Bu araştırma, yüksek performanslı yarış araçlarında kullanılan karbon-karbon (C/C) disk frenlerde kama geometrisinin oluşturduğu kendinden güçlendirme etkisini ve bunun mekanik-termal fren performansına nasıl yansıdığını inceliyor. Araştırmacılar önce kama biçimli fren balatasının kuvvet dengesinden fren sisteminin kazanç katsayısını analitik olarak türetiyor; ardından daha önce standart C/C yarış frenleri için geliştirilen Dymola/Modelica tabanlı sonlu hacimler yöntemi (FVM) termoelastik modelini kama destekli kaliperlere uyarlıyor. Model, farklı kama açılarına sahip gerçek kaliperlerin tam ölçekli dinamometre deneyleriyle fren torku ve disk yüzey sıcaklığı üzerinden sınanıyor. Sonuçlar, büyük kama açılarının özellikle düşük tork koşullarında daha az hidrolik kuvvetle yüksek frenleme kazancı sağlayabildiğini; ancak temas basıncı yükseldikçe C/C disk-balata çiftinin etkin sürtünme katsayısının düşmesinin teorik kazancın bir bölümünü sınırladığını gösteriyor. Modelin tepe fren torku tahminindeki normalize hata göstergeleri test edilen durumların çoğunda %5'in altında kalırken, araştırmanın önemli sınırı C/C sürtünmesindeki çevrim geçmişine bağlı dinamik tribolojik değişimlerin mevcut yerel sürtünme yasasıyla tam olarak temsil edilememesidir.

Çalışmanın Türkiye açısından değeri doğrudan bir Formula 1 kaliperinin yerel bir araca aktarılmasından çok, yüksek performanslı fren tasarımında deneysel test ile düşük hesaplama maliyetli sayısal modelin birlikte kullanılabileceğini göstermesidir. Türkiye'deki bir yarış aracı, yüksek performanslı otomotiv fren sistemi veya C/C fren geliştirme çalışmasına uygulanması halinde kaliper geometrisi, balata malzemesi, sürtünme karakteristiği, soğutma koşulları ve test çevrimlerinin ilgili sistem için yeniden belirlenmesi gerekir. Araştırmanın sonuçları farklı bir fren sistemine doğrudan sayısal tasarım parametresi olarak aktarılmamalıdır.

Araştırmanın temel sorusu nedir?

Çalışmanın temel sorusu, kendinden güçlendirmeli kama geometrisinin C/C yarış frenlerinde oluşturduğu frenleme kazancının mekanik ve termal olarak yeterince hızlı fakat güvenilir bir modelle öngörülüp öngörülemeyeceğidir. Araştırmacılar, standart kaliperler için daha önce geliştirilen termoelastik sonlu hacimler modelini kama destekli kaliperlerin özel yük aktarım mekanizmasını içerecek biçimde genişletiyor.

Literatürde elektronik kama frenleri, hidrolik kama mekanizmaları ve farklı kendinden güçlendirmeli fren tasarımları bulunmasına rağmen araştırmacılar yarış araçlarında kullanılan hidrolik kendinden güçlendirmeli C/C frenlerin termoelastik modellenmesine doğrudan odaklanan bir çalışma bulamadıklarını belirtiyor. Çalışmanın özgün katkısı, yerel sürtünme katsayısı yasasıyla birleştirilmiş indirgenmiş mertebeli FVM yaklaşımını yüksek performanslı kama destekli C/C frenlere uygulamak olarak tanımlanıyor.

Hesaplama yükü bu yaklaşımın önemli motivasyonlarından biridir. Araştırmada önerilen model için frenleme sırasında simülasyon zamanının yaklaşık 20 dakika/simüle edilen saniye düzeyinde olduğu; karşılaştırma yapılan bağlı termoelastik FEM yaklaşımında ise verilen donanım koşullarında yaklaşık 20 saat/simüle edilen saniye gerektiği bildirilmektedir. Donanım koşulları iki karşılaştırmada tamamen aynı değildir; bu nedenle değerler genel bir evrensel hız oranı olarak değil, araştırmanın verdiği hesaplama maliyeti karşılaştırması olarak değerlendirilmelidir.

Kama mekanizması fren kuvvetini nasıl büyütüyor?

