Utafiti huu unachunguza athari ya kujiongezea nguvu inayozalishwa na jiometri ya kabari katika breki za diski za kaboni-kaboni (C/C) zinazotumiwa katika magari ya mashindano yenye utendaji wa juu, na jinsi athari hiyo inavyojitokeza katika utendaji wa kimitambo na wa joto wa breki. Watafiti kwanza wanatoa kwa uchanganuzi mgawo wa kuongeza nguvu wa mfumo wa breki kutoka kwenye usawaziko wa nguvu wa pedi ya breki yenye umbo la kabari; kisha wanarekebisha modeli ya termoelastiki ya mbinu ya ujazo wenye kikomo (FVM) inayotegemea Dymola/Modelica, ambayo hapo awali ilitengenezwa kwa breki za kawaida za mashindano za C/C, ili itumike kwa kalipa zenye tegemeo la kabari. Modeli inajaribiwa kwa kutumia torque ya breki na halijoto ya uso wa diski katika majaribio ya dynamometer ya ukubwa kamili ya kalipa halisi zenye pembe tofauti za kabari. Matokeo yanaonyesha kwamba pembe kubwa za kabari zinaweza, hasa katika hali za torque ndogo, kutoa ongezeko kubwa la nguvu ya breki kwa kutumia nguvu ndogo ya majimaji; hata hivyo, kadiri shinikizo la mgusano linavyoongezeka, kupungua kwa mgawo halisi wa msuguano wa jozi ya diski-pedi ya C/C kunapunguza sehemu ya ongezeko la kinadharia. Viashiria vilivyosawazishwa vya kosa katika utabiri wa torque ya kilele ya breki kwa modeli vilibaki chini ya %5 katika hali nyingi zilizojaribiwa, huku kikomo muhimu cha utafiti kikiwa kwamba mabadiliko ya tribolojia yenye mienendo yanayotegemea historia ya mizunguko katika msuguano wa C/C hayawezi kuwakilishwa kikamilifu na sheria ya sasa ya msuguano wa eneo.

Thamani ya utafiti huu kwa mtazamo wa Uturuki haiko katika kuhamisha moja kwa moja kalipa ya Formula 1 hadi gari la ndani, bali katika kuonyesha kwamba katika ubunifu wa breki za utendaji wa juu, majaribio ya kimajaribio yanaweza kutumiwa pamoja na modeli ya nambari yenye gharama ndogo ya kihesabu. Ikitumika katika gari la mashindano, mfumo wa breki wa magari yenye utendaji wa juu au mradi wa ukuzaji wa breki za C/C nchini Uturuki, jiometri ya kalipa, nyenzo ya pedi, tabia ya msuguano, hali za kupooza na mizunguko ya majaribio lazima zibainishwe upya kwa mfumo husika. Matokeo ya utafiti hayapaswi kuhamishwa moja kwa moja kwenye mfumo mwingine wa breki kama vigezo vya nambari vya usanifu.

Swali kuu la utafiti ni lipi?

Swali kuu la utafiti ni kama ongezeko la nguvu ya breki linalozalishwa na jiometri ya kabari inayojiongezea nguvu katika breki za mashindano za C/C linaweza kutabiriwa kwa modeli ambayo ni ya haraka vya kutosha lakini bado ya kuaminika kwa upande wa kimitambo na wa joto. Watafiti wanaipanua modeli ya termoelastiki ya ujazo wenye kikomo iliyotengenezwa awali kwa kalipa za kawaida ili ijumuishe utaratibu maalum wa uhamishaji wa mzigo wa kalipa zenye tegemeo la kabari.

Ingawa fasihi ina breki za kabari za kielektroniki, mifumo ya kabari ya majimaji na miundo mbalimbali ya breki zinazojiongezea nguvu, watafiti wanasema hawakupata utafiti unaolenga moja kwa moja uundaji wa modeli ya termoelastiki ya breki za C/C za majimaji zinazojiongezea nguvu zinazotumiwa katika magari ya mashindano. Mchango wa asili wa utafiti umefafanuliwa kama matumizi ya mbinu ya FVM ya mpangilio uliopunguzwa, iliyounganishwa na sheria ya mgawo wa msuguano wa eneo, kwa breki za C/C za utendaji wa juu zenye tegemeo la kabari.

