Thermal and stress-strain state of friction pairs in ventilated disc brakes of lightweight vehicles
Вантажиться...
Дата
2023
Автори
Holenko, K.
Dykha, O.
Padgurskas, J.
Babak, O.
Голенко, К.Е.
Диха, О.В.
Падгурскас, Ю.
Бабак, О.П.
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
The work is dedicated to the thermal behavior and stress-strain state of ventilated disc brakes installed in
the lightweight vehicles (scooters, electric bikes, ATVs, etc.) using ANSYS environment in various experiment
modes. Modeling of the temperature distribution in the rotor (disc) and the corresponding brake pads is determined
taking into account a number of factors and input parameters during the braking operation: the amount of rotation
speed, the gap between the pads and the disc, the speed of load application, thermal expansion, etc. Numerical
modeling of the transient thermal and the stress fields in the area of contact between the pads and the rotor is
carried out by the method of sequential thermostructural connection of the intermediate calculation states of the
brake model in the ANSYS Coupled Field Transient environment. For a comprehensive assessment of brake
behavior, our research considers two load approaches: constant long-term (20 s) with an influence factor in the
form of thermal expansion as a result of contact pair friction; linear load from the pads on the disс with a
corresponding increase in pressure up to the moment when the rotation of the system is blocked. Our research
presents an assessment of the rotor ventilation channels influence on the nature of the contact spot with the brake
pads (open far-field contact, sliding contact, sticking contact, etc.). In addition, it is demonstrated that despite the
linear increase in pads pressure on the rotor, the graphs of temperatures, volume (thermal expansion) and stresses
are of parabolic character with a disproportionate increase in indicators. Such a result forces us to come to the
conclusion that it is not possible to predict the behavior of the brakes based on the analysis during a short period
of time of the experiment - conducting long-term analytical studies is extremely important in the case of brakes
Робота представляє собою дослідження теплової поведінки та напружено-деформованого стану вентильованих дискових гальм легких транспортних засобів (скутерів, електробайків, квадроциклів, тощо) за допомогою розрахункового середовища ANSYS в різних режимах випробувань. Моделювання розподілу температури в роторі (диску) і відповідних гальмівних колодках визначається з урахуванням ряду факторів і вхідних параметрів під час операції гальмування: величини швидкості обертання, зазору між колодками і диском, швидкості прикладення навантаження, теплового розширення та ін. Чисельне моделювання перехідного теплового поля та поля напружень в області контакту колодок та диску здійснюється методом послідовного термоструктурного зв’язку проміжних розрахункових станів моделі гальм у середовищі ANSYS Coupled Field Transient. Для комплексної оцінки поведінки гальм в публікації розглядаються два підходи навантажень: стале (тривалістю 20 с) з фактором впливу у вигляді температурного розширення в результаті тертя контактних пар; лінійне навантаження з боку колодок на диск з відповідним зростанням тиску аж до моменту блокування обертання системи. Також дослідження включає в себе оцінку впливу вентиляційних каналів ротора на характер плями контакту з гальмівними колодками (відкритий дальній контакт, контакт ковзання, залипання тощо). Крім того, показано, що незважаючи на лінійне зростання тиску колодок на ротор, графіки температур, об’єму (теплового розширення) і напружень мають параболічний характер із непропорційним зростанням показників. Такий результат змушує прийти до висновку, що неможливо передбачити поведінку гальм на основі аналізу короткого проміжку часу експерименту - проведення довгострокових аналітичних досліджень є надзвичайно важливим у випадку гальм.
Робота представляє собою дослідження теплової поведінки та напружено-деформованого стану вентильованих дискових гальм легких транспортних засобів (скутерів, електробайків, квадроциклів, тощо) за допомогою розрахункового середовища ANSYS в різних режимах випробувань. Моделювання розподілу температури в роторі (диску) і відповідних гальмівних колодках визначається з урахуванням ряду факторів і вхідних параметрів під час операції гальмування: величини швидкості обертання, зазору між колодками і диском, швидкості прикладення навантаження, теплового розширення та ін. Чисельне моделювання перехідного теплового поля та поля напружень в області контакту колодок та диску здійснюється методом послідовного термоструктурного зв’язку проміжних розрахункових станів моделі гальм у середовищі ANSYS Coupled Field Transient. Для комплексної оцінки поведінки гальм в публікації розглядаються два підходи навантажень: стале (тривалістю 20 с) з фактором впливу у вигляді температурного розширення в результаті тертя контактних пар; лінійне навантаження з боку колодок на диск з відповідним зростанням тиску аж до моменту блокування обертання системи. Також дослідження включає в себе оцінку впливу вентиляційних каналів ротора на характер плями контакту з гальмівними колодками (відкритий дальній контакт, контакт ковзання, залипання тощо). Крім того, показано, що незважаючи на лінійне зростання тиску колодок на ротор, графіки температур, об’єму (теплового розширення) і напружень мають параболічний характер із непропорційним зростанням показників. Такий результат змушує прийти до висновку, що неможливо передбачити поведінку гальм на основі аналізу короткого проміжку часу експерименту - проведення довгострокових аналітичних досліджень є надзвичайно важливим у випадку гальм.
Опис
Ключові слова
friction, brake disc, brake pads, thermal load, stress-strain state, heat flow, von Mises stress, contact pressure, thermal expansion, тертя, гальмівний диск, гальмівні колодки, теплове навантаження, напруженодеформований стан, тепловий потік, напруження фон Мізеса, контактний тиск, теплове розширення
Бібліографічний опис
Thermal and stress-strain state of friction pairs in ventilated disc brakes
of lightweight vehicles / K. Holenko, O. Dykha, J. Padgurskas, O. Babak
// Problems of Tribology. – 2023. - № 1. – Р. 41-50.