개별요소법을 활용한 경사각에 따른 스크루 컨베이어 모델 성능 평가
Evaluation of Screw Conveyor Model Performance depending on the Inclined Angle by Discrete Element Method
1
조회
0
다운로드
1
인용
0
참고문헌
키워드
초록
경제적인 TBM 시공을 위해서는 현장 조건에 맞는 최적의 TBM 선정과 함께, 선정된 TBM의 굴착 성능을 예측하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 개별요소법 (Discrete Element Method, DEM) 기법에 근거한 입자 역학 전용 해석 상용 소프트웨어를 사용하여 경사각에 따른 토압식 쉴드TBM의 버럭 배토 장비인 스크루 컨베이어의 각도에 따른 성능을 종합적으로 평가하였다. 굴착 토사를 모사하기 위해점성 특성을 갖는 입자들을 사용하였으며, 스크루 컨베이어의 경사각에 따른 성능을 평가하기 위해 11 가지 스크루 컨베이어 모델을 적용하였다. 해석에는 네 가지 스크루 컨베이어 회전 속도 조건이 적용되었으며 스크루 컨베이어의 성능을 평가하기 위한 지표로 토크, 소요 동력 이외에도 배토를 위해 추가로소요되는 작업량 및 단위 시간당 배토량을 선정하였다. 마지막으로 평가된 네 가지 성능 지표를 종합하여 주어진 해석 조건에서의 최적의 스크루 컨베이어 경사각을 선정하였으며, 이는 실제 TBM 현장에서많이 사용되는 스크루 컨베이어 경사인 20.0°~30.0° 범위와도 부합하는 것으로 파악되었다.
Abstract
For the economical construction of a tunnel by TBM, the selection of TBM optimized with the various project conditions is important, and also necessary to predict the performances of selected TBM in advance. This study was conducted to comprehensively evaluate the performance of the EPB shield TBM screw conveyor by the discrete element method. The sticky particles were used for the excavated material models, and screw conveyor with 11 different inclined angles were simulated to evaluate the performance depending on the different inclined angles. The four different rotational speed conditions of the screw were used, and torque, required power, extra energy for muck discharge, and the muck discharge rate were selected as four performance indicators. As a result, the optimized inclined angle was selected, and selected angle accords with the fact that EPB shield TBM screw conveyor is generally installed and adjusted at the inclined angle between 20.0° and 30.0° in the field.
참고문헌 (20)
- Al-Hashemi, H. M. B., "A review on the angle of repose of granular materials", Powder Technology, 330, pp.397~417 (2018)
- EDEM, "EDEM 2019 Documentation" (2019), DEM solutions Ltd
- Jones, R., "From single particle AFM studies of adhesion and friction to bulk flow: forging the links", Granular Matter, 4(4), pp.191~204 (2003)
- Jones, R., "Frictional forces between cohesive powder particles studied by AFM", Ultramicroscopy, 100(1-2), pp.59~78 (2004)
- Jung, H. S., "Causes of reduction in shield TBM performance–A case study in Seoul", Tunnelling and Underground Space Technology, 26(3), pp.453~461 (2011)
- Development of optimized TBM cutterhead design method and high-performance disc cutter, "KICT", Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement, ~, pp.Publication No. ISBN 979-11-954377-2-6 (2015)
- 김상환, "EPB Shield TBM의 스크루 컨베이어 시스템에 관한 실험적 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 13(6), pp.519~530 (2011), 사단법인 한국터널지하공간학회
- Kim, J. y., "Shield TBM excavation method" (2015), CIR publishing
- KWS manufacturing company, "screw conveyor engineering guide" (2019), KWS manufacturing company Ltd
- 이철호, "개별요소법을 활용한 스포크 타입 토압식 쉴드TBM의 예비 해석 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 19(6), pp.1029~1044 (2017), 사단법인 한국터널지하공간학회[DOI]
- 이철호, "개별요소법을 활용한 면판형 토압식 쉴드TBM의 수치해석 연구", 한국지반신소재학회 논문집, 16(4), pp.163~176 (2017), 한국지반신소재학회[DOI]
- 이기준, "EPB-TBM 암반굴착시 스크류컨베이어의배토 거동에 대한 DEM 기반 수치해석적 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 21(1), pp.127~136 (2019), 사단법인 한국터널지하공간학회[DOI]
- Merritt, A. S., "Mechanics of tunnelling machine screw conveyors: model tests", Geotechnique, 56(9), pp.605~615 (2006)
- 목학수, "분리공정 개선을 위한 설계 가이드 우선순위 결정방법론", 산업공학(IE interfaces), 17(4), pp.3~3 (2004), 대한산업공학회
- 목학수, "제품의 분리용이성을 위한 설계원칙", 한국자동차공학회 논문집, 16(6), pp.48~57 (2008), 한국자동차공학회
- 오태상, "축소모형시험을 통한 연약지반 shield TBM의 screw conveyor 배토효율에 관한 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 16(2), pp.203~211 (2014), 사단법인 한국터널지하공간학회[DOI]
- Owen, P. J., "Prediction of screw conveyor performance using the Discrete Element Method (DEM)", Powder Technology, 193(3), pp.274~288 (2009)
- Peila, D., "Screw conveyor device for laboratory tests on conditioned soil for EPB tunneling operations", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 133(12), pp.1622~1625 (2007)
- Talmon, A. M., "Muck discharge by the screw conveyor of an EPB Tunnel Boring Machine", 3rd Int. In Symp. on Geotch. Aspects of Underground Construction in Soft Ground (2002)
- Thakur, S. C., "Micromechanical analysis of cohesive granular materials using the discrete element method with an adhesive elasto-plastic contact model", Granular Matter, 16(3), pp.383~400 (2014)