Mzigo wa kihesabu ni mojawapo ya motisha muhimu za mbinu hii. Utafiti unaripoti kwamba kwa modeli inayopendekezwa, muda wa uigaji wakati wa breki ni takribani dakika 20/kila sekunde iliyosimuliwa; ilhali kwa mbinu iliyounganishwa ya termoelastiki ya FEM iliyotumika kwa kulinganisha, katika hali za maunzi zilizotajwa, inahitajika takribani saa 20/kila sekunde iliyosimuliwa. Hali za maunzi katika ulinganisho huo miwili si sawa kabisa; kwa hiyo thamani hizi zinapaswa kutathminiwa si kama uwiano wa kasi wa ulimwengu wote, bali kama ulinganisho wa gharama ya kihesabu uliotolewa na utafiti.

Utaratibu wa kabari unaongezaje nguvu ya breki?

Katika kalipa ya kawaida ya breki ya diski, nguvu ya tangentiali inayotokana na pedi kuvutwa na diski huhamishwa kwenye uso wa tegemeo la pedi wa kalipa. Katika muundo unaojiongezea nguvu, uso huu wa tegemeo hauko wima kwa ndege ya diski, bali una pembe ya kabari. Nguvu ya tangentiali inayotokana na msuguano kati ya diski na pedi hivyo huzalisha kwenye uso wa kabari sehemu ya ziada ya nguvu ya mhimili kuelekea diski. Sehemu hii huongezwa kwenye nguvu ya kubana ya majimaji inayotolewa na pistoni.

Katika utafiti, uwiano wa nguvu ya breki kwa pedi moja dhidi ya nguvu ya majimaji inayotolewa na pistoni umefafanuliwa kama mgawo wa ongezeko \( \mu_g \):

\[ \mu_g = \frac{F_b}{F_{z,pist}} = \mu \frac{ \cos\beta+\mu_w\sin\beta-\mu_p\sin\beta+\mu_w\mu_p\cos\beta }{ \cos\beta+\mu_w\sin\beta-\mu\sin\beta+\mu\mu_w\cos\beta } \]

Hapa \(F_b\) ni nguvu ya tangentiali ya breki kwa kila pedi, \(F_{z,pist}\) ni jumla ya nguvu ya majimaji inayotolewa na pistoni kwenye pedi, \(\mu\) ni mgawo wa wastani wa msuguano halisi kati ya diski na pedi, \(\mu_w\) ni msuguano wa uso wa kabari wa pedi-kalipa, \(\mu_p\) ni msuguano wa pedi-pistoni, na \(\beta\) ni pembe ya kabari.

Mgawo wa ongezeko pia ulihesabiwa kutoka kwenye vipimo vya dynamometer kwa uhusiano ufuatao:

\[ \mu_g = \frac{BT} {2p_{hydr}A_{pist}R_{eff}} \]

Hapa \(BT\) ni torque ya breki, \(p_{hydr}\) ni shinikizo la majimaji, \(A_{pist}\) ni jumla ya eneo la pistoni linalokabili kiowevu cha breki upande mmoja wa kalipa, na \(R_{eff}\) ni radiusi halisi ya kalipa.

Katika hali maalum ambapo msuguano kwenye kiolesura cha pedi-kalipa na pedi-pistoni unapuuzwa, uhusiano hubadilika kuwa umbo rahisi zaidi:

\[ \mu_g = \mu \frac{\tan\alpha} {\tan\alpha-\mu} \]

na kikomo cha kinadharia cha uthabiti kinaelezwa kama:

\[ \alpha = \arctan(\mu) \]

Kwa pembe za kabari \(0^\circ\)–\(40^\circ\) na safu ya mgawo wa msuguano wa diski-pedi \(0,2\)–\(0,7\) zilizochunguzwa katika utafiti, hesabu za uchanganuzi zinaonyesha mifumo iko mbali na eneo la kujifunga yenyewe. Kwa mfano, kwa \(\mu=0,7\), katika mkabala wa tahadhari zaidi, kikomo cha uthabiti kwa \(\beta\) kilihesabiwa kuwa takribani \(55^\circ\), wakati pembe kubwa zaidi iliyochunguzwa katika utafiti ni \(40^\circ\).

Kwa nini pembe kubwa ya kabari inaweza kuruhusu pistoni ndogo?

