Numerical research on brake calliper piston's weight reduction

Under understanding the necessity of the weight reduction without decrease in strength properties of a construction part the authors have tried to declare the methodology of the parts' construction on the example of the brake calliper piston. Taking commonly used high strength aluminium wrought alloy of the 6xxx-serie the behaviour of the piston under plain compression load was investigated separately for elastic and plastic deformation. After that it was compared with the results for carbon steel CIO. Under definition of the maximal allowed parameter's value for elastic and minimal allowed parameter's value for plastic deformations, represented by factor of safety (FoS) and yield stress respectively, the sensitivity maps of the proposed piston constructions were calculated. Opposite to the total topology optimization the outer geometry of the original piston was unchanged. The results of the study have shown that the changing of the inner geometry can be done in a certain range without any significant strength decrease of the construction part but not arbitrary.

---

Rozumiejąc konieczność redukowania masy elementów części samochodu przy jednoczesnym zachowaniu ich własności wytrzymałościowych, autorzy pracy podjęli próbę opracowania metodologii konstrukcji tego typu elementów na przykładzie tłoku w zacisku hamulca. Do produkcji tłoka powszechnie stosowane są stopy aluminium z serii 6xxx, charakteryzujące się wysoką wytrzymałością. Stąd dla tego materiału przeprowadzono badania w płaskim stanie odkształcenia w zakresie odkształceń sprężystych oraz plastycznych. Następnie wyniki doświadczeń porównano z wynikami otrzymanymi dla stali węglowej C10. Na podstawie współczynnika bezpieczeństwa (FoS), definiowanego z wykorzystaniem maksymalnej dopuszczalnej wartości dla odkształcenia sprężystego i minimalnej dozwolonej wartości dla odkształcenia plastycznego, oraz granicy plastyczności, obliczono mapy wrażliwości dla zaproponowanych wariantów konstrukcji tłoków. W przeciwieństwie do zastosowania globalnej optymalizacji, zewnętrzny kształt oryginalnego tłoka pozostał niezmieniony. Wyniki przeprowadzonych badań pokazały, że zmiana wewnętrznego kształtu tłoka jest możliwa w pewnym zakresie bez znaczącego obniżenia własności wytrzymałościowych konstrukcji.