드럼브레이크의 응력 유한요소 해석-2

Ⅲ. 시뮬레이션

1. 시뮬레이션 방법

 

드럼에 작용하는 하중은 차량이 주행상태에 있을 때 발생한다. 이 때 주행상황에서의 실제 하중조건을 정확히 파악하는 일은 대단히 어렵다. 드럼 내측은 라이닝에 의해 접촉하고 있고 드럼에 가해지는 하중은 차량의 속도와 중량, 운전자의 운전습관 등에 따라 다양하게 변한다. 또한 앞서 말한 헤어크랙의 경우에도 열변형에도 많은 영향을 받기 때문에 이를 실험으로 복합적으로 판단하기 위해서는 유한요소해석이 적합하다고 판단한다. 시뮬레이션은 ANSYS STATICS STRUCTURE TOOL을 이용하여 유한요소법에 의거하여 실행한다. 드럼의 축대칭요소를 고려한 대칭조건에 의해 절단된 단면에 대하여 sysmetry 조건을 적용했다. 따라서 제동력 및 토크가 작용하는 경우 드럼의 1/2로 모델링을 하였다. 또한 제동력과 토크는 8절점요소(solid element 45)를 사용한다. 구속조건은 shaft와 volt가 체결되는 면(Fig.1의 구멍부분)에 구속을 잡아 주었다.

 

 

Fig.5 드럼브레이크 모델링 형상

 

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Fig.2에서 파워챔버(power chamber)에 공기압 10.19bar가 작용할 때 S-Cam이 슈의 롤러(roller)를 드럼 쪽으로 미는 최대 힘이 5810.69N이며, 제동력()은 2.63MPa이 된다. 이 경우 리딩 슈와 트레일링 슈에 같은 제동력을 가한다고 가정하였다. (=) 마찰력에 의해 발행하는 토크에 해당하는 반력(Fs)을 드럼과 라이닝과의 접촉면상에 원주방향으로 부여하였다. 이때 브레이크 팩터 1.5를 곱한 값으로 반력의 크기는 1.38MPa이다.

 

 

Fig.6 제동력과 토크 힘(반력) Fs

 

드럼이 소성영역까지 변형이 발생한다면 안정성에 문제가 발생하므로 드럼에 발생하는 응력이 재료의 항복강도 이하에서 발생하여야 한다. 따라서 3차원 탄성체 내에서 발생하는 3차원 탄성론을 사용한다. 먼저 3차원 탄성체에 외력이 작용하는 경우의 기초방정식은 다음과 같다.