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문제 정의
- 일반적으로 자동차의 제동장치는 자동차가 제동을 시작하게 되면 엔진에 의해 발생된 운동에너지를 마찰에 의한 열에너지 형태로 대기 중에 방출함으로 차량이 감속 또는 정지하게 된다(1). 이 과정에서 디스크 브레이크는 디스크와 패드 사이의 마찰력을 이용하여 움직이는 장치의 운동속도를 가능한 빠른 시간내에 감소시키거나 정지시키는데 그 목적이 있다. 일반적인 제동시스템의 구성은 Fig.
가설 설정
- 하지만 본 연구에서 유한요소 해석에서는 가장 일반적으로 사용되고 있는 벤트레이티드 디스크 브레이크의 대류 열전달 계수를 일반 대기상태의 보다 주행중에 공기와 접촉을 고려하여 약간 높은 40W/m2k, 외부온도를 23℃ 로 정해 강제대류 에 의한 냉각 효과를 나타내었다. Moon, Gortyshov(10, 11) 에 따르면 어떠한 표면이든 그 표면에 작은 홈을 형성할 경우 대류 열전달 효과는 2배 이상 상승된다고 하였지만 본 연구에서는 일반 브레이크 디스크의 형상에 상관없이 대류 열전달 계수가 같다고 가정하고 유한요소해석을 수행하였다.
- 그러나 자동차 바퀴와 지면의 마찰은 무시할 정도로 작다고 가정하고 또한 기타 요인에 의한 에너지 손실도 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정한다면 주행 중인 운동에너지가 모두 패드와 디스크의 마찰 에너지로 변환된다고 가정할 수 있다(7~9).
- 그리고 열과 관련된 재료의 물성치는 일정하다고 가정하였다. 한편 대류 열전달 계수는 외부 공기의 온도와 접촉하는 디스크 브레이크의 회전속도 등에 따라 달라지게 된다.
- 또한 제동시 발생하는 마찰 에너지에 의해 디스 크 브레이크의 온도가 500C 가 되었다고 가정하였다. 일반적 인 디스크 브레이크의 재료는 주철재이므로 물성치는 Table 1에 나타내었다.
- 578초 동안 감속하여 정지상태로 도달한다. 제동시 패드와 브레이크 사이에 발생하는 마찰은 모두 열에너지로 변환된다고 가정한다. 브레이크 다이나모 시험 규격에 따라 실제 제동 후 4.
- 주행시 초기 브레이크 제동시 디스크 브레이크와 패드 사이의 마찰열에 의한 디스크 브레이크에 발생하는 초기 온도 를 500C 로 가정한 상태에서의 유한요소해석의 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 유한요소 해석에 사용된 반실리더 형 홈(Semi-cylindrical groove) 을 가진 벤틸레이티드 디스크의 요소(Elements)는 91, 599개, 절점(Node)은 147, 379개이며 요소는 사면체 고차요소를 사용하였다.
- 주행중 브레이크 제동시 패드에 의해 디스크면에서는 강제대류에 의한 냉각만 존재할 뿐 복사에 의한 냉각은 없다고 가정하였다. 또한 제동시 발생하는 마찰 에너지에 의해 디스 크 브레이크의 온도가 500C 가 되었다고 가정하였다.
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