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중공형 암석시편의 Pin-on-disk 마모시험을 위한 등속도 나선경로 계산방법
Calculation Method of Constant Linear Velocity Spiral Path for Pin-on-disk Abrasion Test using a Hollow Type Rock Sample 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.30 no.4, 2020년, pp.394 - 403  

강훈 (한국표준과학연구원) ,  김대지 (한국생산기술연구원) ,  송창헌 (한국생산기술연구원) ,  오주영 (한국생산기술연구원) ,  조정우 (한국생산기술연구원)

초록
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본 기술보고는 Pin-on-disk 마모시험에서 연속적인 등속도 아르키메데스 나선 경로 계산 방법에 관해 설명한다. 근사 계산된 등속도 아르키메데스 나선은 회전 중심 가까이에서 속도가 불안정하다. 따라서 본 기술보고에서는 등속도 조건을 만족시키기 위해 중공 단면을 가지는 시편을 사용하여 원점 부근에서 오프셋을 주었다. 또한, 내향형 나선과 외향형 나선을 연속적으로 연결하기 위해서 각각의 나선의 시작과 종료 지점 정보를 다음 차례의 나선에 반영하였다. 더불어, 시편의 치수과 마모시험 조건의 변화에 따라 등속도 나선 경로를 편리하게 계산하는 데 도움을 주고자 전용 계산 프로그램을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This technical note describes the calculation method of continuous constant linear velocity Archimedean spiral paths which are applied to the pin-on-disk abrasion test. Approximate constant linear velocity Archimedean spirals have unstable velocities in the very near region of the rotational origin....

주제어

#중공형시편   #Pin-on-disk 마모시험   #아르키메데스 나선   #등속도   #계산 방법  

표/그림 (8)

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

문제 정의

  • 내향형 나선과 외향형 나선이 서로 연결되도록 표현하기 위해서 각각의 나선의 시작과 종료 지점과 각도를 다음 나선 계산에 차례로 반영하였다. 더불어, 연구자가 시편의 형상과 마모시험 조건의 변화에 따라 등속도 나선 경로를 편리하게 계산하는 데 도움을 주고자 나선경로 계산 프로그램을 개발하였다. 등속도 나선 계산방법과 개발된 프로그램은 암반절삭 공구의 마모시험을 사전에 검증하는데 사용할 수 있으며, 시험기의 시편 회전속도(RPM)와 암반절삭 공구의 반경 방향 이동 속도 제어를 위한 기초 데이터를 획득하는 데에도 사용 가능하다.
  • 더불어, 연구자가 시편의 형상과 마모시험 조건의 변화에 따라 등속도 나선 경로를 편리하게 계산하고 검증하기 위해서는 이러한 작업이 프로그램에서 자동으로 계산되어야 한다. 따라서 본 기술보고에서는 중공 형상의 암석 시편에 적합한 등속도 아르키메데스 나선 계산 방법을 설명하고, 연구자가 쉽게 활용할 수 있도록 만든 계산 프로그램을 소개한다.

