Cleated Belt Conveyor (EDEM)

Cleated Belt Conveyor (EDEM)

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목차 RecurDyn 리본에 EDEM UI 등록... 3 목적... 3 예상소요시간... 3 Configuration XML 파일가져오기... 4 시작모델해석및분석... 6 목적... 6 예상소요시간... 6 모델불러오기... 7 시뮬레이션실행... 9 Wall 생성및내보내기... 10 목적... 10 예상소요시간... 10 Wall 생성하기... 11 *.wall 파일내보내기... 14 EDEM 모델생성... 15 목적... 15 예상소요시간... 15 EDEM Creator... 16 EDEM Simulator... 25 Co-simulation... 26 목적... 26 예상소요시간... 26 Co-simulation... 27 EDEM Analyst... 28 결과분석및검토... 29 목적... 29 예상소요시간... 29 Post Process... 30

Chapter 1 개요 본교재는 RecurDyn 과 EDEM 두소프트웨어간의 Co-simulation 하는방법을다루고있습니다. RecurDyn 은기구해석과유연체해석을담당하고, EDEM 는 DEM(Discrete Element Modeling) 법을이용해입자해석을담당합니다. 본교재에서는두소프트웨어를사용하여유연체의움직임에따른입자의거동을해석하게됩니다. 본교재에서다루게될모델은 Cleated Belt Conveyor 시스템으로서일정속도로유입되는입자를경사면을따라위로로퍼나르는모델입니다. 입자의유실없이최대로효율이좋은벨트의속도또는입자의유입속도를찾아봅니다. 목적 본교재에서다루고자하는내용은다음과같습니다. RecurDyn 을통한강체, 유연체에대한 Wall 생성방법 RecurDyn 을통한 Wall Export 방법 EDEM 에서물성을찾는방법 EDEM 에서입자들을생성하는방법 RecurDyn 에서 Co-simulation 을수행하는방법 RecurDyn 과 EDEM 에서 Post-processing 을수행하는방법 1

필요요건 본교재는 RecurDyn 에서제공하는 Basic Tutorial 을사전에숙지한사용자를위한것입니다. 따라서본교재를사용하기위해서는앞서언급된교재를선행해야본교재의이해를높일수있습니다. 본교재를진행하기위해서는 EDEM 소프트웨어가설치되어있어야합니다. 본교재는 EDEM 2019 버전으로진행하였습니다. 과정 본교재는다음의과정들로구성되어있습니다. 각각의과정을완성하기까지걸리는시간은아래의표와같습니다. (* 소요시간 ( 분 ) 은컴퓨터의사양과숙련도에따라달라질수있습니다.) 과정시간 ( 분 ) RecurDyn 리본에 EDEM UI 등록 5 시작모델해석및분석 15 Wall 생성및내보내기 5 EDEM 모델생성 10 Co-simulation 150 결과분석및검토 10 총합 195 2

Chapter 2 RecurDyn 리본에 EDEM UI 등록 RecurDyn 리본 GUI 에는기본적으로 External SPI(EDEM) GUI 가보이지않습니다. 별도로제공되는 Configuration XML 파일을사용하여 RecurDyn 에 GUI 를추가해야합니다. 목적 본장에서는 EDEM 소프트웨어에서제공하는 Configuration XML 파일을사용하여 RecurDyn 리본에 GUI 에 External SPI(EDEM) 탭을추가하는방법을배우게됩니다. 5 분 예상소요시간 3

Configuration XML 파일가져오기 EDEMV1_1_0.xml 파일복사하기 EDEM 소프트웨어설치경로에있는 EDEMV1_1_0.xml 파일을복사합니다. <EDEM Install Path>\lib\EDEMV1_1_0.xml RecurDyn 폴더에붙여넣기 위에서복사한 EDEMV1_1_0.xml 파일을아래경로에붙여넣습니다. <RecurDyn Install Path>\Bin\Solver\CoSim\StdParticleInterface\EDEMV1_1_0.xml RecurDyn GUI 확인하기 RecurDyn 을실행해보면아래그림과같이리본 GUI 에 External SPI 탭이생성되고하위에 EDEM 그룹이생성됩니다. Particle Solver DLL 경로확인하기 Particle Solver DLL 파일이있어야할경로를확인합니다. 1. External SPI 탭의 EDEM 그룹에서 Settings 를클릭합니다. 2. 대화상자가나타나면 Info 버튼을클릭합니다. Info 대화상자에서 DLL Path 를확인할수있습니다. 이값은 EDEM 의기본설치위치로 설정되어있기때문에 EDEM 을다른경로에설치하였다면 Configuration XML 파일에서 DLL Path 를수정해줘야합니다. 4

