건설산업은 생산품의 규모가 크고, 형태가 매번 다른 일품수주의 특성을 지니고 있다. 이에 따라 매번 같은 형태의 제품을 생산하는 타 제조 산업(스마트폰, 컴퓨터제조 등)과 달리 적합한 생산 장비를 갖추는 것에 어려움이 있었고, 그 결과 많은 노동력을 투입해야하는 노동집약적 산업의 특성을 가지게 되었다. 또한 최근 비정형 건축물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으나, 비정형 건축물 시공에 소요되는 노동력 및 비용의 문제로 실현되지 못하는 경우가 대부분이었다. 특히, 철근콘크리트 공사에 있어 비정형 건축물의 축조는 거푸집 공사의 노동력 및 비용의 증대로 이어지므로, 거푸집을 사용하지 않으며 자동화 생산이 가능한 신기술의 요구가 지속되어 왔다. 이에 대해 최근 해외국가에서는 ...
건설산업은 생산품의 규모가 크고, 형태가 매번 다른 일품수주의 특성을 지니고 있다. 이에 따라 매번 같은 형태의 제품을 생산하는 타 제조 산업(스마트폰, 컴퓨터제조 등)과 달리 적합한 생산 장비를 갖추는 것에 어려움이 있었고, 그 결과 많은 노동력을 투입해야하는 노동집약적 산업의 특성을 가지게 되었다. 또한 최근 비정형 건축물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으나, 비정형 건축물 시공에 소요되는 노동력 및 비용의 문제로 실현되지 못하는 경우가 대부분이었다. 특히, 철근콘크리트 공사에 있어 비정형 건축물의 축조는 거푸집 공사의 노동력 및 비용의 증대로 이어지므로, 거푸집을 사용하지 않으며 자동화 생산이 가능한 신기술의 요구가 지속되어 왔다. 이에 대해 최근 해외국가에서는 적층가공(additive manufacturing)을 기반으로 한 3D 프린팅 기술(3D Printing)을 콘크리트 부재 제조분야에 도입함으로써, 자동화생산 및 거푸집 비사용으로 인한 비용, 노동력 절감을 도모하고 있다. 그러나 선행 연구에서는 굳지않은 콘크리트의 적층과정 중 콘크리트가 붕괴되거나, 변형되는 현상이 발생하였다. 이러한 현상은 굳지않은 콘크리트의 레올로지 특성과 관련이 있기에, 3D 프린팅에 사용되는 굳지않은 콘크리트에 적합한 레올로지 특성 기준이 요구된다. 따라서 이 논문에서는 굳지않은 콘크리트의 길이가 모든 층에서 같으며, 굳지않은 콘크리트가 수직 적층되는 경우에 대하여, 적층된 굳지않은 콘크리트의 내부에서 발생하는 최대전단응력분포(maximum shear stressdistribution)를 산정하였다. 또한, 프린팅 과정(printing process)간 필라멘트(filament)를 구성하는 각 요소(element)의 경과시간(elapsed time)을 산정하는 방법에 대해 제안하였으며, 산정된 경과시간을 경과시간 – 항복응력 방정식(elapsed time – yield stressequation)에 대입하여 프린팅 과정 간 발생하는 적층된 굳지않은 콘크리트의 항복응력분포(yield stress distribution) 산정모델을 제안하였다. 산정된 최대전단응력과 항복응력 분포를 비교하여, 붕괴 및 변형방지를 위해 소요되는 초기항복응력 및 경화상수를 도출하였으며, 소요초기항복응력 및 경화상수를 항복응력분포산정 모델에 대입하였을 때 나타나는 항복응력을 상용 수치해석프로그램에 반영하여, 적층된 굳지않은 콘크리트의 붕괴 및 변형여부를 확인하였다. 수치해석 결과, 굳지않은 콘크리트가 제안 모델을 바탕으로 산정된 소요 초기항복응력 및 경화상수를 만족하였을 때 적층된 콘크리트의 붕괴 및 변형을 방지 할 수 있는 것으로 나타났다.
