This paper presents the results of thermoelastic wear behaviors in ventilated disk brakes for a high-speed automotive and train using the finite element method. The computed results show that the sinusoidal distortions due to non-uniform distributions of temperature profiles may lead to thermoelastic wears on the rubbing surface. This may decrease the service life of a disk brake and produce micro-cracks, noise and squeals between two rubbing surfaces.
Kim, B.S.;Kim, H.Y.;Kim, K.W.;Son, Y.K.;Lee, D.G.;Park, K.H.
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06a
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pp.764-769
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2001
Brake-induced vibrations of a vehicle such as brake judder are determined by the excitation of brake torque variations and by their transfer to the driver's contact points via suspension, body and steering system. The formation of brake torque variation is mainly determined by static and dynamic disk thickness variations. The vibration transfer from the excitation by brake torque variation to the perception by the driver depends on the kinematic and dynamic behaviour of the components in the transfer path. Optimization of the judder performance can be achieved either by minimizing the excitation or by reduction of the judder sensitivity of the vehicle. In this paper, the optimization process of a front rotor is suggested to reduce brake judder considering the cooling performance of the rotor, the judder sensitivity of the vehicle and durability of the rotor.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.4
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pp.199-205
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2002
This paper presents a numerical technique to analyze wear life of automotive disk brake pad, where FFT-FEM method is adopted to determine the transient temperature distribution of the disk surface. A specimen ova frictional material is tested on a small scale brake dynamometer to find the dependency of the wear rate on temperature change, from which and the temperature analysis results, given the wear test mode, wear behavior of the pad material fur the vehicle can be predicted. Numerical examples show the predicted wear life of the vehicle coincides with the manufacture's recommended time interval for replacing the pads.
The strength test was done for the Carbon/Carbon rotor disk which is the critical part of a carbon/carbon brake system in an operating time. The loading fixture was designed for the static strength test of a single carbon/carbon brake disk using finite element analysis. To simulate the real dynamic system in a static condition, the friction surface of the rotor disk was fixed and static load was applied to the rotor slot in the circumferential direction. The described failure mechanism of the brake disk can be described as matrix cracking occurred first at the contact surface of the rotor slot, subsequent delamination from the cracked contact surface, and the final fracture at the notch of the rotor.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.229-230
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2002
This paper presents the hot spot behaviors on the rubbing surface of ventilated disk brake by using finite element method. The depth of asperities on the rubbing surface is usually $2-3\;{\mu}m$ so the real contact area is microscopically. Non-uniform contacts between the disk and the pads lead to high local temperatures, which may cause the material degradation, and develops hot spots, thermal cracking, and brake system failures at the end. High contact asperity flash temperatures in rubbing systems, which is strongly related to the hot spot. It was generally known that high temperature over about $700^{\circ}C$ may form martensite on the cast iron which is material for automotive disk brakes. In this paper, the contact stress, temperature distribution and strain have been presented for the specific asperities of real contact area microscopically by using coupled thermal-mechanical analysis technique.
This paper presents hot spot behaviors on the rubbing surface of disk-pad type brake by using coupled thermal-mechanical analysis technique. The height of micro-asperity on the rubbing surface is usually 2∼3 ${\mu}$m in practical disk brakes. Non-uniform micro-contacts between the disk and the rigid friction pads lead to high local temperature distributions, which may cause the material degradation, and develop hot spots, thermal cracks, and brake system failure at the end for a braking period. The friction temperatures on the rubbing surface of disk brakes in which are strongly related to the hot spot and thermal related wears are rapidly concentrated on the micro-contact asperities during braking. The computed FEM results show that the contact stress, friction induced temperature and thermal strain are highly concentrated on the rubbing micro-contact asperities even though the braking speed and force are small during the braking period. This hot spot may directly produce the slippage and various thermal wears on the brake-rubbing surface.
The inter-laboratory comparison test which is demanded on the authorized test of ISO/IEC 17025 is the program to guarantee the confidence of test result. This paper, as a part of the inter-laboratory comparison test between South Korea and China, is refered to the characteristic of friction coefficient of disk brake lining for rolling stock according to disk type. Brake tests were carried out under constant brake force and operating sequence by using dynamo-tester according to disk and disk lining types. To establishing the confidence of test result, we calculated A type uncertainty about friction coefficient and investigated the factors about the variation of friction coefficient.
This paper presents the thermo-elastic analysis for searching the behavior of carbon/carbon brake system during the braking period and the 3-D stress analysis to find the shape of the brake disk which is safe to the failure. The mechanical properties of the carbon/carbon brake disk were measured for both in-plane and out of plane directions. The mechanical properties were used as the input of the thermo-elastic analysis and 3-dimensional stress analysis for the brake disk. The gap between rotor clip and clip retainer is an important parameter in the loading transfer mechanism of the rotor disk. The change of gap was considered both the mechanical deformation and thermal deformation. Because the rotor clip and clip retainers were not contacted, they were excluded from the analysis model. Rotor disk was modeled by using the cyclic symmetry condition. The contact problems between rotor clip and key drum as well as between rotor disk and rotor were considered. From the results of the 3-D stress analysis, the stress concentration at the key hole of the brake disk was confirmed. The stress distributions were studied thor the variation of the rotation angle of the contact surface and the radius of curvature at the key hole part.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.6
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pp.45-51
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2005
Braking performance of a vehicle can be significantly affected by the temperature increment in the brake system. Therefore, the important problem in brake system is to reduce the thermal effect by friction heat. Recently, many studies have been performed and good results have been reported on the prediction of the brake disk temperature. However, the study on the pad, piston and brake fluid temperature is rarely found despite of its importance. In this study, the temperature distribution of the disc brake system is studied according to the material properties of brake piston. Vehicle deceleration, weight distribution by deceleration, disc-pad heat division and the cooling of brake components are considered in the analysis of heat transfer. Unsteady state temperature distributions are analyzed by using the finite element method and the numerical results are compared with the experimental data.
This paper analyzes the thermal behaviors of genuine discs used in automobiles and discs coming out of tuning products through FEM analysis. Modeling with genuine disk modeling and tuning disks Model-1, Model-2, Model-3 and analyzing the disk rotation speed was set to 1000rpm. When the brake is operated, the thermal behavior of the disk surface, such as the operating temperature caused by the disk and pad contact, the friction surface temperature after the disk stop, and the thermal deformation, were analyzed. When the brake was activated (0-4.5 seconds), the tuning disk showed 34℃ higher than the original disk, and after the disk stopped (40.5 seconds), the tuning disk was analyzed 18℃ lowe, deformation due to the disk heat was deformed by 0.3mm for the tuning disk. Although there is an effect to reduce the fading phenomenon due to the thermal behavior of the pure disk and the tuning disk, it can be observed that there is no significant change in the thermal behavior due to the hole processing and the disk surface processing of the tuning disk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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