تحليل ميدان دماي گُذراي ديسك و پد ترمز FGM به صورت مدل سه بعدي متقارن

Transient Temperature Field Analysis of FGM Brake Disk and Pad as a Symmetric Three-Dimensional Model

عملكرد صحيح سيستم ترمز در تمام شرايط رانندگي، در حفظ جان سرنشينان خودرو بسيار مؤثر است. يكي از سيستم‌هاي ترمز اصطكاكي، سيستم ترمز ديسك و پد است. در اين تحقيق با استفاده از ديسك و پد FGM، بهبود در انتقال حرارت و خواص گرمايي سيستم ترمز بررسي و يك مدل سه‌بعدي تحليلي براي تعيين توزيع دماي تماس بر روي سطح كاري ترمز در نظر گرفته شده است. با در نظر گرفتن اثرات پد به‌عنوان منبع گرمايي، از روش المان محدود براي مشخص كردن حوزه دمايي ديسك با شرايط مرزي حرارتي مناسب استفاده مي‌شود. خصوصيات مادي اجزاي تشكيل‌دهنده ديسك و پد ترمز با پيروي از قانون توزيع تواني در راستاي ضخامت تغيير مي‌كنند و تأثير خواص ديسك و پد بر نتايج تحليل حرارتي موردبررسي قرار مي‌گيرد. همان‌گونه كه در اين پژوهش مشخص شده، با انتخاب ساختار FGM يك‌بار براي ديسك به‌تنهايي و يك‌بار براي ديسك و پد با لايه‌هايي از جنس‌هاي مشخص شده، مي‌توان سرعت انتقال حرارت را افزايش و آسيب‌هاي حرارتي را كاهش داد. دماي بيشينه در ساختار FGM مقدار 324 درجه سانتي‌گراد مي‌باشد، درحالي‌كه در تحقيقات گذشته اين مقدار 279 درجه سانتي‌گراد بود و شيب كاهش دما در ساختار FGM نسبت به ساختار غير FGM بيشتر است كه اين موضوع نشان‌دهنده توانايي ساختار FGM در بهبود انتقال حرارت ناشي از ترمزگيري مي‌باشد.

The accurate performance of the braking system in all driving conditions is significantly effective in saving the life of the car's occupants. The disk and pad braking system is regarded as one of the friction braking systems. Employing the FGM disks and pads, the improvement of heat transfer and thermal properties of the braking system is investigated in this research. In order to specify the contact temperature distribution on the work surface of the brake, a three-dimensional analytical model is considered. Using the FEM, the temperature range of the disk with the appropriate thermal boundary conditions is determined based on the effects of the pad as a heat source. Following the power law of distribution, the material properties of the brake disk components change within the thickness and the effect of disk and pad properties on the thermal analysis results is examined. As stated in this research, selecting FGM structure only for the disk and once for the disk and pad with layers of the specified materials, the heat transfer rate can be raised, and the heat damage can be minimized. The maximum temperature in the FGM structure is 324 °C; however, in the previous research, this value is 272 °C and the slope of the temperature reduction in the FGM structure is more significant compared to the non-FGM structure which indicates the capability of the FGM structure to improve heat transfer resulting from braking.