Standart disk fren kaliperinde balatanın disk tarafından sürüklenmesiyle oluşan teğetsel kuvvet, kaliperin balata destek yüzeyine aktarılır. Kendinden güçlendirmeli tasarımda ise bu destek yüzeyi disk düzlemine dik olmak yerine bir kama açısına sahiptir. Disk-balata arasındaki sürtünmeden doğan teğetsel kuvvet böylece kama yüzeyinde disk yönünde ek bir eksenel kuvvet bileşeni oluşturur. Bu bileşen pistonların uyguladığı hidrolik sıkma kuvvetine eklenir.

Araştırmada tek balata için fren kuvvetinin pistonların uyguladığı hidrolik kuvvete oranı kazanç katsayısı \( \mu_g \) olarak tanımlanmıştır:

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

Burada \(F_b\) balata başına teğetsel fren kuvvetini, \(F_{z,pist}\) pistonların balataya uyguladığı toplam hidrolik kuvveti, \(\mu\) disk-balata arasındaki ortalama etkin sürtünme katsayısını, \(\mu_w\) balata-kaliper kama yüzeyi sürtünmesini, \(\mu_p\) balata-piston sürtünmesini ve \(\beta\) kama açısını ifade eder.

Dinamometre ölçümlerinden kazanç katsayısı ayrıca şu ilişkiyle hesaplanmıştır:

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

Burada \(BT\) fren torku, \(p_{hydr}\) hidrolik basınç, \(A_{pist}\) kaliperin bir tarafında fren sıvısına bakan toplam piston alanı ve \(R_{eff}\) etkin kaliper yarıçapıdır.

Balata-kaliper ve balata-piston arayüzlerindeki sürtünmenin ihmal edildiği özel durumda ilişki daha sade bir forma dönüşür:

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

ve teorik kararlılık sınırı:

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

olarak ifade edilir. Çalışmada incelenen \(0^\circ\)–\(40^\circ\) kama açıları ve \(0,2\)–\(0,7\) disk-balata sürtünme katsayısı aralığı için analitik hesaplar sistemleri kendiliğinden kilitlenme bölgesinden uzakta göstermektedir. Örneğin \(\mu=0,7\) için daha koruyucu yaklaşımda \(\beta\) açısından kararlılık sınırı yaklaşık \(55^\circ\) olarak hesaplanırken çalışmada incelenen en büyük açı \(40^\circ\)'dir.

Daha büyük kama açısı neden daha küçük pistonlara izin verebilir?

Aynı fren torkunun aynı hidrolik basınç ve aynı etkin yarıçapta üretilmesi hedeflendiğinde araştırmada aşağıdaki tasarım ilişkisi kullanılmıştır:

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

Dolayısıyla kama etkisiyle \(\mu_g\) yükseldiğinde gerekli toplam piston alanı küçültülebilir. Araştırmacıların verdiği analitik örnekte \(\mu=0,45\), \(\beta_1=0^\circ\) ve \(\beta_2=20^\circ\) için:

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

elde edilmiş ve bu sonuç yaklaşık %12 daha düşük toplam piston alanına karşılık gelmiştir. Amaç yalnız daha az hidrolik kuvvet elde etmek değildir; daha küçük veya daha az sayıda piston sayesinde fren sistemi kütlesinin azaltılabilmesi de tasarım hedeflerinden biridir.

C/C fren malzemesinin çalışmada kullanılan özellikleri nelerdir?

Disk ve balatalarda kullanılan karbon-karbon kompozitte hem matris hem de takviye lifleri karbondur. Çalışmada Brembo'nun kimyasal buhar infiltrasyonu (chemical vapor infiltration, CVI) üretim yöntemiyle elde edilen C/C malzemeler esas alınmıştır.

Malzemenin rθ ve z doğrultularında farklı elastik modüllerle tanımlanması, modelde C/C kompozitin ortotropik davranışının dikkate alındığını gösterir.

Termoelastik model nasıl çalışıyor?

