Optimum cross-sectional shape of an automotive disc brake was developed based on FEM thermal analyses and the Taguchi method. Frictional heat flux and convection heat transfer coefficients were first calculated using equations and applied to the disc to calculate accurate temperature distribution and thermal deformations under realistic braking conditions. Maximum stress was generated in an area with highest temperature under pads and near the hat of ventilated disc and vanes. The SN ratio from Taguchi method and MINITAB was applied to obtain the optimum cross-sectional design of a disc brake on the basis of thermal deformations. The optimum cross-section of a disc can reduce thermal deformation by 15.2 % compared to the initial design.
Disc brakes and brake linings are part of the braking system in automobiles; this system works due to the braking power between the disc and pad. Vehicle braking systems have complex environments due to the geometry of the disk and pad, the material properties, the braking conditions, etc. Braking energy is converted into thermal energy during the braking process, due to the frictional heat between the disc brake and pad. This heat is changed to a heat flux, which affects the thermal stress of the disc. The purpose of this study was to use the fluid dynamics software ANSYS CFX to investigate the inner flow characteristics of the air and the heat transfer of the disc, and to analyze the effects on the thermal stress of the disc brake.
The transient thermoelastic analysis of automotive disk brakes with frictional contact is performed by using the finite element method. To analyze the thermoelastic behaviors occurring in disk brakes, the coupled heat conduction and elastic equations are solved. The fully implicit transient scheme is used to improve the computation accuracy at every time step. The numerical results of the thermoelastic behaviors are obtained during the repeated braking condition. The computational results show that the thermoelastic instability(TEI) phenomenon(the growth of non-uniformities in contact pressure) occurs in disk brakes. Also, the effect of material properties on the thermoelastic behaviors is investigated to facilitate the conceptual design of the brake system.
$500{\mu}m$의 수력직경을 가진 마이크로 채널에서 유동 비등 시 물에 대한 마찰 압력 강하를 측정하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 열 유속 $100-400kW/m^2$, 증기건도 0-0.2 그리고 질량 유속 $200-600kg/m^2s$의 범위에서 이루어졌다. 유동 비등 시 마찰 압력 강하는 두 가지 모델을 사용하여 예측된다. 즉, 두 상의 속도가 동일하다고 가정한 균질 모델과 두 상 사이에 서로 다른 속도를 가지는 분리류 모델로 분류된다. 실험결과 이상 마찰 승수는 질량 유속이 증가함에 따라 감소한다는 것을 알 수 있었다. 측정된 압력 강하 데이터는 매크로 스케일과 미니/마이크로 스케일에서 제안된 기존의 여러 상관식들과 비교하였다. 균질 모델은 본 연구에서 고려한 실험 조건에서 29.4 %의 평균 오차내에서 마찰 압력 강하를 예측하였다.
One of the greatest dangers in mechanical face seals is the formation of heat checking and thermal stress cracks on the sliding surfaces. These thermal distortions due to non-uniform heating lead to increase the leakage of the sealed fluids and wear, and with balance of the seal can cause the seal faces to part. In this study heat checking and thermal stress cracks are investigated experimentally. These thermal distortions are explained using the thermal models of the conatct geometries between the seal ring and the seal seat. To overcome these thermal problems, the thermohydrodynamic seal is presented. The newly developed mechanical seal may substantially reduce the friction torque, frictional heating which causes heat checking and thermal stress cracks, and wear.
The gear was made of SNC815 case-carburized, quench hardened and tempered steel. The gears were failed far earlier than the expected service life used in the industrial site. Causes of the failed gear were analyzed by microstructure observation. By the SEM and micro structure examinations, the damaged surfaces had been weared and failed by fatigue. Through microscope observation on the damaged surface, it was found that the cause of failure was determined by external overloading and the initial stage of the damage was closely related to complex contact fatigue failure. The overload and contact fatigue contributed to the early failure cause.
Numerical simulation is conducted to clarify the heat transfer and fluid flow characteristics of brake shoe for freight car. High order up-wind scheme for governing equations, k-epsilon turbulent model and SIMPLEC algorithm based on finite volume method are used to solve the physical shoe model. The governing equations are solved by TDMA(Tri-Diagonal Matrix Algorithm) with line-by-line method and block correction. From the results of simulation, the characteristics of cooling pattern is strongly affected by the velocity of train and the material of shoe. The face lift of shoe affects on the temperature distribution of rear surface of shoe as well as the front surface of that. Due to the grooves in shoe, it will be expected to cool the frictional heat and result in the reduction of maintenance efforts.
Prediction method for heat transfer coefficients in a horizontal smooth tube with forced convection condensation is proposed. In this paper, the analogy between momentum and heat transfer was applied to an annular flow regime and the logarithmic velocity distribution is applied to describe the velocity profile within the liquid film. Prediction results are compared with those of experimental ones. The test refrigerants are R113, R22, R134a, R407C(R33/R125/R134a, 23/25/52 wt%), R410A(R32/R125, 50/50 wt%) and R134a+R123(R134a/R123, 85.5/14.5 wt%) which are used under operating conditions in a condenser of air-conditioner. The proposed prediction method shows good agreement with experimental data within$\pm 30%$ for pure refrigerants. For the mixture refrigerants including the ternary mixture refrigerant R407C, condensation heat transfer from this study are higher than those from experiments. By correcting the constant in two-phase frictional multiplier, the predicated heat transfer coefficients become similar to the experimental results.
Experimental and numerical analysis on the heat transfer behaviors and the associated frictional loss in a rectangular channel with two inclined perforated baffles($\;5^{\circ}$) mounted on the bottom plate has been systematically performed. The parametric effects of perforated baffles (3, 6, 9 holes) and flow Reynolds number on heat transfer characteristics of the heated target surface are explored. A combination of two baffles of same overall size was considered and the flow Reynolds number for this study is varied between 28,900 and 61,800. Comparisons of the experimental data with the numerical results by commercial code CFX 5.7 are made. As for the investigation of heat transfer behaviors on local Nusselt number with the two baffles installed at $x/D_h=0.8\;and\;x/D_h=8.0$, it is evident that there exist an optimum perforation density to maximize heat transfer coefficients; i.e., the maximum Nusselt number decreases with increasing number of holes.
The aluminum alloy which is light and has excellent thermal conductivity and iron base alloy that is remarkable heat-resistece and wear resistence properties were bonded together. The bond was created between a stationary and a rotating member by using the frictional heat generated between them while subjected to high normal forces on the interface of Al alloy and iron base alloy. The microstructure of the bonded interface of friction welding and the strength in the bonded interface formed under various bonding conditions were examined through TEM, SEM with EDX and triple bending test. In interface of bonding materials formed after various heat treatment, bonding strength was substantially different, resulting from formation of intermetallic compound or softening during annealing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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