Wakati lengo ni kuzalisha torque ileile ya breki kwa shinikizo lilelile la majimaji na radiusi ileile halisi, utafiti umetumia uhusiano ufuatao wa usanifu:

\[ \mu_{g,1}A_{pist,1} = \mu_{g,2}A_{pist,2} \]

Kwa hiyo, \(\mu_g\) inapoongezeka kutokana na athari ya kabari, jumla ya eneo la pistoni linalohitajika linaweza kupunguzwa. Katika mfano wa uchanganuzi uliotolewa na watafiti, kwa \(\mu=0,45\), \(\beta_1=0^\circ\) na \(\beta_2=20^\circ\):

\[ \frac{A_{pist,2}}{A_{pist,1}} \simeq 0,878 \]

ilipatikana, na matokeo haya yalilingana na takribani %12 pungufu ya jumla ya eneo la pistoni. Lengo si kupata tu nguvu ndogo ya majimaji; kupunguza uzito wa mfumo wa breki kwa kutumia pistoni ndogo au chache pia ni mojawapo ya malengo ya usanifu.

Sifa gani za nyenzo ya breki ya C/C zimetumiwa katika utafiti?

Katika kompoziti ya kaboni-kaboni inayotumiwa kwenye diski na pedi, matriksi pamoja na nyuzi za kuimarisha zote ni kaboni. Utafiti umetegemea nyenzo za C/C za Brembo zilizopatikana kwa mbinu ya utengenezaji ya uingizaji wa mvuke wa kemikali (chemical vapor infiltration, CVI).

Kufafanuliwa kwa nyenzo kwa moduli tofauti za unyumbufu katika mwelekeo wa rθ na z kunaonyesha kuwa tabia ya orthotropiki ya kompoziti ya C/C imezingatiwa katika modeli.

Modeli ya termoelastiki inafanyaje kazi?

Modeli ilitengenezwa katika mazingira ya Dymola kwa kutumia lugha ya Modelica inayolenga vitu. Diski na pedi ziligawanywa kwa mbinu ya ujazo wenye kikomo ya pande tatu. Badala ya kutatua moja kwa moja mapengo na maumbo changamano katika jiometri halisi za diski na pedi kwa mesh yenye msongamano mkubwa sana, uwiano wa ujazo na uso wa sehemu ngumu/tupu uliopatikana kutoka kwenye modeli za CAD ulitumiwa kuipa kila elementi ya ujazo wenye kikomo sifa sawa za joto na kimitambo.

Modeli ya diski hutumia elementi 3 katika mwelekeo wa radiali, 15 katika mwelekeo wa mzunguko na 8 katika mwelekeo wa mhimili; modeli ya pedi hutumia, mtawalia, elementi 3, 9 na 5. Katika eneo la mgusano kati ya diski na pedi, mesh ya mwelekeo wa mzunguko imebanwa zaidi, na katika mwelekeo wa mhimili pia imefanywa finyu ili kunasa gradienti kubwa za halijoto katika unene. Muundo huu una takribani 2 × 10⁵ milinganyo na visivyojulikana.

Usawaziko wa nishati katika elementi za ujazo wenye kikomo unajumuisha upitishaji kutoka kwa elementi jirani, convection kwenda mazingira, mionzi na uhifadhi wa nishati ya joto. Nguvu za kimitambo huhesabiwa kwa mahusiano ya orthotropiki ya stress-strain na athari ya upanuzi wa joto. Mbali na diski na pedi, pistoni, kalipa na kengele ya diski huwakilishwa kama mass zilizokusanywa.

Mgusano kati ya pedi na kalipa huundwa kwa mbinu ya penalty-contact katika maeneo yaliyobainishwa na mtumiaji. Katika kubadilisha kwenda breki zenye tegemeo la kabari, mabadiliko makuu ni kufafanua upya sharti la mpaka la mgusano wa kalipa upande wa kutoka kwa pedi kutoka kwenye diski ili kuzingatia sehemu ya nguvu ya mhimili inayotokea kwenye uso wa kabari.

Kwa nini msuguano wa eneo ni muhimu?

Modeli haipei kiolesura cha diski-pedi mgawo mmoja tu wa kudumu wa msuguano. Kwa kila elementi ya mgusano, mgawo wa msuguano wa eneo huhesabiwa kwa kutumia shinikizo la eneo \(p_l\), halijoto \(T_l\) na kasi ya kuteleza \(v_l\):

\[ \mu_l = \mu_l(p_l,T_l,v_l) = \sum_{i=1}^{n} d_i f_i(p_l,T_l,v_l) \]

Kulingana na uchunguzi wa kimajaribio, awamu ya kuundwa kwa msuguano katika takribani sekunde 0,1–0,15 za mwanzo za breki na awamu ya kurekebisha na kuachia shinikizo hushughulikiwa kwa uundaji tofauti, huku mpito ukitekelezwa kwa kazi ya aina ya sigmoid.

