[논문]이산 요소법을 이용한 골재 입자의 혼합 및 배출 시 골재 거동 및 강판 마모에 관한 연구

유승훈; 우호길

doi:10.14775/ksmpe.2020.19.12.034

[국내논문] 이산 요소법을 이용한 골재 입자의 혼합 및 배출 시 골재 거동 및 강판 마모에 관한 연구
Discrete Element Method for Defining the Dynamic Behavior and Abrasion of Gravel in Mixer Trucks during Mixing and Discharging 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.12, 2020년, pp.34 - 41

유승훈 (현대자동차 연구개발본부) , 우호길 (충남대학교 공과대학 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Ready-mixed concrete is unconsolidated concrete typically transported to construction sites by using mixer trucks. A proper rotation of concrete is necessary to prevent its solidification in mixer trucks during transport: in accordance with the manufacturing method and quality inspection prescribed in KSF4009, this movement is maintained after the manufacturing of concrete in professional production plants and the addition of water, solid materials, and admixtures. Unfortunately, mixer truck parts wear out over long periods of time. In order to improve the wear resistance of the main part of mixer trucks, we used a steel plate with good wear resistance or partially added a reinforcement plate. In this study, we first tested the properties of concrete (as required for the DEM), and then carried out mixing and discharge simulations to define the actual operating conditions of mixer trucks. For each condition, we calculated the amount and location of wear. The reliability of our results was finally verified by comparing them with the measurement values. Overall, this study provided basic data for an optimal design of mixer trucks: one that would reduce the vehicles' weight and production costs.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 콘크리트의 물성을 정의하는 시험을 수행하고 이산요소 법에 필요한 물성을 확보한 뒤 믹서 트럭의 실제 운행 조건을 반영한 혼합 배, 출 해석을 진행하였다 각 공정마다 강판의 마모량 . 과 위치를 산출하였고 실차 측정값과 비교하여, 해석의 신뢰성을 검증하였다 이러한 연구를 통해. 서 차량 경량화와 생산비용 절감을 위한 최적 설계 의 기초 데이터가 확보될 수 있다.
레디믹스드 콘크리트를 혼합 배출 및 이송하는, 믹서 트럭은 콘크리트 입자에 의한 하중과 함께 마모에 매우 취약하다 내 마모 설계의 최적화를 위해. 서는 입자 해석 기법을 도입하여 보다 현실적인 마모 예측과 혼합 및 배출 성능과의 상관관계를 연구할 필요가 있다.

가설 설정

실차의 운영 조. 건으로부터 주 일 운행 기준일 평균 회의 운 5 , 1 5 행으로 가정하여 수명을 산출하였다는 해 . Table 2 석을 통해 얻어진 마모량과 예측 수명을 나타낸 것이다.

제안 방법

본 연구에서는 콘크리트의 물성을 정의하는 시험을 수행하고 이산요소 법에 필요한 물성을 확보한 뒤 믹서 트럭의 실제 운행 조건을 반영한 혼합 배, 출 해석을 진행하였다 각 공정마다 강판의 마모량 . 과 위치를 산출하였고 실차 측정값과 비교하여, 해석의 신뢰성을 검증하였다 이러한 연구를 통해.
믹서트럭에. 서 주로 사용되는 골재의 마찰 물성 확보하기 위해 전문가에 의한 시험을 수행하였고 동일한 슬럼프, 형상과 높이를 얻어 낼 수 있는 해석 파라메터를 얻어 내었다 은 골재의 실험과 이산요소법 . Fig.
시험과. 해석의 을 통한 골재 강판 간 마찰 물성 Correlation - 확보하기 위해서 주로 사용되는 골재와 강 Hardox 판 이용하였고 일반적인 경사면 마찰 시험 장치, 사용하여 반복 시험을 통한 평균 마찰 계수를 확, 보했다[9] . 강판 마모 시험을 통해서 골재에 의한 강판의 마모 계수를 구하고 혼합 배출 해석에 적용, 하여 각 공정에서의 마모량 및 마모 집중 위치를 산출하는 기초 물성으로 활용하였다 은 시험을 통해 얻어진 골재.
해석의 을 통한 골재 강판 간 마찰 물성 Correlation - 확보하기 위해서 주로 사용되는 골재와 강 Hardox 판 이용하였고 일반적인 경사면 마찰 시험 장치, 사용하여 반복 시험을 통한 평균 마찰 계수를 확, 보했다[9] . 강판 마모 시험을 통해서 골재에 의한 강판의 마모 계수를 구하고 혼합 배출 해석에 적용, 하여 각 공정에서의 마모량 및 마모 집중 위치를 산출하는 기초 물성으로 활용하였다 은 시험을 통해 얻어진 골재. 와Table 1 와 강판의 물성을 나타낸 것이다.
골재와 골재 골 . , 재와 믹서 트럭 부품 간의 거동에는 레디믹스드 콘크리트가 갖고 있는 점성을 고려하기 위하여 표, JKR 면 에너지값을 적용하였다.
테스트를 통해서 얻어진 물성을 적용하여 톤 15 믹서 트럭에 콘크리트 입자를 생성하였고 혼합 및, 배출 해석을 진행하였다 해석에 사용된 입자의 갯. 수는 개이다 혼합 및 배출 해석에 사용한 820,000 .
5ton 95% . 막 분간은 현장의 조건을 반영하여 으로 배 2 , 14rpm 출 속도를 높여 해석을 진행하였다 최종적으로 골. 재가 잔류하였다 이것은 현장과 유사한 결 0.
2. 혼합 및 배출 해석을 통해서 믹서 트럭 주요부 품의 마모분포와 마모량을 예측하였다.
3. 예측된 마모량과 마모 집중 부위를 실차 계측치와의 비교를 통해서 해석의 신뢰성을 검증하였다.
4.믹서 트럭 주요 부품의 내마모 수명을 예측하였고 이에 따른 내마모 최적 설계를 위한 기본 데, 이터와 해석 모델을 구축하였다.

