Katmanlı fren balatasının statik ve dinamik yükleme koşullarında sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Investigation of layered brake pad by finite element method in static and dynamic loading conditions
Yazar: HAKAN ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA MURAT YAVUZ
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Dinamik sistemlerin çalışma koşullarının sağlanmasının yanında gerekli durumlarda güvenli bir şekilde yavaşlamalarını ve durdurulmalarını sağlayacak fren sistemleri gerekmektedir. Fren sistemleri çalışma koşulları sırasında yüksek termal ve mekanik gerilmelere kısa süre diliminde maruz kalmaktadır. Bu tezde fren ile balata etkileşiminin mekanik ve termal özellikleri sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Statik koşulun yanı sıra dinamik koşullar göz önünde bulundurulmuştur. Öncelikle sonlu elemanlar modelinin teorik olarak hassasiyeti incelenmiştir. Tez kapsamında her katmanında farklı malzeme olan 4 katmanlı dikdörtgen ve 2 katmanlı hilal geometrili balatalar modellenmiş ve 0 ile 599.98 dev/dk arasında değişken devirde dönmek olan demir diske 0.05 MPa, 0.1 MPa ve 0.2 MPa fren basınçlı balatalar temas ettirilmiştir. Ayrıca disk ile balata temas yüzeyinde bulunan sürtünme katsayısı 0.2, 0.25 ve 0.3 olacak şekilde değiştirilmiştir. Balata ve disk üzerinde belirlenen noktalardan sıcaklık ve Von-Mises gerilme değerleri alınmış ve yorumlanmıştır. Disk malzemesi olarak demir, balata malzemeleri olarak alüminyum 2014-T6, pirinç, bakır ve titanyum alaşım 4V tanımlanmıştır. Sonuçlara bakıldığında sürtünmeden dolayı yüksek ve düzensiz bir sıcaklığın oluştuğu görülmüştür. Balata yüzeyinin disk yüzeyinden daha sıcak olduğu belirlenmiştir. Artan frenlenme basıncı ile sürtünme katsayısı gerilme ve sıcaklıkları baskın şekilde artırmaktadır. 0.3 sürtünme katsayısı sonuçlarında termal dengesizlik belirlenmiştir. Temas katmanı haricinde balatanın diğer katmanlarında sıcaklık etkin olmamıştır. Bakır-alüminyum katmanlı malzeme hem balata hem disk gerilmeleri göz önünde bulundurulduğunda en uygun olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In addition to ensuring the operating conditions of dynamic systems, braking systems are required to ensure that they slow down and stop safely when necessary. Brake systems are exposed to high thermal and mechanical stresses in a short period of time during working conditions. In this thesis, mechanical and thermal properties of brake and disc interaction have been examined by using finite element method. In addition to the static condition, dynamic conditions were taken into consideration. Firstly, sensitivity of finite element model was examined. Within the scope of the thesis, 4 layered rectangular and 2 layered crescent brakes with different materials in each layer are modeled and 0.05 MPa, 0.1 MPa and 0.2 MPa braking pressure is applied to brake pad for contact with the iron disc, which is rotating at a variable speed between 0 and 599.98 rpm. Also, the friction coefficient on the disc and pad contact surface was changed to be 0.2, 0.25 and 0.3. Temperature and Von-Mises stress values were taken from the points determined on pad and disc and interpreted. Iron material is defined as disc material, aluminum 2014-T6, brass, copper and titanium alloy 4V are defined as pad. Considering the results, it was observed that a high and irregular temperature was formed due to friction. pad surface is hotter than disk surface. Increasing braking pressure and coefficient of friction predominantly increase stress and temperatures. Thermal imbalance was determined in the results of 0.3 friction coefficient. Except for the contact layer, the temperature was not effective in the other layers of the pad. Copper-aluminum layered material has been determined as the most suitable considering both pad and disc stresses.