• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.163-176
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• 2017

개별요소법(Discrete Element Method, DEM)은 토목공학 등 입자형태의 재료를 다루는 분야에서 다양하게 이용된다. 본 연구에서는 DEM 기법에 근거한 입자 역학 전용 해석 상용 소프트웨어를 사용하여 면판형 토압식 쉴드TBM 굴착성능을 평가하기 위한 수치 해석을 수행하였다. TBM에 대한 해석은 커터헤드의 회전속도가 다른 두 가지 조건에 대해 수행되었다. 해석 모델의 직경은 6.64m이며 6개의 스포크를 갖는 것으로 작성되었다. 또한, 37개의 프리커터와 98개의 스크래퍼가 각 스포크에 모델링 되었다. 해석결과를 통해, 커터헤드면과 쉴드, 절삭 도구에 작용하는 압축력과 커터헤드면에서 발생하는 저항 토크의 크기를 검토하였으며 스크루 오거를 통해 배출되는 토사량에 대해서는 각각 단위 시간당 배토량과 누적 배토량을 검토하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6B호
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• pp.491-497
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• 2011

본 연구에서는 준설시 발생하는 문제중 준설커터에 의해 발생하는 부유물의 이동특성을 해석하기 위해 입자영상유속계(PIV)를 활용하여 준설커터주변의 유동장 변화특성을 분석하였다. 커터헤드 주변의 유속장의 특성은 흡입시와 비흡입시로 나누어서 분석하였는데 유속장의 크기를 분석한 결과 커터헤드 바깥쪽으로 크기가 감소하였으며, 흡입시에 비하여 비흡입시 유속장의 크기가 감소하는 비율이 큰 것으로 나타났다. 본 실험결과를 바탕으로 난류강도의 특성을 살펴본 결과, 전체적으로 흡입시가 비흡입시에 비하여 난류강도의 크기가 크게 감소되는 것을 볼 수 있는데 이는 흡입 에너지에 의하여 회전축 내부 방향의 흐름에 영향을 크게 미치는 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.529-541
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• 2020

기계화터널시공의 대표적인 장비인 TBM의 커터헤드는 타 장비에 비해 굴착 중 발생하는 하중이 매우 크며, 마모가 발생하여 단면이 손실되는 작업환경을 가지고 있어 피로파괴에 의한 설계검토가 필요하지만, TBM커터헤드에 대한 피로해석을 수행한 사례는 찾기 어렵다. 본 연구에서는 직경 8.2 m인 커터헤드를 대상으로 안전수명설계 개념으로 S-N커브를 이용하여 응력-수명 설계 검토를 수행하였다. 또한 건설장비의 피로설계방법과 피로손상도를 평가하는 방법에 대해 소개하고 직경 8.2 m의 TBM 커터헤드를 대상으로 피로해석을 수행한 결과를 설명하였다. S-N curve는 피로 설계를 하는 데에 있어서 핵심적인 역할을 하는 것을 알 수 있었으며, 피로 하중을 받고 있는 구조물이 현재 시점에서 어느 정도의 피로 손상을 받고 있는지를 평가하는 데에도 사용될 수 있다. 앞으로 건설장비에서도 장비를 사용하는 동안 어떤 시점에서 피로문제가 발생하는지와 장비의 안전 점검은 언제 실시하는 것이 효과적인지 등에 대한 정보를 파악하는 안전수명설계 개념을 도입하는 것이 필요하다.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권7호
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• pp.1266-1277
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• 1992

본 연구에서는 공구의 형상과 절삭조건에 따른 공구의 결손형태를 예측하기 위하여 현재 가장 널리 쓰이고 있는 인볼류우트커터의 결손형태를 절삭날의 응력분포 값으로 예측하고 실험에 의하여 검증함과 동시에 기어 절삭실험을 통한 공구 결손의 성장거동을 고찰하였으며, 또한 마멸과 결손이 발생함에 따른 절삭력의 변화와 평형을 관찰하여 상호관련성을 비교함으로써 인볼류우트 기어커터의 초기 결손을 해석적으로 예측하였다.

• 터널과지하공간
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• 제19권5호
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• pp.440-449
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• 2009

LCM 시험은 TBM에서의 디스크 커터 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험 중의 하나이다. 그러나 이는 실대형 암석시료의 채취, 운반 및 거치에 많은 비용이 소요되는 단점을 가지고 있으며, 절리가 포함된 시료에 대한 시험이 용이하지 않아 시험에서 예측된 모델을 설계에 활용하기 어려운 경우가 많다. 따라서 LCM 시험이 갖는 이러한 경제적 시간적 제약점들을 극복할 수 있는 현실성 있는 수치모델링이 고려된다면, 현장에서의 복잡한 검토과정 없이 현장에 직접 적용할 수 있는 적합한 형태의 TBM 절삭모델을 제시할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 UDEC을 이용하여 단일절리를 포함한 암석시료에 대한 디스크 커터의 절삭 메커니즘 분석을 위해 디스크 커터의 가압지점의 위치와 절리의 방향성에 따른 균열전파양상을 분석하였으며, 이를 통하여 절리의 방향에 따른 적절한 디스크 커터의 가압지점 위치 및 디스크 커터의 적정 간격을 도출하였다.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.143-153
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• 2024