Mojawapo ya sifa kuu za sheria ya msuguano katika modeli ni kwamba kadiri shinikizo la mgusano wa eneo linavyoongezeka, mgawo wa msuguano wa eneo unaweza kupungua kwa namna isiyo ya mstari. Sifa hii ni muhimu katika kuelewa kwa nini kalipa zenye pembe kubwa ya kabari zinaweza kuonyesha ongezeko la nguvu lililo pungufu kuliko lililotarajiwa katika mizigo mikubwa.

Uthibitishaji wa kimajaribio ulifanywaje?

Mifumo ya breki ilijaribiwa kwenye dynamometer ya ukubwa kamili ya TecSA TC 225. Dynamometer ina motor ya umeme yenye nguvu ya 450 kW na kasi ya juu ya 3500 rpm; torque ya breki hupimwa kwa sensa ya torque yenye kosa la ±%0,04 la full scale. Thermocouples zilizowekwa ndani ya pedi, thermocouples za kalipa, na pyrometers za Texense INF-T 1000-V2 zenye usahihi wa %1 ya full scale kwa kupima halijoto ya uso wa diski zilitumiwa.

Data ghafi za majaribio zilichukuliwa sampuli kwa 1000 Hz na kwa kawaida zilirekodiwa kwa 200 Hz. Ili kushughulikia vizuri zaidi harmonic drift inayotokana na kasi ya mzunguko inayobadilika katika ishara za torque na shinikizo la majimaji, kichujio cha low-pass kilitumika katika domain ya nafasi badala ya domain ya muda. Kichujio cha Butterworth cha daraja la pili katika MATLAB R2024b, kwa utekelezaji wa mbele-nyuma wa filtfilt, kilitoa uchujaji wa zero-phase na wenye daraja la nne kwa ufanisi.

Kalipa B yenye pembe ya kabari ya 20° ilionyesha nini?

Kalipa B ni kalipa ya breki ya mbele yenye pistoni sita na pembe ya kabari ya \(\beta=20^\circ\). Wakati usambazaji wa shinikizo la mgusano wa FVM ulilinganishwa na modeli ya kimuundo ya FEM, mbinu zote mbili zilinasa kwa namna inayofanana shinikizo kubwa la mgusano hasa katika eneo la kabari, maeneo ya shinikizo la chini kati ya pistoni, na eneo la shinikizo la kati kwenye sehemu ya kuingia ya pedi.

Kwa Kalipa B, kila mmoja wa mizunguko miwili tofauti ya MAP ulikuwa na matukio 128 ya breki. Ramani za msuguano wa jumla za modeli na majaribio zilionyesha ulinganifu hasa katika maeneo ya halijoto ya kati na ya chini.

Katika mizunguko ya Bahrain, kwa halijoto ya awali ya juu, ili kupata torque ileile ya kilele ya breki katika jaribio, katika breki ya kwanza na yenye mzigo mkubwa zaidi ilihitajika takribani %15 shinikizo la juu zaidi la majimaji kuliko katika hali ya halijoto ya chini. Watafiti waliunganisha hali hii na kupungua kwa msuguano wa C/C kadiri halijoto inavyoongezeka, na walionyesha kuwa modeli ilinasa tabia hii.

Ingawa zao la \(A_{pist}R_{eff}\) la Kalipa A ya kawaida lilikuwa takribani %15 kubwa kuliko la Kalipa B, kutokana na athari ya kabari ya 20° B iliweza kufanya kazi kwa shinikizo la majimaji linalolingana kwa torque lengwa inayofanana. Wakati huohuo, kwa Kalipa B iliripotiwa upungufu wa uzito wa %17 ikilinganishwa na muundo wa kawaida.

Nini kilibadilika katika Kalipa C yenye pembe ya kabari ya 27°?

Kalipa C ni prototipu yenye pistoni sita, pembe ya \(\beta=27^\circ\), na jumla ya eneo la majimaji linalokabili pistoni sawa na Kalipa B. Chini ya dhana ya \(\mu=0,45\), modeli ya uchanganuzi ilitabiri kwamba C ingehitaji takribani %8,5 chini ya shinikizo la majimaji kuliko Kalipa B na takribani %7,8 chini ya shinikizo la majimaji kuliko Kalipa A ya kawaida kwa torque ileile lengwa ya breki.