건설산업은 생산품의 규모가 크고, 형태가 매번 다른 일품수주의 특성을 지니고 있다. 이에 따라 매번 같은 형태의 제품을 생산하는 타 제조 산업(스마트폰, 컴퓨터제조 등)과 달리 적합한 생산 장비를 갖추는 것에 어려움이 있었고, 그 결과 많은 노동력을 투입해야하는 노동집약적 산업의 특성을 가지게 되었다. 또한 최근 비정형 건축물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으나, 비정형 건축물 시공에 소요되는 노동력 및 비용의 문제로 실현되지 못하는 경우가 대부분이었다. 특히, 철근콘크리트 공사에 있어 비정형 건축물의 축조는 거푸집 공사의 노동력 및 비용의 증대로 이어지므로, 거푸집을 사용하지 않으며 자동화 생산이 가능한 신기술의 요구가 지속되어 왔다. 이에 대해 최근 해외국가에서는 적층가공(additive manufacturing)을 기반으로 한 3D 프린팅 기술(3D Printing)을 콘크리트 부재 제조분야에 도입함으로써, 자동화생산 및 거푸집 비사용으로 인한 비용, 노동력 절감을 도모하고 있다. 그러나 선행 연구에서는 굳지않은 콘크리트의 적층과정 중 콘크리트가 붕괴되거나, 변형되는 현상이 발생하였다. 이러한 현상은 굳지않은 콘크리트의 레올로지 특성과 관련이 있기에, 3D 프린팅에 사용되는 굳지않은 콘크리트에 적합한 레올로지 특성 기준이 요구된다. 따라서 이 논문에서는 굳지않은 콘크리트의 길이가 모든 층에서 같으며, 굳지않은 콘크리트가 수직 적층되는 경우에 대하여, 적층된 굳지않은 콘크리트의 내부에서 발생하는 최대전단응력분포(maximum shear stress distribution)를 산정하였다. 또한, 프린팅 과정(printing process)간 필라멘트(filament)를 구성하는 각 요소(element)의 경과시간(elapsed time)을 산정하는 방법에 대해 제안하였으며, 산정된 경과시간을 경과시간 – 항복응력 방정식(elapsed time – yield stress equation)에 대입하여 프린팅 과정 간 발생하는 적층된 굳지않은 콘크리트의 항복응력분포(yield stress distribution) 산정모델을 제안하였다. 산정된 최대전단응력과 항복응력 분포를 비교하여, 붕괴 및 변형방지를 위해 소요되는 초기항복응력 및 경화상수를 도출하였으며, 소요초기항복응력 및 경화상수를 항복응력분포산정 모델에 대입하였을 때 나타나는 항복응력을 상용 수치해석프로그램에 반영하여, 적층된 굳지않은 콘크리트의 붕괴 및 변형여부를 확인하였다. 수치해석 결과, 굳지않은 콘크리트가 제안 모델을 바탕으로 산정된 소요 초기항복응력 및 경화상수를 만족하였을 때 적층된 콘크리트의 붕괴 및 변형을 방지 할 수 있는 것으로 나타났다.
The products of the construction industry are large and different from each other. Therefore, it was difficult to produce suitable manufacturing equipment, unlike other manufacturing industries that produce the same type of products every time. As a result, the construction industry has the characte...
The products of the construction industry are large and different from each other. Therefore, it was difficult to produce suitable manufacturing equipment, unlike other manufacturing industries that produce the same type of products every time. As a result, the construction industry has the characteristics of labor-intensive industries that require a lot of labor. In addition, the recent demand for free-form structure is increasing, but it was often impossible to build free-form structure because of the high labor force and costs. In particular, the construction of free-form structure in reinforced concrete works result in high construction cost and labor force about form work, so the needs for new technologies that make structures without molds and automatically has continued. In recent years, overseas countries have introduced Concrete 3D Printing technology which based on additive manufacturing and don’t use molds in the construction to reduce costs and labor force. However, in the preceding study, fresh concrete was collapsed or deformed during the build-up of concrete. Because these phenomena are related to the rheological properties of concrete, rheological property criteria for buildable 3D printing concrete are needed. Thus, in this paper, the maximum shear stress distribution is calculated from the inside of the fresh concrete, which is laminated vertically and has same length on every layer. Also, I proposed model for calculating the elapsed time of each elements during the printing process and compute yield stress distribution by using elapsed time – yield stress equation and calculated elapsed time of each element. By comparing calculated maximum shear stress and yield stress, i derived demand initial yield stress and hardening constant for prevention of collapse or deformation of fresh concrete. Finally, I confirmed validity of proposed model through CFD analysis and it appears that the collapse and deformation of the laminated concrete could be prevented if the fresh concrete has initial yield stress and hardening constant which comes from proposed model.
The products of the construction industry are large and different from each other. Therefore, it was difficult to produce suitable manufacturing equipment, unlike other manufacturing industries that produce the same type of products every time. As a result, the construction industry has the characteristics of labor-intensive industries that require a lot of labor. In addition, the recent demand for free-form structure is increasing, but it was often impossible to build free-form structure because of the high labor force and costs. In particular, the construction of free-form structure in reinforced concrete works result in high construction cost and labor force about form work, so the needs for new technologies that make structures without molds and automatically has continued. In recent years, overseas countries have introduced Concrete 3D Printing technology which based on additive manufacturing and don’t use molds in the construction to reduce costs and labor force. However, in the preceding study, fresh concrete was collapsed or deformed during the build-up of concrete. Because these phenomena are related to the rheological properties of concrete, rheological property criteria for buildable 3D printing concrete are needed. Thus, in this paper, the maximum shear stress distribution is calculated from the inside of the fresh concrete, which is laminated vertically and has same length on every layer. Also, I proposed model for calculating the elapsed time of each elements during the printing process and compute yield stress distribution by using elapsed time – yield stress equation and calculated elapsed time of each element. By comparing calculated maximum shear stress and yield stress, i derived demand initial yield stress and hardening constant for prevention of collapse or deformation of fresh concrete. Finally, I confirmed validity of proposed model through CFD analysis and it appears that the collapse and deformation of the laminated concrete could be prevented if the fresh concrete has initial yield stress and hardening constant which comes from proposed model.
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