Tip: Configuration XML 에서 Particle Solver DLL Path 수정하기 (Info 의 DLL Path 가다른경우진행 ) 1. EDEMV1_1_0.xml 파일을엽니다. 2. 아래그림과같이 <Path> 뒤에적힌 DLL 경로를알맞게수정합니다. 3. Configuration XML 파일을저장합니다. 4. Configuration XML 이정상적으로수정된것을확인한후 RecurDyn 을재시작합니다. 5

Chapter 3 시작모델해석및분석 본교재에는완성된 Cleated Belt Conveyor 모델을제공합니다. ED Configuration EM 과 Cosimulation 을진행하기에앞서 RecurDyn 에서 MFBD 모델을단독으로해석해보고모델은분석해봅니다. 목적 본장에서는 RecurDyn 에서제공하는 Cleated Belt Conveyor 모델을해석한후분석합니다. 15 분 예상소요시간 6

모델불러오기 예제모델복사하기 RecurDyn 에서제공하는 SPI(EDEM) 튜토리얼예제폴더를해석이가능한위치에복사합니다. 폴더경로 : <Install Dir>\Help\Tutorial\SPI\EDEM\CleatedBeltConveyor RecurDyn 실행및초기모델불러오기 1. 바탕화면에서 RecurDyn 아이콘을더블클릭하면, RecurDyn 이실행되면서 Start RecurDyn 대화상자가나타납니다. 1. Start RecurDyn 대화상자가나타나면닫아줍니다. 2. File 메뉴에서 Open 을클릭합니다. 3. 위에서복사한 CleatedBeltConveyor 폴더에있는 CleatedBeltConveyor_Start.rdyn 선택합니다. 4. Open 을클릭합니다. 아래의그림처럼모델이보여집니다. 7

모델구성분석하기 1. Render Toolbar 에서 Layer Settings 를클릭합니다. 2. Layer Settings 대화상자에서각 Layer 의 On 을켜고끄면서모델은분석합니다. 모델의구성은다음과같습니다. 모델은 Belt, Frame, Roller, Tensioner, Container 로구성되어있습니다. 여기서 Belt 는 Flexible Body 로모델링되어있습니다. Belt 와 Roller 는 Geo Cylinder Contact 구성되어있고 Roller 는 Motion 에의해회전합니다. 8

시뮬레이션실행 모델의시스템을이해하는것을돕기위해서시뮬레이션을실행합니다. 시뮬레이션실행하기 1. Analysis 탭의 Simulation Type 그룹에서, Dyn/Kin 를선택합니다. Dynamic/Kinematic Analysis 대화상자가나타납니다. 2. 설정된상태를확인한뒤, Simulation 버튼을클릭합니다. End Time: 2 Step: 200 결과보기 Analysis 탭의 Animation Control 그룹에서 Play 버튼을눌러아래그림처럼시스템이작동하는것을확인합니다. 위쪽 Roller 에달려있는 RevJoint1 의 Motion 에의해 Belt 가움직입니다. RevJoint1 의 Pos1_Relative 에대한 Scope 를그려보면 1 초의주기로일정하게회전하는것을알수있습니다. 9

Chapter 4 Wall 생성및내보내기 RecurDyn 과 EDEM 이서로데이터를주고받기위해 Wall 이라는매개체가필요합니다. 목적 본장에서는 EDEM 에서 Import 할 Geometry 를 RecurDyn 에서정의하는방법과 *.wall 파일을내보는방법을배우게됩니다. 5 분 예상소요시간 10

Wall 생성하기 Note: Wall 이란? Wall 은유체와접하는 Geometry 를정의하는 Entity 이다. RecurDyn 은 Wall 을통해입자로부터받는 RecurDyn EDEM Wall Position/Velocity Sloshing Reacting force Reaction Force by Particles Particles Wall 외력에대한데이터를받고 EDEM 은 Wall 을통해 Geometry 의움직임에대한데이터를받는다 Flexible Body 를 Wall 로정의하기위해서는 Wall 로지정할면을 Patch Set 으로정의해야합니다. PatchSet 생성하기 1. Shell_CleatedBelt 의 Flex Edit Mode 에진입합니다. 2. FFlex Edit 탭의 Set 그룹에서 Patch 를클릭합니다. 3. Patch Set 대화상자에서 Add/Remove 를클릭합니다. 4. 전체 Patch 를선택합니다. 5. Working Window 에서마우스우클릭한후나타난 Pop-up Menu 에서 Finish Operation 을클릭합니다. 11