Katika majaribio ya Bahrain yenye halijoto ya juu, shinikizo la kilele la kimajaribio kwa kila tukio la breki la Kalipa C lilikuwa hadi %7 chini kuliko Kalipa B. Hata hivyo, katika baadhi ya breki mfululizo ilionekana kwamba mgawo wa ongezeko ulipungua ghafla hadi takribani nusu katika sekunde ya mwisho ya matumizi ya shinikizo. Modeli haikuweza kuzalisha kwa usahihi kushuka huku kwa ghafla kwa msuguano.

Katika breki nyingine ya ramani yenye halijoto ya awali, kasi na shinikizo zinazokaribiana, msuguano wa kimajaribio badala ya kupungua uliongezeka katika kipindi chote cha breki na modeli ilikadiria torque kabla ya kuachia kuwa takribani %7 chini. Watafiti wanaeleza kuwa tofauti hii inaweza kuhusiana na jinsi matukio ya awali ya breki yanavyoathiri uundaji, kuvunjika na kuundwa upya kwa filamu za msuguano kwenye uso wa C/C. Hata hivyo, utegemezi huu wa historia ya mzunguko uko nje ya upeo wa modeli ya sasa.

Katika jaribio la torque kubwa, takribani sekunde 0,1 baada ya breki kuanza, kilele dhahiri cha msuguano, yaani bite, kilionekana. Baada ya hapo mgawo halisi wa msuguano ulipungua kwa kiasi kikubwa, na thamani ya chini ya msuguano katika shinikizo kubwa ilikuwa takribani %30 chini kuliko katika hali ya torque ndogo.

Katika tukio hilohilo la breki kali, modeli ilitabiri torque ya kilele kwa takribani %1 ya kosa na thamani ya chini ya msuguano kwa takribani %3 ya kosa.

Kwa nini Kalipa D yenye pembe ya kabari ya 40° si bora katika kila hali?

Kalipa D ni prototipu inayotumia mwili uleule wa kalipa kama Kalipa C lakini ina pembe ya kabari ya \(\beta=40^\circ\). Katika hali za mzunguko wa Bahrain unaohitaji torque ndogo, faida ya pembe kubwa ya kabari ni dhahiri sana. Katika tukio la tatu la breki lililochunguzwa, ili kutoa torque ileile, shinikizo la juu la majimaji la Kalipa D lilikuwa takribani %17 chini kuliko Kalipa C na takribani %22 chini kuliko Kalipa B.

Hata hivyo, katika breki kali hali hubadilika. Katika jaribio la torque kubwa lenye shinikizo la juu zaidi, Kalipa D ilizalisha takribani torque ileile ya kilele kama C, huku shinikizo lake la majimaji likiwa takribani %5 chini. Kwa upande mwingine, mgawo halisi wa msuguano wa D wakati wa torque ya juu ulikuwa %7 chini kuliko wa Kalipa C na %10,5 chini kuliko wa Kalipa A ya kawaida.

Katika hali hii, shinikizo la juu la wastani halisi la mgusano la Kalipa D lilikuwa %11 juu kuliko C na %28 juu kuliko A ya kawaida. Kwa hiyo, ingawa pembe kubwa ya kabari kinadharia huzalisha kujiongezea nguvu zaidi, shinikizo kubwa la mgusano hupunguza mgawo halisi wa msuguano kwenye kiolesura cha C/C na kurejesha sehemu ya faida iliyotarajiwa.

Matokeo haya ni mojawapo ya ujumbe muhimu zaidi wa usanifu katika utafiti: kuongeza pembe ya kabari pekee si suluhisho linaloongeza utendaji wa breki kwa namna ya monotoni. Pembe ya kabari, eneo la pistoni, eneo la mgusano wa pedi, shinikizo halisi la mgusano, halijoto na tabia ya msuguano wa nyenzo ya C/C inayotegemea shinikizo lazima vitathminiwe kwa pamoja.

Modeli ilitabiri nini kwa Kalipa X ambayo bado haijatengenezwa?

Uwezekano wa kutumia modeli kama chombo cha usanifu ulichunguzwa kwenye Kalipa X, ambayo bado haijajaribiwa kimajaribio. Muundo huu una pembe ya kabari ya \(\beta=40^\circ\) lakini badala ya mpangilio wa pistoni tatu kwa kila upande kama katika C na D, unatumia pistoni mbili kwa kila upande, yaani jumla ya pistoni nne.

