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PFC3D에서의 폭원모델링 기법의 개발 및 적용

Development and Application of an Explosion Modeling Technique Using PFC

화약·발파 = Explosives & blasting, v.22 no.4, 2004년, pp.7 - 15  

최병희 (한국지질자원연구소) ,  양형식 (전남대학교 건설지구환경공학부) ,  류창하 (한국지질자원연구소)

초록
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본 연구에서는 PFC3D를 사용한 폭원모델링 기법을 제안하고, 제안된 기법을 시멘트 모르타르와 같은 연약재료의 발파에 적용하여 그 적용성을 시험해 보았다. PFC3D는 개별요소법(DEM)을 기반으로 하고 있어 응력파의 전파와 재료의 동적 파괴현상을 모사하는데 적합한 코드로 분류된다. 폭원모델링 과정에서는 공내입자들의 반경을 팽창/수축시키는 기법을 통해 공벽입자들에 접촉력의 형태로 폭발압력을 부여하는 방법을 사용하였으며, 입력하중에 따라 공벽에서 유발되는 접촉력을 계산단계마다 측정 및 보정함으로써 폭발압력의 크기를 제어할 수 있도록 하였다. 시멘트 모르타르 블록의 발파모델링 과정에서는 기존의 외력을 이용하는 방법과 본 연구에서 제안하고 있는 접촉력을 이용하는 기법을 각기 적용함으로써 연약재료의 파괴과정을 정성적으로 비교하여 보았다. 해석결과, 제안된 폭원모델링 기법을 적용한다면 암석이나 콘크리트와 같은 공학재료들이 발파과정에서 보이는 파괴거동을 수치적으로 보다 유사하게 모사 할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An explosion modeling technique was developed by using the spherical discrete element code, PFC3D, which can be used to model the dynamic stress wave propagation phenomenon. The modeling technique is simply based on an idea that the explosion pressure should be applied to a PFC3D particle assembly n...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 이 개념에 따라 발파로 발생되는 폭발 압력을 공벽을 구성하는 입자 표면에서의 접촉력의 형태로 부여하는 폭원 모델링 기법을 제안하였다. 즉, Fig.

가설 설정

  • (i) Fig. 5에서와 같이 공벽면을 사이에 두고 서로 접촉하고 있는 수직 강성 스프링들에서는 후크의 법칙이 성립하므로 공벽면 전체에 작용하는 접촉력은 각 스프링에 작용하는 힘을 모두 더한 합력과 같다.
  • 따라서 공내 입자들의 반경이 증가하게 되면 이들 강성스프링들이 각각의 방향에서 모두 수축됨으로, 각 접촉에서 직렬로 연결된 두 스프링에 의해 결정되는 접촉 강성의 크기에 따라 접촉에서의 수직 압축 접촉력이 증가하게 된다. 본 모델에서 는 이와 같이 원통형의 발파공 내에 불규칙적으로 분포되어 있는 접촉 스프링들을 단순화하여 이들이 정육면체내에서 직교배열의 형태로 배치되어 있는 것으로 가정한다. 그러면, 정육면체의 각변의 길이가 %만큼 증가할 때의 입자 반경의 증분을 다음식과 같이 정의할 수 있다.
  • 본 모델에서는 폭발가스체가 발파공 내에 구속된 상태에서 발파공 벽면에 압력을 가함으로써 최초균열에 의해 구획되는 잠재블록들의 상대 운동에 의해 새로운 균열을 발생시키거나 기존 균열의 성장을 촉진하는 것으로 가정한다. 따라서, 가스체에 대하여 별도의 파괴기구를 정의하지 않으며 모든 폭발하중은 발파공의 벽면에만 작용하는 것으로 간주한다.
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참고문헌 (11)

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