Návrh brzdového kotouče s ohedem na provozní namáhání

Abstract

Kvalitne navrhnutý brzdový systém v dnešnej dobe pokročilých počítačových technológií musí byť navrhnutý tak, aby sa minimalizovalo namáhanie teplom, mechanicky alebo prevádzkou v oblasti rezonančných frekvencií a spĺňať podmienku pevnostnej stálosti, bezpečnosti a kľudovej prevádzky. Z takýchto dôvodov sú výrobcovia komponentov nútení podrobiť komponenty simuláciám s cieľom vyrobenia finančne efektívneho a kvalitného produktu. Za týmto účelom sa využíva metóda konečných prvkov. Popri výpočtoch vlastných frekvencií brzdových komponentov a pevnostného namáhania brzdového kotúča je dôležitý výpočet tepelného namáhania spôsobujúci najväčšie pevnostné namáhanie. V tomto smere je ako vedľajší cieľ tejto práce stanovené zhodnotiť "decoupled" simulácie tepelného namáhania v programoch PERMAS a ABAQUS. Za hlavný cieľ je stanovené preskúmať "coupled" ABAQUS simuláciu a jej tepelné výsledky porovnať a zhodnotiť s predchádzajúcou metódou. Bola zistená podobnosť výsledkov medzi dvomi programami s mierne líšiacimi sa redukovanými napätiami v priebehu ohrievania brzdového kotúča. Výsledky "coupled" simulácie bez tepelnej rozťažnosti dobre reprezentovali tepelný tok. Avšak model s tepelnými rozťažnosťami materiálu sa správal nereálne a jeho využitie v praxi je otázne. "Coupled" simulácia otvára dvere ďalším možnostiam vyhodnocovania kvalitatívnych parametrov bŕzd a mení pohlaď na to, akým spôsobom možno simulovať namáhanie brzdového kotúča v prevádzke.

A well-designed brake system that is being stressed mechanically, by heat or by operating in a range of resonance must nowadays undergo number of computer numerical analyses in order to minimalize these stresses and ensure safe and quiet lifespan usage. For such reasons manufacturers of automobile components must conduct simulations to produce high-quality and cost-effective product. For this purpose, the finite element method is used. In addition to the eigenfrequencies and stress calculation for the brake disc, the heat stress is the major load to be considered. In this respect, the secondary goal of this thesis is the evaluation and comparison between two simulation programs for the decoupled heat analysis ABAQUS & PERMAS. The main goal of this diploma thesis is to examine the coupled heat stress analysis and compare its results with the decoupled method. The similarity of the results for decoupled analysis between the two programs was found, with slightly varying stresses on the brake disc. The results of the coupled analysis with no material thermal expansion proved to better represent real time friction heat generation and loading. However, the model with thermal expansion seemed to generate false results not corresponding to the real-life observations and its use in practice is questionable. The coupled analysis proposes new possibilities of evaluating the quality parameters of the brakes and change the way the brake disc operation can be simulated.