Análise térmica de um disco de freio de um veículo formula SAE

Abstract

A dinâmica veicular estuda os movimentos, interações e reações de um veículo com a pista e o ambiente. Dentre seus aspectos mais relevantes, destaca-se a frenagem, um processo essencial que envolve a desaceleração do veículo por meio das forças de atrito geradas entre os componentes do sistema de freio. Nesse processo, a energia cinética é convertida em calor, cuja dissipação depende da intensidade da frenagem, do tempo de atuação, dos materiais envolvidos e das condições operacionais. Neste trabalho, desenvolve-se um modelo matemático baseado na equação da conservação de energia, com o objetivo de simular o comportamento térmico do disco de freio durante uma frenagem simples. O modelo considera variáveis dinâmicas e térmicas, permitindo prever a distribuição de temperatura ao longo do tempo e da espessura do disco. Para a validação do modelo, propõe-se o uso de técnicas de sensoriamento e aquisição de dados por meio de sensores de temperatura, possibilitando uma análise precisa e comparativa com os resultados obtidos. Como principal resultado do trabalho, mostra-se que o disco de freio de Aço SAE 1045, como projetado, atende aos requisitos térmicos da competição, com larga margem de segurança contra quaisquer falhas térmicas.

Vehicle dynamics involves the study of the movements, interactions, and responses of a vehicle in relation to the road and its environment. Among the most critical aspects is braking, a process that causes the vehicle to decelerate through the friction forces applied by the braking system. During braking, the vehicle's kinetic energy is converted into heat, and its dissipation depends on the braking intensity, duration, materials used, and operating conditions. This study presents a mathematical model based on the principle of energy conservation, aiming to simulate the thermal behavior of a brake disc during a single braking event. The model incorporates both dynamic and thermal variables, allowing the prediction of temperature distribution over time and across the thickness of the disc. For model validation, a temperature sensing and data acquisition system is proposed, enabling accurate analysis and comparison under different operating conditions. The main result of this work shows that the SAE 1045 steel brake disc, as designed, meets the thermal requirements of the competition, with a large safety margin against any thermal failures.