가설 설정

  • 본 기술보고에서는 마모시험에서 암반절삭 공구가 시편의 바깥쪽(외경의 한 지점)에서 출발한다고 가정하고, 내향성 나선과 외향성 나선이 차례대로 반복될 때 연속적으로 생성되는 등속도 나선 경로를 계산하였다. 또한, Fig. 1과 같이 암반절삭 공구의 시작 지점을 +X축의 한 지점(R, 0)으로 하고, 내향성 혹은 외향성 나선이 끝날 때마다 중공 원통 암석 시편이 균일하게 제거되어 시편의 굴곡(groove) 없이 시편 높이가 점차 감소한다고 가정하였다. 즉, 나선 경로 계산에서는 암석 시편과 암반절삭 공구의 평면상의 상대적인 움직임만 고려하였다.
  • 이때, 시편의 회전속도(RPM)와 암반절삭 공구의 반경 방향 이동 속도는 일정하게 유지되는 것이 아니라 비선형적으로 바뀌어야 마모시험 내내 등속도 조건을 유지할 수 있다. 본 기술보고에서는 마모시험에서 암반절삭 공구가 시편의 바깥쪽(외경의 한 지점)에서 출발한다고 가정하고, 내향성 나선과 외향성 나선이 차례대로 반복될 때 연속적으로 생성되는 등속도 나선 경로를 계산하였다. 또한, Fig.
  • 첫 번째 어려움은 원점(나선의 회전 중심)에 아주 인접한 부분에서 속도가 불안정한 것이다. 이는 이전 문헌(Kang et al.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
암반절삭 공구의 마모성능을 평가하는 가장 좋은 방법은 무엇인가? 암반절삭 공구(rock cutting tool)의 마모성능을 평가하는 가장 좋은 방법은 현장 시험을 통하여 직접 측정하여 기록하는 것이다(Farrokh and Kim, 2018). 하지만 현장 측정의 어려움으로 인해 주로 실내시험(Cerchar 마모시험, AVS시험 등)을 통한 간접 측정 방법들이 사용되고 있다(Alber et al.
마모성능을 평가하는 간접 측정 방법들로는 어떤 것이 있는가? 암반절삭 공구(rock cutting tool)의 마모성능을 평가하는 가장 좋은 방법은 현장 시험을 통하여 직접 측정하여 기록하는 것이다(Farrokh and Kim, 2018). 하지만 현장 측정의 어려움으로 인해 주로 실내시험(Cerchar 마모시험, AVS시험 등)을 통한 간접 측정 방법들이 사용되고 있다(Alber et al., 2013, ASTM, 2010, Nilsen, 2006).
등속도 나선 계산방법과 개발된 프로그램은 등속도 나선을 적용하는 다른 응용분야에 활용될 수 있는데, 그 외에 어느 분야에서 사용할 수 있는가? 더불어, 연구자가 시편의 형상과 마모시험 조건의 변화에 따라 등속도 나선 경로를 편리하게 계산하는 데 도움을 주고자 나선경로 계산 프로그램을 개발하였다. 등속도 나선 계산방법과 개발된 프로그램은 암반절삭 공구의 마모시험을 사전에 검증하는데 사용할 수 있으며, 시험기의 시편 회전속도(RPM)와 암반절삭 공구의 반경 방향 이동 속도 제어를 위한 기초 데이터를 획득하는 데에도 사용 가능하다. 또한, 암반절삭 공구의 마모시험 이외에도 등속도 나선을 적용하는 다른 응용 분야에도 활용될 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Farrokh, E., D.Y. Kim, 2018, A discussion on hard rock TBM cutter wear and cutterhead intervention interval length evaluation, Tunnelling and Underground Space Technology, 81, 336-357. 

    상세보기 crossref

  2. Alber, M., O. Yarali, F. Dahl, A. Bruland, H. Kaling, T.N. Michalakopoulos, M. Cardu, P. Hagan, H. Aydin, A. Ozarslan, 2013. ISRM suggested method for determining the abrasivity of rock by the CERCHAR abrasivity test. In The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014. 101-106. 

  3. ASTM Standard G132, 2010, Standard test method for laboratory determination of abrasiveness of rock using the Cerchar method. 

  4. ASTM Standard G-99, 2016, Standard Test method for Wear Tesing with a Pin-on-Disk Apparatus. 

  5. Nilsen, B., F. Dahl, J. Holzhauser, P. Raleigh, 2006, Abrasivity testing for rock and soils, Tunnels and Tunnelling International, 38(4), 47-49. 

  6. Kang, H., D. Kim, S.M. Lee, C. Song, J.Y. Oh, J.W. Cho, 2020, Approximate solution for constant velocity of Archimedean spiral for abrasion testing of rock cutting tools, Tunnel & Underground Space, 30(3), 181-192. 

  7. Mahmood, I.A. and S.R. Moheimani, 2010, Spiral-scan atomic force microscopy: A constant linear velocity approach. In 10th IEEE International Conference on Nanotechnology, 115-120. 

  8. Ziegler, D., T.R. Meyer, A. Amrein, A.L. Bertozzi, P.D. Ashby, 2016, Ideal scan path for high-speed atomic force microscopy. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 22(1), 381-391. 

  9. Sang, X., A.R. Lupini, R.R. Unocic, M. Chi, A.Y. Borisevich, S.V. Kalinin, E. Endeve, R.K. Archibald, S. Jesse, 2017, Dynamic scan control in STEM: Spiral scans. Advanced Structural and Chemical Imaging, 2(1), 1-8. 

  10. Maple 2019, Maplesoft, https://www.maplesoft.com 

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