanılarak incelenmiş ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, kurulan matematiksel model ve deney sonuçları birbiriyle uyum göstermiştir. Fren gürültüsü frekansının ve dinamiğinin, fren basıncı dolayısıyla değişen temas yüzeyi katılığından etkilendiği, ayrıca frenleme sırasında meydana gelen gürültü oluşumunun kaliper parmakları ve disk doğal frekansları ile yakından bağlantılı olduğu sonuçlarına ulaşılmıştır.