이산요소법을 이용한 벌크 재료 시뮬레이션에 의한 덤프 트럭 데크 하중산출에 대한 연구 = Structural Analysis of the Deck of a Dump Truck Based on Bulk Material Behavior using the Discrete Element Method

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To reduce fuel consumption by reducing the weight of the deck of a dump truck and to design an eco-friendly deck, accurate structural analysis is required. To date, the load on the deck has been calculated based on the hydrostatic pressure or by applying the earth pressure theory. However, these methods cannot be used to determine the non-uniformity of the load on the deck. Load distribution varies depending on the size distribution and interaction of aggregate particles. Compared with the finite element method, the discrete element method can simulate the behavior of aggregate particles more effectively. In this study, major properties were obtained by measuring bulk density and repose. The deck of a 15 ton dump truck was simulated using the obtained properties and bumping, breaking, and turning load conditions were applied. EDEM, which is a discrete element analysis software, was employed. The stress and strain distribution of the deck were calculated by NASTRAN and compared with the measured values. The study revealed that the results derived from a DEM simulation were more accurate than those based on mathematical assumption.

국문 초록 (Abstract)

덤프 트럭 데크의 경량화를 통한 연료 소비를 줄이고 에코 친화적인 설계를 위해서는 정확한 구조 분석이 필요하다. 지금까지 데크의 하중은 정수압 또는 토압 이론을 기반으로 계산되었다. 이 방법으로 데크의 하중 불균일을 계산할 수 없다. 하중 분포는 골재 입자의 크기 분포 및 상호 작용에 따라 달라진다. 이산요소법은 유한요소법보다 효과적으로 골재의 거동을 시뮬레이션할 수 있다. 본 논문에서는 벌크 밀도와 안식각을 측정하여 주요 특성을 얻었다. 15톤 덤프 트럭 데크는 범핑, 브레이킹 및 회전 시의 운동 조건을 적용하여 얻은 하중을 사용했다. 시뮬레이션은 이산요소해석 소프트웨어인 EDEM을 사용했다. 데크의 응력 및 변형 분포는 NASTRAN에 의해 계산되었다. 측정된 값과 비교하였고, 이를 통해 DEM 시뮬레이션의 결과는 수학적 가정에 의한 결과보다 정확함을 확인하였다.

참고문헌 (Reference)

1 황선필, "혼합기 블레이드 설계변수에 따른 입자의 혼합성능 연구" 한국전산구조공학회 30 (30): 363-370, 2017

2 윤태영, "골재의 동적 거동 모사를 위한 DEM 입력변수의 결정 연구" 한국도로학회 16 (16): 21-30, 2014

3 Chen, Y., "The Finite Element Analysis and the Optimization Design of the Yj3128-type Dump Truck’s Sub-Frames Based on ANSYS" 2 : 133-138, 2011

4 Hertz, H., "On the Contact of Elastic Solids" 92 : 156-171, 1882

5 Tsuji, Y., "Lagrangian Numerical Simulation of Plug Flow of Cohesionless Particles in a Horizontal Pipe" 71 : 239-250, 1992

6 Zheng, S., "Failure Analysis of Frame Crack on a Wide-Body Mining Dump Truck" 48 : 153-165, 2015

7 Mindlin, R. D., "Elastic Spheres in Contact under Varying Oblique Forces" 20 : 1953

8 Jiang, X. L., "Dump Truck Cylinder Bracket Finite Optimization Design" 171-174, 2016

9 Mindlin, R. D., "Compliance of Elastic Bodies in Contact" 16 : 259-268, 1949

10 Liu, X., "Analysis of the Crack of Heavy Dump Truck Cargo Body Floor" 723 : 3-6, 2014

11 Gu, Z., "A-Type Frame Fatigue Life Estimation of a Mining Dump Truck based on Modal Stress Recovery Method" 26 : 89-99, 2012

12 Cundall, P. A., "A Discrete Numberical Model for Granular Assemblies" 29 : 47-65, 1979