Mechanické vlastnosti karbonových kompozitů využívaných v brzdových systémech

Bc. Matyáš Uldrich

Master's thesis

Mechanical properties of carbon composites used in braking systems

Abstract:

První část práce se zabývá rešerší druhů karbonových kompozitů využívaných v brzdových systémech dopravních prostředků a zabývá se aplikací těchto materiálů v závodních a sportovních automobilech, letectví a rychlovlacích. Zároveň shromažďuje teoretické informace o možnosti využití karbonových kompozitů pro výrobu brzdových kotoučů na jízdní kolo. Experimentální část práce zkoumá brzdové kotouče na jízdní kolo z karbonového kompozitu s polymerní matricí. Ruční laminací je vyrobeno 5 variant karbonového kompozitu lišících se skladbou vláken a příměsí karbidu křemíku. Pro porovnání kotoučů jsou stanovena následující měření: maximální brzdný účinek dle normy ISO 4210-4, efektivita brždění, a teplota s opotřebením brzdového kotouče po definovaném sjezdu. Výsledky kompozitů jsou porovnány mezi sebou a s kovovými variantami z hliníkové slitiny a s konvenčním kotoučem z nerezové oceli. Výsledky měření efektivity a maximálního brzdného účinku vyšly pro kompozity velmi pozitivně, naopak při měření teploty došlo při teplotách nad 200 °C k delaminaci a destrukci dvou vzorků. Závěr zhodnocuje možnost použití karbonových brzdových kotoučů na některé závodní cyklistické disciplíny, kde nedochází k výraznému tepelnému namáhání. Hlavní výhodou kompozitního brzdového kotouče je velmi nízká hmotnost, která je téměř poloviční ve srovnání s nejlehčími konvenčními ocelovými kotouči.

Abstract:

First part of the thesis is a research of carbon composite types used in vehicle brake systems, focusing on the application in racing and sports cars, aviation, and high-speed trains. It also collets theoretical information on the possibility of usage carbon composite material for manufacturing brake disc for a bicycle. The experimental part of the work examines bicycle brake discs made of carbon fiber with polymer matrix. Five variants of the carbon composite is made by hand laminate, differing in fiber composition and silicon carbide filler. For compering the discs were chosen experiments investigating: maximum braking performance according to ISO 4210-4 standard, braking efficiency, temperature and wear of the brake discs after defined descent. The results of the composites are compared among themselves and with metallic variants made of aluminium alloy and a conventional stainless steel disc. The results of maximum braking performance and braking efficiency are very positive for the composites, however during temperature measuring delamination and destruction of two samples occurred at temperatures above 200 °C. The conclusion evaluates the possibility of using carbon brake discs for certain cycling race disciplines where is no significant thermal stress. The main advantage of composite brake disc is very low weight, which is almost half of lightest conventional steel discs.

Keywords

karbon, jízdní kolo, brzdový kotouč, tření

Keywords

carbon, brake disc, bicycle, friction

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 21. 5. 2024
• Supervisor: prof. Ing. Petr Valášek, Ph.D.
• Reader: Miroslav Müller, prof. Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Engineering

Master programme:
Road Transportation and City Traffic