Eneo la mgusano wa pedi la Kalipa X ni %6 kubwa kuliko Kalipa C na %12 kubwa kuliko Kalipa D. Katika tathmini ya uchanganuzi kwa mgawo wa rejea wa msuguano wa \(\mu=0,45\), inatarajiwa kwamba X inaweza kuzalisha torque ileile ya kinadharia ya breki kama Kalipa C kwa shinikizo lilelile la majimaji na kutoa upungufu wa uzito wa %21 katika jumla ya uzito wa mwili wa kalipa na pistoni.

Katika uigaji wa Bahrain wenye halijoto ya awali ya chini na ya juu, wasifu wa shinikizo la majimaji uliokokotolewa kwa X ulikuwa karibu na ule wa Kalipa C. Tofauti kubwa zaidi ya shinikizo la kilele ilikokotolewa kuwa takribani %3 juu kwa X katika hali ya halijoto ya juu.

Katika uigaji wa torque kubwa, licha ya pembe kubwa ya kabari ya X, kutokana na eneo kubwa zaidi la pedi, shinikizo halisi la wastani la mgusano lilibaki takribani %5 chini kuliko Kalipa C, na mgawo halisi wa msuguano katika muda wa torque ya juu ulikokotolewa kuwa karibu sawa.

Hata hivyo, kwa Kalipa X matokeo haya ni utabiri wa modeli pekee. Kwa kuwa kalipa bado haijafanyiwa jaribio la dynamometer la kimajaribio, utafiti haujathibitisha utendaji halisi wa X.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Breki za C/C zenye tegemeo la kabari zinaweza kuzalisha sehemu ya nguvu ya breki kwa kujiongezea nguvu, na hivyo katika hali fulani kupunguza nguvu ya majimaji au eneo la pistoni linalohitajika.
• Kadiri pembe ya kabari inavyoongezeka, mgawo wa kinadharia wa ongezeko unaweza kuongezeka, lakini ongezeko hili huenda lisitokee kikamilifu katika mzigo mkubwa kwa sababu shinikizo la mgusano hupunguza msuguano wa C/C.
• Katika mifumo halisi/prototipu ya breki yenye pembe za kabari za 20°, 27° na 40°, modeli ya FVM kwa ujumla ilitabiri torque ya breki na halijoto ya diski kwa usahihi unaoweza kutumika ikilinganishwa na matokeo ya majaribio.
• Faida ya miundo yenye pembe kubwa ya kabari ilionekana zaidi katika hali za torque ndogo.
• Kupungua kwa mgawo halisi wa msuguano wa jozi ya diski-pedi ya C/C kulionekana katika shinikizo kubwa halisi la mgusano.
• Eneo kubwa la mgusano wa pedi linaweza kupunguza kwa sehemu ongezeko la shinikizo la mgusano linalozalishwa na pembe kubwa ya kabari.
• Modeli ilitoa matokeo yanayoweza kutumiwa kama chombo cha awali cha usanifu ili kulinganisha utendaji wa kimitambo na wa joto wa jiometri mpya za kalipa kabla ya kutengenezwa kwa prototipu ya kimwili.

Matokeo ambayo utafiti haujathibitisha au haujajaribu

• Haijathibitishwa kwamba pembe ya kabari ya 40° ni bora kuliko 20° au 27° katika hali zote za breki.
• Utendaji halisi wa Kalipa X kwenye dynamometer au uwanjani haujathibitishwa.
• Modeli haiwakilishi mienendo yote ya tribolojia inayotegemea historia katika msuguano wa C/C.
• Utafiti haujathibitisha uhusiano uleule wa msuguano-shinikizo kwa nyenzo zote za breki au jiometri zote za kalipa.
• Haijaonyeshwa kimajaribio kwamba kupunguza uzito wa kalipa kunatoa moja kwa moja muda wa mzunguko wa uwanja ulio mfupi zaidi.
• Uimara wa muda mrefu, maisha ya uchakavu au uaminifu wa gari halisi katika viwanja tofauti vya mashindano si matokeo ya moja kwa moja ya kimajaribio ya utafiti huu.
• Mafanikio ya uigaji wa Kalipa X hayachukui nafasi ya uthibitishaji wa prototipu ya kimwili.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Miundo ya breki iliyochunguzwa