Model Dymola ortamında, nesne yönelimli Modelica dili kullanılarak geliştirilmiştir. Disk ve balatalar üç boyutlu sonlu hacimler yöntemiyle ayrıklaştırılmıştır. Gerçek disk ve balata geometrilerindeki boşlukları ve karmaşık şekilleri doğrudan çok ince bir ağla çözmek yerine CAD modellerinden elde edilen katı/boşluk hacim ve yüzey oranları kullanılarak sonlu hacim elemanlarına eşdeğer termal ve mekanik özellikler atanmıştır.

Disk modeli radyal yönde 3, çevresel yönde 15 ve eksenel yönde 8 eleman; balata modeli ise sırasıyla 3, 9 ve 5 eleman kullanmaktadır. Disk ile balata arasındaki temas bölgesinde çevresel ağ sıklaştırılırken yüksek kalınlık yönü sıcaklık gradyanlarını yakalamak için eksenel yönde de ağ inceltilmiştir. Bu yapı yaklaşık 2 × 10⁵ denklem ve bilinmeyen içermektedir.

Sonlu hacim elemanlarında enerji dengesi; komşu elemanlardan iletim, çevreye taşınım, radyasyon ve ısıl enerji depolanmasını içerir. Mekanik kuvvetler ortotropik gerilme-gerinim ilişkileri ve termal genleşme etkisiyle hesaplanır. Disk ve balataların yanı sıra pistonlar, kaliper ve disk çanı toplulaştırılmış kütleler şeklinde temsil edilir.

Balata ile kaliper arasındaki temas kullanıcı tarafından belirlenmiş bölgelerde penalty-contact yaklaşımıyla modellenir. Kama destekli frenlere geçişte temel değişiklik, balatanın diskten çıkış tarafındaki kaliper temas sınır koşulunun kama yüzeyinde ortaya çıkan eksenel kuvvet bileşenini hesaba katacak biçimde yeniden tanımlanmasıdır.

Yerel sürtünme neden kritik?

Model disk-balata arayüzüne sabit tek bir sürtünme katsayısı atamamaktadır. Her temas elemanı için yerel sürtünme katsayısı yerel basınç \(p_l\), sıcaklık \(T_l\) ve kayma hızı \(v_l\) üzerinden hesaplanmaktadır:

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

Deneysel gözlemlere dayanılarak frenlemenin ilk yaklaşık 0,1–0,15 saniyesindeki sürtünme oluşum evresi ile basınç modülasyonu ve bırakma evresi ayrı formülasyonlarla ele alınmakta, geçiş sigmoid tipi bir fonksiyonla gerçekleştirilmektedir.

Modeldeki sürtünme yasasının temel özelliklerinden biri, yerel temas basıncı arttıkça yerel sürtünme katsayısının doğrusal olmayan biçimde azalabilmesidir. Büyük kama açısına sahip kaliperlerin yüksek yüklerde beklenenden daha sınırlı kazanç göstermesinin anlaşılması açısından bu özellik kritik önemdedir.

Deneysel doğrulama nasıl yapıldı?

Fren sistemleri tam ölçekli TecSA TC 225 dinamometresinde test edilmiştir. Dinamometrede 450 kW gücünde ve 3500 rpm azami hız sağlayabilen elektrik motoru bulunmakta; fren torku ±%0,04 tam ölçek hatasına sahip tork sensörüyle ölçülmektedir. Balataların içine yerleştirilmiş termokupllar, kaliper termokuplları ve disk yüzey sıcaklığını ölçen, tam ölçeğin %1'i doğruluğundaki Texense INF-T 1000-V2 pirometreleri kullanılmıştır.

Ham deney verileri 1000 Hz'de örneklenmiş ve tipik olarak 200 Hz'de kaydedilmiştir. Tork ve hidrolik basınç sinyallerine değişken dönüş hızının oluşturduğu harmonik kaymayı daha uygun biçimde ele almak amacıyla zaman alanı yerine uzaysal alanda düşük geçiren filtre uygulanmıştır. MATLAB R2024b'deki ikinci dereceden Butterworth filtre, ileri-geri filtfilt uygulamasıyla sıfır fazlı ve etkin olarak dördüncü dereceden süzme sağlamıştır.

20° kama açılı Kaliper B ne gösterdi?

Kaliper B, altı pistonlu ve \(\beta=20^\circ\) kama açısına sahip ön fren kaliperidir. FVM temas basıncı dağılımı yapısal FEM modeliyle karşılaştırıldığında iki yaklaşım özellikle kama bölgesindeki yüksek temas basıncını, pistonlar arasındaki düşük basınç bölgelerini ve balata girişindeki orta basınç bölgesini benzer biçimde yakalamıştır.

