Fren balata sisteminde sürtünme sonucu oluşan ısı transferi ve termal gerilme analizi

Hareket halindeki taşıt kinetik enerjiye sahiptir. Taşıt hızının azaltılabilmesi için sahip olduğu kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesi gereklidir. Bu ısı enerjisi Fren balatalarının aşırı sıcaklıklara maruz kalmalarına neden olmaktadır. Balataların frenleme etkinlikleri zamanla azalmaktadır ve bazı problemler (frenlerin performansındaki azalma, hatalı çalışma, hızlı balata aşınması ve ses) ortaya cıkar.Bu çalışmada 4 farklı kalınlıkta, 12 farklı balata malzemesi 300 s süresince sürekli olarak frenlenme işlemine tabi tutulmuş, meydana gelen sıcaklık dağılımları ve gerilme durumları ABAQUS paket programı kullanılarak sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir.Balataya etki eden ısıl güç balata merkezinden uzaklığa bağlı olarak değiştiğinden balatanın dış kısımlarına doğru daha büyük sıcaklık değerleri elde edilmektedir. En büyük sıcaklık değerleri balatanın diske temas ettiği yüzeyde meydana gelmektedir. Malzemenin ısıl iletkenlik katsayısı ile özgül ısısı ve yoğunluğu arasında ters orantı olduğu bulunmuştur.Gerilmelerin en büyük oluştuğu bölgeler balatanın tutucu yüzeyindeki köşe kısımlarında ve balatanın orta kanal kısmında yer almaktadır. Isıl genleşme katsayısı ve elastise modülü büyük olan bir balatanın gerilme değeri de büyük olmaktadır. Gerilmenin zamanla değişimi ısıl ve mekanik özellikler yanında balata kalınlığı ile ilgili olduğu bulunmuştur.Aşınma miktarı arttıkça balata yüzeyinde oluşan sıcaklık değeri, sıcaklık farkı ve gerilme miktarı artmaktadır. Bu durum balatanın ömrünün doğrusal olarak değil, aşınma miktarının artmasına bağlı olarak hızlanan bir şekilde tükendiğini göstermektedir.