ETUDE THERMOMECANICAL STUDY OF DISKS BRAKES Application of computer Code ANSYS v11.0
THERMOMECANIQUE DES DISQUES DE FREIN Application du Code de Calcul ANSYS v11.0
Résumé
The object of this thesis is to present a study of thermomechanical behavior of the automobile discs brake for the prediction of their resistance to fatigue. The numerical strategy of calculation is rests on computer code Ansys v. 11. This last which is based on the finite element method and which has management algorithms frictional contact is used to simulate in the braking application, the behavior of mechanism in spite of its complexity. At first, presented an analysis of thermal phenomena operating in a disk brake on (heat flux generated by friction, high thermal gradients, temperature rise).This modeling is carried out by holding account the influence of certain number parameters such as the type of braking, cooling mode, materials designs. Then, a study of purely mechanical dry contact between the disc and pads is developed with a good prediction becomes a major stake for the industrialists while modeling the loading and the boundary conditions around the disc .We used the same computer code to visualize displacements, total deformations in the disc, shear stresses, Von Mises stresses and, the tools of contact pads while carrying out a parametric study such as (Young's modulus pads, coefficient of friction, loading type, rotational speed of the disc..) to see its sensitivity on the calculation results. Thus, the analyzes done on the thermal and mechanical behavior of these prototypes that show that these types of technological solutions represent real areas for improvement that meets the need of the engineer in charge of the design of the brake discs.
L'objet de cette thèse est de présenter une étude du comportement thermomécanique des disques de frein automobiles pour la prédiction de leur tenue en fatigue. La stratégie de calcul numérique est repose sur le code de calcul Ansys v.11. Ce dernier qui est basé sur la méthode des éléments finis et qui possède des algorithmes de gestion du contact avec frottement est utilisé pour simuler dans l'application du freinage le comportement du mécanisme malgré son complexité. Dans un premier temps, est présentée une analyse des phénomènes thermiques opérant dans un disque de frein en service (flux de chaleur généré par frottement, gradients thermiques élevés, élévation de température). Cette modélisation est effectuée en tenant compte l'influence d'un certains nombre de paramètre tel que le type de freinage, le mode de refroidissement, les matériaux de conceptions. Ensuite, une étude purement mécanique du contact sec entre le disque et plaquettes est développée avec une bonne prédiction devient un enjeu majeur pour les industriels tout en modélisant le chargement et les conditions aux limites autours du disque. Nous avons utilisé le même code de calcul pour visualiser les déplacements, les déformations globales dans le disque, les contraintes de cisaillement, les contraintes de Von Mises et les outils de contact des plaquettes tout en effectuant une étude paramétrique telle que ( le module de Young des plaquettes, le coefficient de frottement , le type de chargement , la vitesse de rotation du disque ,..) pour voir sa sensibilité sur les résultats de calcul. Ainsi, les analyses faites sur le comportement thermique et mécanique que de ces prototypes montrent que ces types de solutions technologiques représentent de réelles pistes d'amélioration qui répond au besoin de l'ingénieur en charge de la conception des disques de frein.
Mots clés
Drying contact
Finite element method (FEM)
Ventilated disc brake
Plain disc brake
Gray cast iron
Pads
Caliper
Transient analysis
Heat transfer coefficient
Parametric study
Thermal stress
Heat flux
Mesh
Friction
Mechanical loading
Boundary conditions
Total distortion
Stress equivalent of Von Mises
Shear stress
Deformation
Contact pressure distribution
Crack
Wear
Ansys 11.0
Contact sec
Méthode des éléments finis (MEF)
disque de frein ventilé
Disque de frein plein
Fonte Grise
Plaquettes
Etrier
Analyse transitoire
Coefficient de transfert thermique
CFX
Etude paramétrique
Contraintes thermiques
Flux de chaleur
Température
Maillage
Frottement
Chargement mécanique
Conditions aux limites
Déformée totale
Contraintes équivalentes de Von Mises
Contraintes de cisaillement
Déformations
Distribution de pression de contact
Fissure
Usure
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