étude thermique frein à disque

[invite9948d628]

Bonsoir,

Pour mon tipe, je voudrais valider le matériau choisi pour un frein à disque de voiture. Par une étude thermodynamique simplifiée sur le disque, je voudrais déterminer la température maximale à tmax avec la pression des garnitures qui varient en fonction du temps. Je suppose que la température maximale sera atteinte au contact du frein et de la garniture (C'est vrai?).

J'ai fait de nombreuses recherches sur la conduction et la convection et au fur et à mesure les documents s'accumulent. Je suis perdu par le nombre de formules qui existent. Mon niveau de sup sur la physique thermodynamique ne m'aide pas pour savoir utiliser ces formules. Lesquelles utiliser et comment?

Mon problème se pose ainsi: j'ai un disque de rayon R et d'épaisseur e qui tourne a une vitesse w(t). Les garnitures (2 disques de rayon r placés de chaque coté du grand disque), situés à une distance a du centre exercent une pression P(t) sur le Disque. La température de l'air est supposé constante à T0. Avec la conductivité k, la masse volumique u et d'autres coefficient, ainsi qu'en utilisant les lois de la conduction et de la convection, je souhaite déterminer la température maximale du disque qui serait au point de contact des garnitures à tmax.

J'avais pensé à faire une modélisation sur un logiciel de calcul mais là aussi je suis dans l'incapacité de continuer vu que ces logiciels ne sont utiliser qu'à partir des écoles ingénieurs.

Mon problème peut-il se résoudre sachant qu'approximer encore plus mon étude pourrait fausser mes résultats finaux?

Merci de me répondre
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[Jeanpaul]

Tu ne peux pas sérieusement à ton niveau modéliser un problème qui occupe des ingénieurs professionnels chez les constructeurs automobiles. Tu vas avoir à faire à des tas de constantes sur les échanges thermiques : comment la chaleur se sépare-t-elle entre le patin et le disque ? Comment passe-t-elle dans l'air ? Comment passe-t-elle dans le moyeu ?
Tu peux essayer un modèle super-simple ou tu frottes sur les 2 côtés d'un disque ventilé ou pas en mettant des constantes au pif sur les échanges avec l'air. L'idée est de donner 10 coups de frein tous les 30 secondes qui arrêtent un véhicule de 1 tonne lancé à 100 km/h. Tu dois voir la température osciller et monter en même temps. A la fin, la température sera de 500°C environ.
Tu peux aussi essayer de te renseigner sur les dimensions des disques en fonction du poids et de la vitesse des véhicules. C'est instructif.
En pratique, les roues avant prennent 70% de l'énergie de freinage.

[invite9948d628]

Bonjour,

Merci de m'avoir répondu.

Si je réalise une expérience telle que tu l'as décrite, quels capteurs de températures dois-je utiliser et comment doit-on les placer?

Cette expérience pourra mettre en évidence une augmentation de la température des freins si l'on augmente la vitesse de la voiture.

Puis-je tout de même montrer que si la conduction et la convection n'intervenaient pas dans les transferts thermiques, les valeurs de températures seraient largement au-dessus des valeurs réelles?

[Jeanpaul]

Comme capteur, je ne vois guère qu'un couple thermoélectrique, pas évident à bricoler, qui doit être en contact avec le disque. De plus, pour bien faire, il faudrait enregistrer la courbe.
Le frein chauffe quand on freine mais aussi en permanence car la garniture lèche toujours le disque (typiquement 70 à 100°C). Le courant d'air refroidit le disque, la chaleur dissipée variant comme la vitesse à la puissance 0,7 ou 0,8. Il s'établit un équilibre avec échauffement lors des coups de freins. Si le freinage est brutal, le disque n'a pas le temps de se refroidir et il stocke l'énergie. Si tu as du matériel, tu peux enregistrer la courbe.
Pour une voiture un peu grosse on met 2 disques jumeaux à l'avant, ce qui double la surface d'échange de chaleur pour une masse donnée.
En gros, le dimensionnement des freins est fait de manière à pouvoir absorber 2 fois l'énergie à la vitesse maximum sans que la température atteigne 900°C.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite1668ea78]

Salut!

Je fais également mon tipe sur les freins à disque mais je me suis plutot interessée au coefficient de frottement et à l'efficacité du freinage. Mais il semblerait que je sois obligée de tenir compte de l'échuaffement des disques vu mes expériences.
Je me demandais si le refroidissement par rayonnement est à prendre en compte ou si les températures atteintes par un frein a disque sur vélo sont trop basses.

Merci