Kaliper B için iki ayrı MAP çevriminin her biri 128 frenleme olayından oluşmuştur. Model ile deneysel küresel sürtünme haritaları özellikle orta ve düşük sıcaklık bölgelerinde uyum göstermiştir.

Bahrain çevrimlerinde yüksek başlangıç sıcaklığında aynı deneysel tepe fren torkunun elde edilmesi için ilk ve en zorlayıcı frenlemede düşük sıcaklık senaryosuna göre yaklaşık %15 daha yüksek maksimum hidrolik basınç gerekmiştir. Araştırmacılar bunu sıcaklık yükseldikçe C/C sürtünmesinin azalmasıyla ilişkilendirmiş ve modelin bu davranışı yakaladığını göstermiştir.

Standart Kaliper A'nın \(A_{pist}R_{eff}\) çarpımı Kaliper B'ninkinden yaklaşık %15 büyük olmasına rağmen 20° kama etkisi sayesinde B benzer hedef tork için karşılaştırılabilir hidrolik basınçlarla çalışmıştır. Aynı zamanda Kaliper B için standart tasarıma göre %17 kütle azalması bildirilmiştir.

27° kama açılı Kaliper C'de ne değişti?

Kaliper C altı pistonlu, \(\beta=27^\circ\) açılı ve pistona bakan toplam hidrolik alanı Kaliper B ile aynı olan bir prototiptir. \(\mu=0,45\) varsayımı altında analitik model C'nin aynı hedef fren torku için Kaliper B'ye göre yaklaşık %8,5, standart Kaliper A'ya göre yaklaşık %7,8 daha düşük hidrolik basınç gerektirmesini öngörmüştür.

Yüksek sıcaklıklı Bahrain deneylerinde Kaliper C'nin frenleme başına deneysel tepe basıncı Kaliper B'den %7'ye kadar daha düşük bulunmuştur. Bununla birlikte bazı ardışık frenlemelerde kazanç katsayısının basınç uygulamasının son saniyesinde ani biçimde yaklaşık yarıya düştüğü gözlenmiştir. Model bu ani sürtünme düşüşünü doğru biçimde oluşturamamıştır.

Aynı başlangıç sıcaklığı, hız ve basınca yakın başka bir haritalama frenlemesinde ise deneysel sürtünme düşmek yerine frenleme boyunca artmıştır ve model bırakma öncesindeki torku yaklaşık %7 düşük tahmin etmiştir. Araştırmacılar bu farkın önceki frenleme olaylarının C/C yüzeyindeki sürtünme filmlerinin oluşma, bozulma ve yeniden oluşma süreçlerini etkilemesiyle bağlantılı olabileceğini belirtmektedir. Ancak bu çevrim geçmişi bağımlılığı mevcut model kapsamının dışındadır.

Yüksek tork testinde frenleme başladıktan yaklaşık 0,1 saniye sonra belirgin bir sürtünme tepesi, yani bite, gözlenmiştir. Ardından etkin sürtünme katsayısı önemli ölçüde düşmüş ve yüksek basınçtaki minimum sürtünme değeri düşük torklu koşullardakinden yaklaşık %30 daha düşük bulunmuştur.

Aynı ağır frenleme olayında model tepe torkunu yaklaşık %1, minimum sürtünme değerini ise yaklaşık %3 hata ile tahmin etmiştir.

40° kama açılı Kaliper D neden her koşulda daha üstün değil?

Kaliper D, Kaliper C ile aynı kaliper gövdesini kullanan fakat \(\beta=40^\circ\) kama açısına sahip bir prototiptir. Düşük tork gerektiren Bahrain çevrimi koşullarında büyük kama açısının avantajı çok belirgindir. İncelenen üçüncü frenlemede aynı torku sağlamak için Kaliper D'nin maksimum hidrolik basıncı Kaliper C'den yaklaşık %17, Kaliper B'den yaklaşık %22 daha düşük bulunmuştur.