6. No. of Patches 가 5340 인지확인한후 OK 를눌러 Patch Set 을생성합니다. Database 에 SetPatch2 가생성됨을확인합니다. 7. Exit 을클릭하여 Edit Mode 에서나옵니다. Particle 이접촉되는 Belt, Container, Frame 에 Wall 을생성해줍니다. Wall 생성하기 1. External SPI 탭의 EDEM 그룹에서 Walls 를클릭합니다. 2. Working Window 에서 Shell_CleatedBelt.SetPatch2 을클릭합니다. Wall1 이생성됩니다. 12

3. 1-2 과정을반복하여 Geometry 들을이용하여 Wall 을생성합니다. Frame.ImportedSolid15 Frame.ImportedSolid16 Container1.ImportedSolid1 Container2.ImportedSolid1 13

*.wall 파일내보내기 1. External SPI 탭의 EDEM 그룹에서 Export 를클릭합니다. 2. 대화상자가나타나면저장할폴더를찾아선택후 OK 를클릭하여저장합니다. 저장된폴더에 EDEM.wall 파일과 Wall1.obj, Wall2.stl, Wall3.stl, Wall4.stl, Wall5.stl 이생성됩니다. Note: *.obj 파일과 *.stl 파일에는 Wall Geometry 의 CAD 정보가저장됩니다. 그리고 EDEM.wall 파일에는 Wall Geometry(*.obj, *.stl) 의위치자세에대한정보들이들어있습니다. Geometry File 들은 RecurDyn 단위계와상관없이항상 Meter 단위로정보를찍습니다. Tip: RecurDyn 단독해석하기 Wall 이생성된다음부터는 RecurDyn 은 Simulation 을실행하면 EDEM 과 Co-simulation 을 진행하려고시도합니다. 따라서 EDEM 이연결되기전에해석이불가능합니다. EDEM 과의연결관계를끊고 RecurDyn 만단독해석을수행하려면 Connect 상황을해지합니다. 14

Chapter 5 EDEM 모델생성 EDEM 에는여러방식으로입자를생성할수있습니다. 그중일정속도로입자를생성하는방식을이용하여벨트위에입자를생성해봅니다. 목적 본장에서는 EDEM 에서제공하는 Material 를통해입자의물성을세팅하는방법과입자를생성하는방법등을배우게됩니다. 10 분 예상소요시간 15

EDEM Creator EDEM 실행및 RecurDyn Coupling 세팅하기 1. EDEM.exe 를실행합니다. 2. EDEM 이실행되면 Tool>Options 를클릭합니다. 뒤에서 EDEM 모델을모델링할때입력받는값들의단위를맞추기위해서 Unit 설정을변경합니다. 3. Options 대화상자가열리면, Units 탭에서 Set All to SI 버튼을클릭하여단위계초기화시켜줍니다. 4. Angle, Length, Velocity 의단위를아래와같이변경합니다. Angle: deg Length: mm Velocity: mm/s 5. Additional Components 탭에서 Coupling Options 그룹의 RecurDyn Coupling 옵션을켭니다. 이옵션을활성화시키지않으면나중에 RecurDyn 에서 Export 한 *.wall 파일을 Import 할수없습니다. 6. OK 를클릭합니다. 16

EDEM 에서제공하는 GEMM Database 를통해입자특성에맞는적절한 input deck 를찾아불러옵니다. Tip: GEMM (Generic EDEM Material Model) Database GEMM Database 에는바위, 토양, 광석등광범위한재료를대표하는수천가지재료모델이포함되어있습니다. 사용자는 GEMM Database 에있는방대한양의재료정보를활용하여 EDEM 시뮬레이션에사용할 input deck 를다운로드할수있습니다. Material 생성하기 1. Database 에서 Bulk Material 을우클릭하여 Open GEMM Wizard 를클릭합니다. Material Wizard 대화상자가나타납니다. 2. Search by Material Properties 를선택한후 Next 를클릭합니다. 3. Small: Back hoe, Screw auger or smallscale mixing equipment 를선택한후 Next 를 클릭합니다. 17