이론/모형

Normal Force Tangential Force와 는 감쇠 계수가 반 발 계수와 관련되고 있다. 접선 마찰력은 쿨롱 법. 칙을 이용하여 마찰 모델이 구성되고 있다[13] .
식(5)는 Hertz-Mindlin with JKR 접촉모델 식으로 Hertz-Mindlin 식(1)과 JKR 식(4)를 이용한 식으로, 본 연구에서는 Hertz-Mindlin with JKR 접촉모델을 사용하여 골재의 점성과 응집성을 표현하였으며, 이때, 접선 방향의 응집성은 고려치 않고 법선 방향의 응집성만을 고려하였다.
마모를 계산하기 위해서, Hertz-Mindlin 모델에 Geometry Archard Equation의 마모를 에 기초해서 확 장시킨 모델을 사용했다. Archard Equatione 다음과 같다.
서는 입자 해석 기법을 도입하여 보다 현실적인 마모 예측과 혼합 및 배출 성능과의 상관관계를 연구할 필요가 있다. 이산요소 법 을 적용하여 믹서. (DEM) 트럭의 혼합 배출 마모 성능을 분석한 본 연구에 , , 서는 다음과 같은 결론을 도출하였다.

성능/효과

마모의 집중 분포가 전방에 집중되어 있으며 . , 실제 측정치보다 다소 보수적으로 평가됨을 알 수 있다. 이를 통해서 향후 설계 가이드를 제시할 수 있다.
1. 각종 시험을 통해서 골재와 강판의 정도 높은 물성을 확보하였다.

참고문헌 (16)

Tan, Y., Deng, R., Zhang, H., and Jiang, S., "Study of mixing and discharging of dry particles in a truck mixer," Particulate Science and Technology, Vol. 38, No. 3, pp. 271-285, 2020.

상세보기
Deng, R., Tan, Y., Zhang, H., Xiao, X., and Jiang, S., "Experimental and DEM studies on the transition of axial segregation in a truck mixer," Powder technology, Vol. 314, pp. 148-163, Jun. 2017.

상세보기
Tian, Z., Yu, H., and Han, C., "Quantitative Analysis of Discharging Speed of a Horizontally Rotating Drum with Internal Baffles by Using DEM Simulation," MS&E, Vol. 790, No. 1, p. 012043, 2020.
Sato, A., Kano, J., and Saito, F., "Analysis of abrasion mechanism of grinding media in a planetary mill with DEM simulation," Adv. Powder technology, Vol. 21, No. 2, pp. 212-216, 2010.

상세보기
Mazanec, O., Lowke, D., and Schiebl, P., "Mixing of high performance concrete: effect of concrete composition and mixing intensity on mixing time," Materials and structures, Vol. 43, No. 3, pp. 357-365, 2010.

상세보기
Remond, S. and Pizette, P., "A DEM hard-core soft-shell model for the simulation of concrete flow," Cement and concrete research, Vol. 58, pp. 169-178, 2014.

상세보기
Li, Z., Cao, G., and Tan, Y., "Prediction of time-dependent flow behaviors of fresh concrete," Construction and Building Materials, Vol. 125, pp. 510-519, 2016.

상세보기
Xiao, X., "Numerical Investigation on the Effect of the Particle Feeding Order on the Degree of Mixing Using DEM," Procedia engineering, Vol. 102, pp. 1850-1856, 2015.

상세보기
Lee, S. Yang, C., Park, J., "Validation and experiments of friction coefficient for discrete element method," in Proceedings of the KEPA Spring Conference, pp.3346-3347, 2016.
Hertz, H., On the contact of elastic solids, J. Reine und Angew. Math., Vol. 92, pp. 156-171, 1982.
Mindlin, R. D., Compliance of Elastic Bodies in Contact, in The Collected Papers of Raymond D. Mindlin Volume I, New York, NY: Springer New York, pp. 197-206, 1989
Mindlin R. D. and Deresiewicz H., Elastic Spheres in Contact Under Varying Oblique Forces, in The Collected Papers of Raymond D. Mindlin Volume I, New York, NY: Springer New York, pp. 269-286, 1989,
Cundall, P. and Strack, O., "A discrete numerical model for granular assemblies," Geotechnique, Vol. 29, No. 1, pp. 47-65, 1979.

상세보기
Johnson, K. L. and Kendall, K. and Robert, K. A. D., "Surface energy and the contact of elastic solids," Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, Vol. 324, No. 1558, pp. 301-313, 1971.
Lyu, J. and Park, J., "Analysis of Particle Packing Process by Contact Model in Discrete Element Method," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers,, Vol. 18, No. 3, pp. 59-65, 2019.
Xiao, X. and Tan, Y. and Zhang, H. and Jiang, S. and Wang, J. and Deng, R. and Cao, G. and Wu, B., "Numerical investigation on the effect of the particle feeding order on the degree of mixing using DEM," Procedia Engineering, Vol. 102, pp. 1850-1856, 2015.

상세보기

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증