Ancak ağır frenlemelerde tablo değişmektedir. En yüksek basınçlı yüksek tork testinde Kaliper D, C ile nominal olarak hemen hemen aynı tepe torkunu üretirken hidrolik basıncı yaklaşık %5 daha düşük kalmıştır. Buna karşılık D'nin maksimum tork anındaki etkin sürtünme katsayısı Kaliper C'den %7, standart Kaliper A'dan %10,5 daha düşük bulunmuştur.

Bu koşulda Kaliper D'nin maksimum etkin ortalama temas basıncı C'den %11, standart A'dan %28 daha yüksektir. Dolayısıyla daha büyük kama açısı teorik olarak daha güçlü kendinden güçlendirme üretse de yüksek temas basıncı C/C arayüzündeki etkin sürtünme katsayısını düşürerek beklenen kazancın bir bölümünü geri almaktadır.

Bu sonuç araştırmanın en önemli tasarım mesajlarından biridir: kama açısının artırılması tek başına fren performansını monoton biçimde artıran bir çözüm değildir. Kama açısı, piston alanı, balata temas alanı, etkin temas basıncı, sıcaklık ve C/C malzemenin basınca bağlı sürtünme davranışı birlikte değerlendirilmelidir.

Henüz üretilmemiş Kaliper X için model ne öngördü?

Modelin tasarım aracı olarak kullanılabilirliği, henüz deneysel olarak test edilmemiş Kaliper X üzerinde incelenmiştir. Bu tasarım \(\beta=40^\circ\) kama açısına sahiptir fakat C ve D'deki üç piston/yan düzeni yerine iki piston/yan, yani toplam dört piston kullanmaktadır.

Kaliper X'in balata temas alanı Kaliper C'den %6, Kaliper D'den %12 daha büyüktür. \(\mu=0,45\) referans sürtünme katsayısıyla yapılan analitik değerlendirmede X'in Kaliper C ile aynı teorik fren torkunu aynı hidrolik basınçta üretebilmesi ve kaliper gövdesi ile pistonların birleşik kütlesinde %21 azalma sağlaması beklenmektedir.

Düşük ve yüksek başlangıç sıcaklıklı Bahrain simülasyonlarında X için hesaplanan hidrolik basınç profili Kaliper C'ninkine yakın bulunmuştur. En büyük tepe basıncı farkı yüksek sıcaklık senaryosunda X için yaklaşık %3 daha yüksek olarak hesaplanmıştır.

Yüksek tork simülasyonunda X'in daha büyük kama açısına rağmen daha geniş balata alanı sayesinde Kaliper C'ye göre etkin ortalama temas basıncı yaklaşık %5 daha düşük kalmış ve maksimum tork anındaki etkin sürtünme katsayıları birbirine yakın hesaplanmıştır.

Ancak Kaliper X için bu sonuçlar yalnız model tahminidir. Kaliper henüz deneysel dinamometre testinden geçirilmediği için çalışma X'in gerçek performansını doğrulamamaktadır.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Kama destekli C/C frenler, fren kuvvetinin bir bölümünü kendinden güçlendirme yoluyla üreterek belirli koşullarda gerekli hidrolik kuvveti veya piston alanını azaltabilir.
• Kama açısı büyüdükçe teorik kazanç katsayısı artabilir, ancak bu artış temas basıncının C/C sürtünmesini düşürmesi nedeniyle yüksek yükte bütünüyle gerçekleşmeyebilir.
• 20°, 27° ve 40° kama açılı gerçek/prototip fren sistemlerinde FVM modeli fren torku ve disk sıcaklığını genel olarak deneysel sonuçlarla kullanılabilir doğrulukta tahmin etmiştir.
• Yüksek kama açılı tasarımların avantajı düşük torklu koşullarda daha belirgin bulunmuştur.
• Yüksek etkin temas basınçlarında C/C disk-balata çiftinin etkin sürtünme katsayısında azalma gözlenmiştir.
• Daha geniş balata temas alanı, yüksek kama açısının oluşturduğu temas basıncı artışını kısmen sınırlayabilir.
• Model, fiziksel prototip üretilmeden önce yeni kaliper geometrilerinin mekanik ve termal performansını karşılaştırmak için ön tasarım aracı olarak kullanılabilecek sonuçlar üretmiştir.

