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문제 정의
- 디스크 브레이크는 디스크와 패드 사이의 마찰력을 이용하여 움직이는 장치의 운동속도를 가능한 빠른 시간 내에 감소시키거나 정지시키는데 그 목적이 있다. 정상주행 상태하에서 브레이크는 제동과 주행을 반복하게 되며, 제동이 반복해서 일어날 때 마다 디스크는 마찰에 의한 열 발생과 전도와 대류에 의한 방열 과정을 반복하게 된다.
- 따라서, 본 연구에서는 온도장과 변위장이 연성된 연성장 문제의 효율적 해석을 위한 3차원 요소를 도입하였다. 또한 제동과정의 열 발생과 열전달 문제를 정식화하였고, 적절한 변형인자 (deformation factor)를 도입하여 져더를 줄이기 위한 디스크 브레이크의 최적설계 방향을 제시함과 동시에 그 해석을 위한 최적설계 프로그램을 개발하였다.
- 국내에서도 디스크 브레이크 시스템의 열변형과 마멸, 열크랙 등에 대한 연구결과가 나와 있으며, ⑫ 열에 의해 유발되는 문제들을 해결하기 위한 많은 연구와 실험들이 이루어지고 있다. 본 연구는 기술개발 기간을 단축하면서 우수한 브레이크 제품을 생산하기 위한 방법의 하나로 유한요소 해석법을 도입하여 져더를 줄이기 위한 해석 방향을 제시하고, 그에 따른 최적설계 프로그램을 개발하는데 목적이 있다.
가설 설정
- 그러나 자동차 바퀴와 지면의 마찰은 무시할 정도로 작다고 가정하고 또한 기타 요인에 의한 에너지 손실도 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정하면 주행 중의 운동에너지가 모두 패드와 디스크의 마찰에너지로 변환된다는 가정은 마찰열에 의한 디스크의 변형 해석에 대해 충분히 강건한 조건이 된다. 또한 제동중 자동차의 감가속도는 실제의 경우 운전 상태에 따라 불규칙적이기 때문에 모든 경우를 고려하기란 불가능하다.
- 또한 제동중 자동차의 감가속도는 실제의 경우 운전 상태에 따라 불규칙적이기 때문에 모든 경우를 고려하기란 불가능하다. 따라서 제동 중의 감가 속도는 일정하다고 가정하였다. 이러한 가정에 의거 제동시에 디스크에 전달되는 열량은 다음과 같이 유도되어 진다.
- 또한 디스크와 접촉하는 패드는 디스크 전체의 1/6면적을 차지한다고 가정하였다. 전체 디스크브레이크는 축대칭의 형태를 가지므로 냉각 베인 (cooling vane)을 기준으로 1/18 모델을 사용하였다.
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