تحلیل میدان دمای گُذرای دیسک و پد ترمز FGM به صورت مدل سه بعدی متقارن

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان

1 نویسنده مسئول: استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 دانشجو کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

چکیده

عملکرد صحیح سیستم ترمز در تمام شرایط رانندگی، در حفظ جان سرنشینان خودرو بسیار مؤثر است. یکی از سیستم‌های ترمز اصطکاکی، سیستم ترمز دیسک و پد است. در این تحقیق با استفاده از دیسک و پد FGM، بهبود در انتقال حرارت و خواص گرمایی سیستم ترمز  بررسی و  یک مدل سه‌بعدی تحلیلی برای تعیین توزیع دمای تماس بر روی سطح کاری ترمز در نظر گرفته شده است. با در نظر گرفتن اثرات پد به‌عنوان منبع گرمایی، از روش المان محدود برای مشخص کردن حوزه دمایی دیسک با شرایط مرزی حرارتی مناسب استفاده می‌شود. خصوصیات مادی اجزای تشکیل‌دهنده دیسک و پد ترمز با پیروی از قانون توزیع توانی در راستای ضخامت تغییر می‌کنند و تأثیر خواص دیسک و پد بر نتایج تحلیل حرارتی موردبررسی قرار می‌گیرد. همان‌گونه که در این پژوهش مشخص شده، با انتخاب ساختار FGM یک‌بار برای دیسک به‌تنهایی و یک‌بار برای دیسک و پد با لایه‌هایی از جنس‌های مشخص شده، می‌توان سرعت انتقال حرارت را افزایش و  آسیب‌های حرارتی را کاهش داد. دمای بیشینه در ساختار FGM  مقدار ۳۲۴ درجه سانتی‌گراد می‌باشد، درحالی‌که در تحقیقات گذشته این مقدار ۲۷۹ درجه سانتی‌گراد بود و شیب کاهش دما در ساختار FGM نسبت به ساختار غیر FGM بیشتر است که این موضوع نشان‌دهنده توانایی ساختار FGM در بهبود انتقال حرارت ناشی از ترمزگیری می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Rezaei J, Moradi M, Rekrak D. Simulation of temperature and pressure distribution in disc brakes by finite element method. 3rd International Conference on Science and Engineering, Istanbul, Turkey, 2016 (In Persian).##
[2] Behdarvandi A, Bahoush Kazeruni R. Heat transfer in the brake disc. 1st Annual National Conference on Mechanical Engineering and Industrial Solutions. Mashhad, Iran, 2015 (In Persian).##
[3] Parker R, Newcomb T. The Performance and Characteristics of the Disk Brake. SAE Technical Paper 640140, 1964.##
[4] Limpert R. Cooling Analysis of Disk Brake Rotors. 1975, SAE Tech Pap 751014.##
[5] Nigh GL, Olson M. Finite element analysis of rotating disks. Journal of Sound and Vibration. 1981;77(1):61-78.##
[6] Gao C, Lin X. Transient temperature field analysis of a brake in a non-axisymmetric three-dimensional model. Journal of materials processing technology. 2002;129(1-3):513-7.##
[7] Jang YH, Ahn S-h. Frictionally-excited thermoelastic instability in functionally graded material. Wear. 2007;262(9-10):1102-12.##
[8] Chi Z, He Y, Naterer G. Convective heat transfer optimization of automotive brake discs. SAE Int J Passeng Cars-Mech Syst. 2009;2(1):961-9.##
[9] Samadi R. Farzanegan M, Asadian M, Khorami M. Investigation of the effect of pads and discs on the performance of the brake system. 9th Rail Transportation Conference, Tehran, Iran, 2007. (In Persian).##
[10] Yevtushenko A, Kuciej M, Och E. Temperature in thermally nonlinear pad–disk brake system. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2014;57:274-81.##
[11] Behdarvandi A, Bahoush Kazeruni  R. Simulation of thermal performance of brake disc using Ansys CFX software. 1st Annual National Conference on Mechanical Engineering and Industrial Solutions, Mashhad, Iran, 2015 (In Persian).##
[12] Khodaei Anaraki P, Hosseinzadeh Kashan A. Optimization of ventilated brake discs using simulation and multi-objective algorithm 1II-NSGA. 2nd National Conference on Engineering Management, Astaneh Ashrafieh, 2017 (In Persian).##
[13] Moinzadeh M. Control of turbulence and corresponding noises in car disc brake system. 3rd National Conference on Mechanical Engineering, Esfarayen,  Iran, 2017 (In Persian).##
[14] Arnab B, Islam S, Khalak A, Afsar A. Finite difference solution to thermoelastic field in a thin circular FGM disk with a concentric hole. Procedia Engineering. 2014;90:193-8.##
[15] Rezvani Tavakol M. A Review of the Theory and Approximation of Mechanical Properties of FGM Functional Materials by Introducing These Materials in Nature and Its Applications in Industry. Science Engineering Elite Quarterly. 2017;2(1):171-182.##
[16] Zagrodzki P, Lam K, Al Bahkali E, Barber J. Nonlinear transient behavior of a sliding system with frictionally excited thermoelastic instability. J Trib. 2001;123(4):699-708.##
[17] Davies M. Solutions to Fourier's equation and unsteady heat flow through structures. Building and Environment. 1995;30(3):309-21.##
[18] Yu CC, Heinrich JC. Petrov—Galerkin method for multidimensional, time‐dependent, convective‐diffusion equations. International Journal for numerical methods in engineering. 1987;24(11):2201-15.##
[19] Hibbitt, Karlsson, Sorensen. ABAQUS: theory manual: Hibbitt, Karlsson & Sorensen; 1997.##
دوره 18، شماره 1 - شماره پیاپی 67
شماره پیاپی 67، فصلنامه بهار
خرداد 1401
صفحه 41-52
  • تاریخ دریافت: 28 بهمن 1399
  • تاریخ بازنگری: 01 آبان 1400
  • تاریخ پذیرش: 26 آبان 1400
  • تاریخ انتشار: 01 اردیبهشت 1401