NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ KẾT CẤU ĐĨA PHANH THEO PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM

Tóm tắt

Hệ thống phanh đĩa dùng ma sát để chuyển động năng của xe thành nhiệt, vì vậy đĩa phanh cần vừa chịu nhiệt tốt, vừa đảm bảo độ bền trong thời gian dài. Nghiên cứu này phân tích nhiệt sinh ra khi phanh trên ba vật liệu: gang xám, thép không gỉ và nhôm, sử dụng mô hình 3D và mô phỏng tính toán. Để tối ưu hóa thiết kế, công cụ tham số, thiết kế thử nghiệm được thực hiện và phân tích độ nhạy được áp dụng. Điều chỉnh các tham số thiết kế như độ dày đĩa, hình dạng cánh tản nhiệt và quán tính quay giúp đạt cấu hình đĩa tối ưu về nhiệt độ và khối lượng. Nghiên cứu xem xét các đường dẫn dẫn nhiệt, hiệu ứng đối lưu và bức xạ, nhằm hiểu rõ sự phân bố gradient nhiệt và ứng suất. Đánh giá có hệ thống xác định sự kết hợp vật liệu-hình học tốt nhất, cân bằng tính chất nhiệt- cơ học, tăng độ tin cậy và giảm chi phí bảo trì. Kết quả cho thấy thép hợp kim vượt trội về tản nhiệt và trọng lượng. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của vật liệu phù hợp cho hiệu suất phanh và độ tin cậy, cung cấp hướng dẫn cho kỹ sư và nhà sản xuất trong ngành ô tô.

Title

RESEARCH ON OPTIMIZING BRAKE DISC STRUCTURE BASED ON DESIGN OF EXPERIMENTS CONCEPT

Abstract

Disc brake systems utilize friction to convert a vehicle's kinetic energy into thermal energy, necessitating brake discs with high thermal resistance and long-term durability. This study investigates the heat generated during braking across three materials: gray cast iron, stainless steel, and aluminum, employing 3D modeling and computational simulations. For design optimization, parametric tools, design of experiments (DoE), and sensitivity analysis were implemented. Adjustments to design parameters, such as disc thickness, vane geometry, and rotational inertia, facilitated the attainment of optimal disc configurations concerning temperature regulation and mass reduction. The research considered conductive pathways within the rotor and convective and radiative effects to elucidate thermal gradient and stress distributions. A systematic evaluation identified the most promising material-geometry combination, balancing thermal and mechanical properties to enhance system reliability and minimize maintenance costs. The results highlighted the superior thermal dissipation and lower overall weight of 45 steel. This study emphasizes the significance of material selection for robust braking performance and mechanical reliability, providing valuable insights for engineers and manufacturers in the automotive industry.