TBM 공법은 발파 공법에 비해 굴착 중 소음과 진동 수준이 낮고, 안정성이 높은 터널 굴착 공법이며, 전세계적으로 터널 프로젝트에 TBM 공법을 적용하는 사례가 증가하는 추세이다. 디스크 커터는 TBM의 커터헤드에 장착되는 굴착 도구로 지속적으로 막장면 지반과 상호작용하며, 이때 필연적으로 마모가 발생한다. 본 연구에서는 지질 조건과 TBM 운영파라미터, 머신러닝 알고리즘들을 이용하여 디스크 커터 마모를 정량적으로 예측하였다. 디스크커터 마모 예측의 입력변수 중 UCS 데이터의 수가 다른 기계 데이터 및 마모 데이터에 비해 매우 부족하기 때문에, 먼저 TBM 기계 데이터를 이용하여 전체 구간에 대한 UCS 추정을 진행하고, 완성된 전체 데이터로 마모율 계수 예측을 수행하였다. 마모율 계수 예측 모델의 성능을 비교해 본 결과 XGBoost 모델의 성능이 가장 높게 나타났으며, 복잡한 예측 모델의 해석을 위해 SHapley Additive exPlanation (SHAP) 분석을 진행하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제11권4호
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• pp.147-153
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• 2012

The demands of the large scale machine tools, for instance, such as planomiller, turning machine, boring machine, NC machine, have been gradually increased in recent years. As the performances of machine tools and/or cutting tools are advanced, it is possible to perform high-speed and high-precision cutting works. The effective treatment of wet chip, which is discharged from cutting works, becomes very important problems. Therefore, this study is forced on the design of large scale machine tools using CATIA V5R18 and analysis of cutter, which is considered as essential equipment in large scale machine tools, using MSC.Nastran & MSC.Patran. Especially, the relations between tolerated load of cutter, driving horse power and rpm of driving shaft in chip processing system are investigated through analysis. As the results, the reliability of design could be improved by evaluating simulated numerical values, it showed that tolerated loads of supported part and edged part of cutter are 87,000N and 14,450N, respectively.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.588-592
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• 2008

본 연구에서는 준설시 발생하는 환경적 요인에 대한 평가를 하기 위하여 준설실험을 통해 발생하는 부유물의 이동특성을 해석하기 위해서 PIV를 활용하였으며, 커터헤드 주변의 유속장의 특성을 흡입시와 비흡입시로 나누어서 분석하였다. 유속장의 크기를 분석한 결과 커터헤드 바깥쪽으로 크기가 감소함을 볼 수 있었으며, 흡입시에 비하여 비흡입시 유속장의 크기가 감소하는 비율이 큰 것으로 나타났다. 본 실험을 바탕으로한 난류강도의 특성을 살펴본 결과 전체적으로 흡입시 비흡입시에 비하여 난류강도의 크기가 크게 감소되는 것을 볼 수 있는데 이는 흡입 에너지에 의하여 z축 방향의 흐름에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.1029-1044
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• 2017

개별요소법(Discrete Element Method, DEM)은 다수의 작은 입자들의 운동 및 상호영향을 계산하여 시스템의 거동을 해석하는 수치해석법으로써, 실제 화학공학, 약학, 토목공학, 재료과학, 식품공학 등 다양한 산업현장에서 적용되고 있다. 본 연구에서는 DEM 기법에 근거한 입자 역학 전용 해석 상용 소프트웨어를 사용하여 스포크타입 토압식 쉴드TBM 굴착성능을 평가하기 위한 예비 해석을 수행하였다. TBM에 대한 해석은 커터헤드의 회전속가 다른 2가지 조건에 대해 수행되었다. 해석을 진행하는 동안 커터헤드면에 작용하는 저항 토크, 커터헤드면과 쉴드면에 작용하는 압축력, 스크루 오거를 통해 배출되는 토사의 양을 검토하였다. 해석을 통해 DEM 해석을 이용한 TBM 장비 모델링의 적용성을 검토하였다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2006년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.217-236
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• 2006

본 연구에서는 TBM의 면판 설계와 굴진성능 평가를 위한 기초 연구로 우리나라의 대표 암종인 황등 화강암에 대하여 LCM 시험기를 사용한 일련의 시험을 실시하였다. LCM 시험을 통하여 최적의 절삭 조건을 구하고 절삭 깊이와 커터 간격 등의 TBM 면판 설계인자가 굴진성능에 미치는 영향을 평가하고자 하였다 정확한 TBM 성능을 예측하기 위하여 기존 연구들에서 적용된 방법에서 탈피하여 3차원적인 절삭 부피를 정량적으로 측정하고자 하였다. 이를 위해 실시간 처리가 가능하고 정밀도와 정확도가 확보된 디지털 사진계측기법을 LCM 시험에 적용하였다. 또한 TBM 디스크 커터에 의한 암석의 절삭과정을 모사하기 위한 수치해석 기법의 적용성을 검토하기 위해 AUTODYN 2D를 적용하였다.