제동디스크의 코팅 두께에 따른 열응력 2D 해석 모델 연구 (A Study on the 2D Analysis Model of Thermal Stress by Coating Thickness of Brake Disc)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 23권 / 12호 / 934 ~ 942페이지
· 저자명 : 전지훈, 이호용, 김민수

초록

일반적으로 제동시스템의 특징은 마찰재와 제동디스크 사이의 마찰 작용에 의해 제동력이 발생되는 구조이다. 이때 제동작용으로 인해 마모가 발생하고 이는 최근에 이슈가 되고 있는 미세먼지의 발생 원인이 된다. 이때 발생하는 미세먼지 저감을 위한 국내외에서는 친환경적인 연구가 활발하게 진행되고 있다. 미세먼지를 저감하기 위해서는 제동디스크의 표면에 다양한 방법으로 코팅층을 형성하여 마모량을 줄이고 제동 성능을 유지할 수 있도록 설계해야 한다. 하지만, 마찰로 인해 높은 열이 발생되고 이로 인해 제동디스크 표면에 열이 축적되어 높은 열응력을 생성한다. 또한 코팅층과 모재부 그리고 두층을 접합시켜주는 본드층의 열팽창률 차이로 인해 더 높은 열응력이 발생되고, 열응력은 제동디스크 균열에 큰 영향을 미치기 때문에 열응력을 최소화하는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 열-구조 연계해석을 통해 제동디스크의 코팅표면에서 코팅층 및 본드층의 두께에 따른 열응력 해석결과를 도출하고 코팅 두께와 열응력과의 상관관계를 분석하였다. 다양한 두께를 갖는 코팅층, 본드층 및 모재부와 각층을 구성하는 재료들의 상관관계를 분석하고, 정밀한 모델링과 유사하면서 해석시간을 절약할 수 있는 미세구조의 2D 해석 모델을 제안하였으며, 제동시험 데이터를 기준으로 온도 조건을 부여하여 각 층의 열응력을 도출하였다. 또한 결과 분석을 통해 코팅층 및 본드층 각각의 두께가 증가함에 따라 열응력이 변화하는 상관관계를 해석하고 최적화를 위한 모델을 제시하고자 하였다.

영어초록

A braking system is a structure in which a braking force is generated by friction between friction material and a braking disc. Wear occurs due to braking action, which causes the occurrence of fine dust, which has recently become an issue. Eco-friendly research is being actively conducted domestically and abroad to reduce fine dust. In order to reduce fine dust, a coating layer should be formed on the surface of the braking disc in various ways to reduce wear and maintain braking performance. However, high heat is generated due to friction, and as a result, heat is accumulated on the surface of the braking disc, thereby generating high thermal stress. Research is needed to minimize thermal stress because the difference in the thermal expansion rate between the coated layer, the base material part, and the bond layer that bonds the two layers generates higher thermal stress, which greatly affects the braking disc. Therefore, in this study, the thermal stress according to the thickness of the coating layer and bond layer was derived from the coating surface of a braking disc through thermal-structure linkage analysis. The correlation between the coating thickness and thermal stress was analyzed. A micro-structured 2D analysis model is proposed to correlate the coating layer, bonding layer, base material parts, and materials with various thicknesses and to save analysis time. The thermal stress of each layer was derived based on braking test data. Using the analysis of the results, a model for optimization was obtained.

참고자료

· 없음