Failure Probability Analysis of Temperature Field in Wet Friction Components Based on Macro-Micro Frictional Contact Model

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.005

Abstract

Abstract:

Aiming at accurately quantifying the failure probability of temperature fields for wet friction components， a macro-micro friction contact model， with the interaction of thermal-mechanical coupling simulation and single asperity contact model， was established to acquire temperature， and a statistical model for temperature field failure probability was constructed. The method utilized kernel density estimation to establish the probability density function of failure parameters and emploied Monte Carlo simulation for probability calculation. Experimental results show high agreement between simulation data and test data. The established statistical model may effectively and accurately calculate the failure probability of wet friction components.

Key words: wet friction pair, failure probability analysis, macro-micro interaction, kernel density function, Monte Carlo simulation

摘要：

为精确量化湿式摩擦元件的温度场失效概率问题，先建立热-机械耦合仿真与单对粗糙峰接触模型实时交互的宏微观摩擦模型获取温度，再构建温度场失效概率统计模型。利用核密度估计建立失效参数的概率密度函数，采用蒙特卡罗模拟进行了概率计算。试验结果表明，仿真与试验的数据高度吻合，所建立的统计模型能有效且精确计算湿式摩擦元件的失效概率。

关键词: 湿式摩擦副, 失效概率分析, 宏微观交互, 核密度函数, 蒙特卡罗模拟

CLC Number:

TH117.1

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Figures/Tables 16

Tab.1 Geometric shape and material properties parameters of friction pair

参数	钢片	摩擦片
外径R_out/mm	125	125
内径R_in/mm	85	85
厚度H_t/mm	3	2
密度ρ/（kg·m $- 3$ ）	7800	5600
比热容c/（J·kg $- 1$ ·K $- 1$ ）	487	536
热导率λ/（W·m $- 1$ ·K $- 1$ ）	见表2	30
热膨胀率β	1.27×10 $- 5$	1.30×10 $- 5$
弹性模量E/GPa	160	110
泊松比ν	0.29	0.30

Tab.1 Geometric shape and material properties parameters of friction pair

参数	钢片	摩擦片
外径R_out/mm	125	125
内径R_in/mm	85	85
厚度H_t/mm	3	2
密度ρ/（kg·m $- 3$ ）	7800	5600
比热容c/（J·kg $- 1$ ·K $- 1$ ）	487	536
热导率λ/（W·m $- 1$ ·K $- 1$ ）	见表2	30
热膨胀率β	1.27×10 $- 5$	1.30×10 $- 5$
弹性模量E/GPa	160	110
泊松比ν	0.29	0.30

Tab.2 Thermal conductivity of steel disc

	温度/℃
	20	100	200	300	400
热导率λ/（W·m $- 1$ ·K $- 1$ ）	51	51	50	47	43

Tab.2 Thermal conductivity of steel disc

	温度/℃
	20	100	200	300	400
热导率λ/（W·m $- 1$ ·K $- 1$ ）	51	51	50	47	43

Fig.1 Construction of friction pair simulation model

Fig.2 Macro-Micro friction contact model flowchart

Fig.3 Maximum temperature at the interface of steel disc

Fig.4 Wet clutch friction and wear test bench

Fig.5 Thermocouple arrangement diagram

Fig. 6 Comparison diagram of simulation and experimental results

Fig.7 Temperature field failure probability statistical model structure diagram

Fig.8 Failure probability of temperature field at four-time nodes

Fig.9 Comparison of failure evaluation indicators at four time points

Fig.10 Comparison of TFPM model and different neural network models'results

Fig.11 Schematic diagram of variations of μ， σ， and β0.5

Fig.12 Schematic diagram of failure probability

Fig.13 Schematic diagram of variations of μ， σ， and β0.5

Fig.14 Schematic diagram of failure probability

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