Çalışmanın kanıtlamadığı veya test etmediği sonuçlar

• 40° kama açısının bütün fren koşullarında 20° veya 27°'den daha iyi olduğu kanıtlanmamıştır.
• Kaliper X'in gerçek dinamometre veya pist performansı doğrulanmamıştır.
• Model C/C sürtünmesinin tüm geçmişe bağlı tribolojik dinamiklerini temsil etmemektedir.
• Çalışma bütün fren malzemeleri veya bütün kaliper geometrileri için aynı sürtünme-basınç ilişkisini kanıtlamamaktadır.
• Daha düşük kaliper kütlesinin doğrudan daha hızlı tur zamanı sağladığı deneysel olarak gösterilmemiştir.
• Uzun dönem dayanıklılık, aşınma ömrü veya farklı yarış pistlerinde gerçek araç güvenilirliği bu çalışmanın doğrudan deneysel sonuçları değildir.
• Kaliper X için simülasyon başarısı, fiziksel prototip doğrulamasının yerine geçmemektedir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

İncelenen fren konfigürasyonları

Model ağı ve ana girdiler

Her simülasyon için başlıca girdiler; filtrelenmiş hidrolik basınç veya hedef fren torku geçmişi, disk açısal hız geçmişi, disk-balata-kaliper başlangıç sıcaklıkları, hava akış hızı ilişkileri, kaliper geometrisi, piston boyutları ve konumları, balata-kaliper temas bölgeleri, CAD'den çıkarılmış katı/boşluk oranları, C/C mekanik ve termal malzeme özellikleri ve CFD'den elde edilmiş ısı transfer katsayılarıdır.

Başlıca model çıktıları, kullanılan model yönüne göre fren torku veya hidrolik basınç ile disk yüzey sıcaklığıdır.

Disk yüzey sıcaklığının model çıktısı

Pirometrenin ölçüm konumuna karşılık gelen disk yüzey sıcaklığı, eksenel yöndeki en dış iki sonlu hacim elemanının sıcaklıklarından doğrusal ekstrapolasyonla hesaplanmaktadır:

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

\(T_{el,1}\) ve \(T_{el,2}\) dıştaki iki elemanın sıcaklıklarını, \(L_{z12}\) eleman merkezleri arasındaki eksenel mesafeyi, \(\Delta z_1\) ise en dış elemanın kalınlığını ifade eder.

Etkin ortalama temas basıncı

Kama etkisini de içeren etkin ortalama temas basıncı yüksek tork sonuçlarını yorumlamak için şu bağıntıyla hesaplanmıştır:

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

Bu denklem, aynı tork seviyesinde daha küçük balata alanının veya daha büyük kama güçlendirmesinin etkin temas basıncını yükseltebildiğini ve bunun da C/C sürtünme katsayısındaki basınç bağımlılığı nedeniyle performansı etkileyebildiğini açıklamak için kullanılmıştır.

Kaliper B doğrulama hata göstergeleri

Kaliper C doğrulama hata göstergeleri

Kaliper D doğrulama hata göstergeleri

Bu sonuçlarda sıcaklık RMSE değerlerinin tamamı 50 °C'nin altında kalmıştır. Normalize tepe tork hataları testlerin çoğunda %5'in altındadır; ancak Kaliper B'nin ikinci MAP çevriminde %8,2, Kaliper D'nin bazı Bahrain çevrimlerinde %6,8 ve %6,5 değerleri görülmüştür. Dolayısıyla çalışmanın sonucu “model her durumda %5'ten daha iyi tahmin yapmaktadır” şeklinde yorumlanmamalıdır.

Modelin fiziksel sınırı

Modelin yerel sürtünme yasası basınç, sıcaklık ve kayma hızına duyarlıdır; ancak statik, analitik ve yarı ampirik niteliktedir. Deneylerde görülen, önceki frenleme olaylarının etkisiyle değişebilen sürtünme filmi oluşumu ve bozunması gibi zaman geçmişine bağlı tribolojik süreçleri doğrudan durum değişkenleriyle takip etmemektedir.