Mesh ya modeli na pembejeo kuu

Pembejeo kuu kwa kila uigaji ni historia ya shinikizo la majimaji lililochujwa au torque lengwa ya breki, historia ya kasi ya angulari ya diski, halijoto za awali za diski-pedi-kalipa, mahusiano ya kasi ya mtiririko wa hewa, jiometri ya kalipa, vipimo na nafasi za pistoni, maeneo ya mgusano wa pedi-kalipa, uwiano wa sehemu ngumu/tupu uliotolewa kutoka CAD, sifa za kimitambo na za joto za C/C, na coefficients za uhamishaji wa joto zilizopatikana kutoka CFD.

Matokeo makuu ya modeli, kulingana na mwelekeo wa modeli unaotumika, ni torque ya breki au shinikizo la majimaji pamoja na halijoto ya uso wa diski.

Matokeo ya modeli ya halijoto ya uso wa diski

Halijoto ya uso wa diski inayolingana na nafasi ya kipimo cha pyrometer huhesabiwa kwa linear extrapolation kutoka kwenye halijoto za elementi mbili za nje zaidi za ujazo wenye kikomo katika mwelekeo wa mhimili:

\[ T_{sim} = T_{el,1} + \frac{T_{el,1}-T_{el,2}} {L_{z12}} \frac{\Delta z_1}{2} \]

\(T_{el,1}\) na \(T_{el,2}\) zinaonyesha halijoto za elementi mbili za nje, \(L_{z12}\) ni umbali wa mhimili kati ya vituo vya elementi, na \(\Delta z_1\) ni unene wa elementi ya nje zaidi.

Shinikizo halisi la wastani la mgusano

Shinikizo halisi la wastani la mgusano, ambalo pia linajumuisha athari ya kabari, lilihesabiwa kwa uhusiano ufuatao ili kutafsiri matokeo ya torque kubwa:

\[ p_{c,eff} = \frac{BT} {2\mu R_{eff}A_{pad}} \]

Mlinganyo huu ulitumika kueleza kwamba katika kiwango kilekile cha torque, eneo dogo la pedi au ongezeko kubwa la kabari linaweza kuongeza shinikizo halisi la mgusano, na hali hiyo inaweza kuathiri utendaji kutokana na utegemezi wa mgawo wa msuguano wa C/C kwa shinikizo.

Viashiria vya kosa la uthibitishaji wa Kalipa B

Viashiria vya kosa la uthibitishaji wa Kalipa C

Viashiria vya kosa la uthibitishaji wa Kalipa D

Katika matokeo haya, thamani zote za RMSE ya halijoto zilibaki chini ya 50 °C. Makosa yaliyosawazishwa ya torque ya kilele yalikuwa chini ya %5 katika majaribio mengi; hata hivyo, yalifikia %8,2 katika mzunguko wa pili wa MAP wa Kalipa B, na %6,8 pamoja na %6,5 katika baadhi ya mizunguko ya Bahrain ya Kalipa D. Kwa hiyo, hitimisho la utafiti halipaswi kutafsiriwa kuwa “modeli hutabiri kwa kosa chini ya %5 katika kila hali”.

Kikomo cha kimwili cha modeli

Sheria ya msuguano wa eneo ya modeli inategemea shinikizo, halijoto na kasi ya kuteleza; hata hivyo, ni ya aina ya statiki, ya uchanganuzi na nusu-empiria. Haiwezi kufuatilia moja kwa moja kwa vigezo vya hali michakato ya tribolojia inayotegemea historia ya muda, kama vile uundaji na kuvunjika kwa filamu za msuguano ambazo katika majaribio zinaweza kubadilika kutokana na matukio ya awali ya breki.

Kwa sababu hiyo, watafiti wanasema kuwa katika kazi zijazo wanapanga majaribio ya tribometer ya pin-on-disc ili kuainisha tabia ya msuguano wa eneo ya nyenzo za C/C, hasa katika shinikizo kubwa la mgusano linalotokana na pembe kubwa za kabari. Lengo ni kueleza kwa undani zaidi mienendo ya msuguano wa eneo na kuboresha uwezo wa utabiri wa modeli.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili asilia la utafiti: Thermoelastic Modeling of Self-Energizing Carbon-Carbon (C/C) Wedge Brakes for High-Performance Race Vehicles

Waandishi: Giacomo Galvanini, Massimiliano Gobbi, Giampiero Mastinu, Carlo Cantoni, Raffaello Passoni.