4. >2000kg/m^3 를선택한후 Next 를클릭합니다. 5. Angle 에 40 를입력한후 Next 를클릭합니다. 6. 첫번째줄에표기된 Material 을선택한후 Next 를 클릭합니다. 18

7. Medium Wall Friction 을선택한후 Finish 를 클릭합니다. Bulk Material 은입자에적용되는물성치이고 Equipment Material 은 Wall 에적용되는 물성치입니다. 위에서찾은특성에맞는 Input 값이적용된 material 이각각추가됩니다. 오른쪽그림과같이 Database 의 Bulk Material 과 Equipment Material 에 GEMM_particle_material_2191 과 GEMM_geopetry_material_2191_medium 이추가된것을확인할수있습니다. 19

GEMM_particle_material_2191 하위에 Particle 에대한정보인 GEMM_particle_2191 이 포함되어있습니다. Property 값을수정하여 Particle 의 Size 를변경해봅니다. Particle Shape 수정하기 1. Bulk Material> GEMM_particle_material_2191> GEMM_particle_2191 을클릭합니다. 2. Modify Shape 을클릭합니다. 3. Triple Sphere 를클릭한후 Physical Radius 를 7mm 까지키웁니다. 아래그림과같이 sphere0, sphere1, sphere2 가모두 7mm 가되었는지확인합니다. 값이다르다면직접아래와같이수정하여맞춥니다. Particle 에대한설정이모두끝났습니다. 이제 RecurDyn 에서 Export 한 Wall 을 EDEM 에서 Import 를해야합니다. 20

RecurDyn Wall 불러오기 1. Database 에서 Geometries 를우클릭하여 Import Geometry from RecurDyn 을 클릭합니다. 2. RecurDyn 에서 Export 한 EDEM.wall 파일을 Open 합니다. 3. Import Options 대화상자가나타나면 Choose Units 을 Meters 로설정하고 OK 를클릭합니다. ( 위에서언급한것과같이 RecurDyn 에서 Export 된 Wall 의 Geometry File 들은 Meter 단위로작성되었습니다 ) 4. Geometry Import Parameters 대화상자가나타나면 OK 를 클릭합니다. 아래그림과같이 Database 에 5 개의 Wall 이 Import 된것을 확인할수있습니다. 21

Particle 이생성하는구역정의하기 1. Database 에서 Geometries 를우클릭하여 Add Geometry>Polygon 을클릭합니다. Geometries 하위에 New Section 5 가생성됩니다. 2. New Section 5 하위에 Polygon 을클릭하여형상과위치를변경합니다. Center X: 340mm Y: -90mm Z: 0mm Rotation X: 90deg Y: 0deg Z: 120deg Length Edge A: 40mm Edge B: 150mm 오른쪽그림과같이 New Section 5 가 벨트하단부분에정의됩니다. 22

New Section 5 를클릭한후 Type 을 Virtual 로변경합니다. Type 이 Virtual 로변경되어야 Factory 를생성할수있습니다. (Factory 는입자생성을정의하는 Entity 입니다.) 3. Database 에서 New Section 5 를우클릭하여 Add Factory 를클릭합니다. New Section 5 하위에 New Factory 1 이생성됩니다. 4. New Factory 1 을클릭하여아래와같이수정합니다. Particle Generation Unlimited Number Target Number (per second): 50 위와같이설정되면초당 50 개의입자가 Polygon 위치에서생성됩니다. Parameters Velocity: Fixed 입자가생성될때일정한초기속도를갖습니다. 입자의초기속도를수정해봅니다. 5. Parameters 의 Velocity 의 Config 를클릭합니다. 6. Velocity Fixed 대화상자에서 X 를 -300mm/s 로수정합니다. 7. OK 를누릅니다. 23

EDEM 의 Gravity 를 RecurDyn 과동일한방향으로맞춰야합니다. 중력설정하기 1. Database 에서 Environment 를클릭합니다. 2. Gravity 를아래와같이수정합니다. X: 0 m/s 2 Y: -9.81 m/s 2 Z: 0 m/s 2 모델저장하기 이로써 EDEM Creator 에서 Particle 생성과관련된모든설정이끝났습니다. EDEM 모델을 저장합니다. 24