Araştırmacılar bu nedenle gelecekte özellikle büyük kama açılarının oluşturduğu yüksek temas basınçlarında C/C malzemelerin yerel sürtünme davranışını karakterize etmek üzere pin-on-disc tribometre deneyleri planlandığını belirtmektedir. Amaç, yerel sürtünme dinamiklerinin daha ayrıntılı tanımlanması ve modelin öngörü kapasitesinin geliştirilmesidir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Thermoelastic Modeling of Self-Energizing Carbon-Carbon (C/C) Wedge Brakes for High-Performance Race Vehicles

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

Yazar sırası: Kaynakta verilen sıra aynen korunmuştur. Eş birinci/eş katkı beyanı bulunmamaktadır. Sorumlu yazar Giampiero Mastinu olarak belirtilmiştir.

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

Dergi: Vehicles

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland

Cilt / makale numarası: Vehicles 2026, 8, 54

DOI: 10.3390/vehicles8030054

Resmî yayın bağlantısı:https://doi.org/10.3390/vehicles8030054

Yayın tarihi: 10 Mart 2026. Çalışma 17 Ocak 2026'da alınmış, 5 Mart 2026'da revize edilmiş ve 6 Mart 2026'da kabul edilmiştir.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Bu çalışma hakem değerlendirmesinden geçmiş bir araştırma makalesidir. Çalışma; analitik kuvvet dengesi, termoelastik sonlu hacimler modellemesi, FEA/FEM karşılaştırması, tam ölçekli fren dinamometresi deneyleri ve yeni kaliper prototipinin sanal değerlendirmesini birleştirmektedir.

Lisans: Makale Creative Commons Attribution (CC BY) lisansı altında açık erişim yayımlanmıştır.

Finansman: Araştırmacılar çalışma için harici finansman alınmadığını bildirmiştir.

Veri erişilebilirliği: Yazarlar, bildirilen sonuçları destekleyen verilerin makale içinde bulunduğunu belirtmiştir.

Çıkar çatışması: Carlo Cantoni ve Raffaello Passoni çalışma sırasında Brembo çalışanıdır. Diğer yazarlar araştırmanın ticari veya mali bir çıkar ilişkisi olmaksızın yürütüldüğünü beyan etmiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma G.G., M.G. ve G.M.; yöntem G.G., M.G. ve R.P.; yazılım G.G.; doğrulama G.G., C.C. ve R.P.; biçimsel analiz M.G., G.M. ve C.C.; araştırma G.G., M.G. ve R.P.; kaynaklar C.C. ve R.P.; veri kürasyonu G.G.; ilk taslak G.G.; gözden geçirme ve düzenleme M.G., G.M., C.C. ve R.P.; görselleştirme G.G.; danışmanlık, proje yönetimi ve finansman edinimi ilgili yazarlarca kaynakta belirtilen biçimde gerçekleştirilmiştir.

Kaynak içi editoryal not: Makalenin Nomenclature bölümünde “C/C — Carbon-carbon” girdisi iki kez tekrarlanmıştır. Aynı bölümde “2D” ifadesi “Three-dimensional” olarak açıklanmış, ardından “3D” de “Three-dimensional” olarak verilmiştir. Bu tutarsızlık kaynakta bulunduğu biçimiyle tespit edilmiş, bilimsel metin içinde sessizce kaynak düzeltmesi yapılmamıştır.

Yöntemsel sınırlılıklar: Termoelastik model kaliper gövdesinin ayrıntılı mekanik deformasyonunu doğrudan çözmemektedir; bu nedenle diskin iki tarafındaki temas basıncı dağılımları simetrik olarak modellenmektedir. Balata-kaliper ve balata-piston arayüzlerindeki bazı sürtünme yönleri modelde önceden tanımlanmıştır. Yerel C/C sürtünme yasası statik/semi-ampirik olup frenleme geçmişinin sürtünme filmi üzerindeki bütün dinamik etkilerini içermemektedir. Kaliper X yalnız sanal olarak değerlendirilmiş ve henüz fiziksel deneyle doğrulanmamıştır.

Bu Verianla içeriğindeki bilimsel yöntem, sayılar, denklemler, geometrik karşılaştırmalar, deney bulguları ve sınırlılıklar yüklenen çalışmaya dayanmaktadır. Kaynak dışından yeni deneysel sonuç, fren performansı iddiası veya C/C malzemeye ilişkin ek bilimsel bulgu ana içeriğe eklenmemiştir.