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio uliotolewa kwenye chanzo umehifadhiwa kama ulivyo. Hakuna tamko la mwandishi wa kwanza mwenza/mchango sawa. Mwandishi anayewajibika ametajwa kuwa Giampiero Mastinu.

Taasisi: Giacomo Galvanini, Massimiliano Gobbi na Giampiero Mastinu — Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, Milano, Italia. Carlo Cantoni na Raffaello Passoni — Brembo S.p.A., Bergamo, Italia.

Jarida: Vehicles

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland

Juzuu / nambari ya makala: Vehicles 2026, 8, 54

DOI: 10.3390/vehicles8030054

Kiungo rasmi cha uchapishaji:https://doi.org/10.3390/vehicles8030054

Tarehe ya uchapishaji: 10 Machi 2026. Utafiti ulipokelewa 17 Januari 2026, ukarekebishwa 5 Machi 2026 na kukubaliwa 6 Machi 2026.

Aina ya chanzo na hali ya ukaguzi wa kitaalamu: Utafiti huu ni makala ya utafiti iliyopitia ukaguzi wa wenzao. Unachanganya usawaziko wa nguvu wa uchanganuzi, uundaji wa termoelastiki wa ujazo wenye kikomo, ulinganisho wa FEA/FEM, majaribio ya dynamometer ya breki ya ukubwa kamili, na tathmini pepe ya prototipu mpya ya kalipa.

Leseni: Makala imechapishwa kwa ufikiaji wazi chini ya leseni ya Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Watafiti wameripoti kwamba utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Waandishi wameeleza kwamba data zinazounga mkono matokeo yaliyoripotiwa zipo ndani ya makala.

Mgongano wa maslahi: Carlo Cantoni na Raffaello Passoni walikuwa wafanyakazi wa Brembo wakati wa utafiti. Waandishi wengine wameeleza kuwa utafiti ulifanywa bila uhusiano wa kibiashara au kifedha unaoweza kuleta mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana G.G., M.G. na G.M.; mbinu G.G., M.G. na R.P.; programu G.G.; uthibitishaji G.G., C.C. na R.P.; uchanganuzi rasmi M.G., G.M. na C.C.; utafiti G.G., M.G. na R.P.; rasilimali C.C. na R.P.; usimamizi wa data G.G.; rasimu ya kwanza G.G.; mapitio na uhariri M.G., G.M., C.C. na R.P.; uonyeshaji G.G.; ushauri, usimamizi wa mradi na upatikanaji wa ufadhili ulitekelezwa na waandishi husika kama ilivyoelezwa katika chanzo.

Dokezo la uhariri ndani ya chanzo: Katika sehemu ya Nomenclature ya makala, ingizo “C/C — Carbon-carbon” limerudiwa mara mbili. Katika sehemu hiyo hiyo, “2D” imefafanuliwa kama “Three-dimensional”, na baadaye “3D” pia imefafanuliwa kama “Three-dimensional”. Kutokuwiana huku kumetambuliwa kama kulivyo kwenye chanzo na hakuna marekebisho ya kimya ya chanzo yaliyofanywa ndani ya maandishi ya kisayansi.

Vikwazo vya kimetodolojia: Modeli ya termoelastiki haisuluhishi moja kwa moja deformation ya kina ya kimitambo ya mwili wa kalipa; kwa hiyo usambazaji wa shinikizo la mgusano pande mbili za diski umeundwa kwa ulinganifu. Baadhi ya mielekeo ya msuguano katika violesura vya pedi-kalipa na pedi-pistoni imebainishwa mapema katika modeli. Sheria ya msuguano wa eneo ya C/C ni ya statiki/nusu-empiria na haijumuishi athari zote za mienendo ya historia ya breki kwenye filamu ya msuguano. Kalipa X imetathminiwa kwa njia pepe pekee na bado haijathibitishwa kwa majaribio ya kimwili.

Mbinu ya kisayansi, nambari, milinganyo, ulinganisho wa jiometri, matokeo ya majaribio na vikwazo katika maudhui haya ya Verianla yanategemea utafiti uliopakiwa. Hakuna matokeo mapya ya kimajaribio, madai mapya ya utendaji wa breki au hitimisho la ziada la kisayansi kuhusu nyenzo ya C/C lililoongezwa kwenye maudhui makuu kutoka nje ya chanzo.