EDEM Simulator 이제해석과관련된요소들을설정합니다. Simulator 설정하기 1. 리본메뉴에서 Simulator 아이콘을클릭합니다. 2. Time Step 에서 Auto Time Step 옵션을끕니다. 3. Fixed Time Step 을 30% 로설정합니다. 4. Simulation Grid 에서 Cell Size 를 3R 로설정합니다. Coupling 활성화하기 리본오른쪽상단에있는 Coupling Server 아이콘을클릭하여활성화시킵니다. 활성화가되면아래그림과같이변경됩니다. Co-simulation 하기위한준비를모두마쳤습니다. RecurDyn 과 Co-simulation 을하려면 EDEM 이 켜져있어야합니다. 프로그램을켜놓은채로다음장을진행합니다. 25

Chapter 6 Co-simulation 본장에서는 RecurDyn 과 EDEM 을사용하여동역학모델과입자간의거동을해석하기위한 Cosimulation 을수행합니다. 목적 본장에서는 RecurDyn 에서 Co-simulation 을수행하는방법을배우게됩니다. 150 분 예상소요시간 26

Co-simulation RecurDyn 에서 Co-simulation 진행하기 1. RecurDyn 을실행하여 4 장에서저장한모델을엽니다. 2. External SPI 탭의 EDEM 그룹에서 Connect 를활성화합니다. 3. Analysis 탭의 Simulation Type 그룹에서 Dyn/Kin 을클릭합니다. 4. General 탭에서아래와같이수정합니다. End Time: 10 Step: 1000 5. Parameter 탭에서 Maximum Time Step 을 1.e-004 으로설정합니다. 6. Simulate 버튼을클릭합니다. RecurDyn 과 EDEM 이 Co-simulation 을 진행합니다. 결과보기 Analysis 탭의 Animation Control 그룹에서 Play 버튼을눌러애니메이션을확인합니다. 27

EDEM Analyst EDEM 에서해석된결과를재생해봅니다. Simulator 설정하기 1. EDEM 리본메뉴에서 Analyst 아이콘을클릭합니다. Jump to start Animate forwards 2. Jump to start 아이콘을클릭하여 0 Frame 으로이동합니다. 3. Animate forwards 를클릭하여애니메이션을재생합니다. RecurDyn 과동일한애니메이션을확인할수있습니다. 28

Chapter 7 결과분석및검토 본장에서는 6 장에서수행한결과를 RecurDyn 의 Post Tool 을이용하여분석해봅니다. 목적 본장에서는 RecurDyn 에서 SPI Post Tool 을사용하는방법을배우게됩니다. 10 분 예상소요시간 29

Post Process RecurDyn 에서제공하는 Particle Post 기능을이용하여결과를분석해봅니다. Particle Sensor 생성하기 1. External SPI 탭의 Post-Process 그룹에서 Sensors 를클릭합니다. Particle Sensor 대화상자가나타납니다. 2. Add Box 를클릭합니다. 3. 아래정보를입력합니다. EDEM_1 Ground -540, 330, -160 606, -387, 160 P_Sensor1 이생성됩니다. 4. P_Sensor1 의색상을 Blue 로수정합니다. 5. 다시 Add Box 를클릭합니다. 6. 아래정보를입력합니다. EDEM_1 Container1-530, 110, -150-370, -60, 150 P_Sensor2 이생성됩니다. 7. P_Sensor2 의색상을 Red 로수정합니다. 8. 다시 Add Box 를클릭합니다. 9. 아래정보를입력합니다. EDEM_1 Container2 366, -270, -150 596, -377, 150 P_Sensor3 이생성됩니다. 10. P_Sensor3 의색상을 Green 으로수정합니다. 30

11. Update 를클릭합니다. 12. P_Sensor1 과 P_Sensor2 의 View 를클릭하여 Scope 를띄웁니다. 13. OK 를클릭합니다. 그림과같은위치에 Box 모양의 Sensor 가 3 개생성됩니다. Animation 을재생해보면 Box 안에 Particle 이들어오면하이라이트됩니다. 31

Viewer 의 Scope 결과를분석해봅니다. 먼저 P_Sensor1 의결과는전체공간에대한입자개수로입자의생성유입속도를알수있습니다. 대략 50 개 /sec 으로 EDEM 에서입력한 Generation Rate 와일치함을확인할수있습니다. 두번째 P_Sensor2 의결과는 Belt 에의해 Container1 에담기는입자개수입니다. 마지막 P_Sensor3 의결과는 Belt 에 담기지못하고떨어져나가 Container2 에 담기는입자개수입니다. 참고로, EDEM 에서입자들이생성될때 Random 한위치, 자세를갖도록설정되어있습니다. 따라서위 결과와미소하게다를수있습니다. Thanks for participating in this tutorial 32