Effective mixing of different-sized aggregates in mobile asphalt plant dryers is crucial for ensuring high-quality, consistent asphalt production. This study explores the application of spatial analysis techniques, particularly the Discrete Element Method (DEM), to understand and optimize the mixing process of aggregates in drum dryers. The research emphasizes the importance of proper mixing to achieve uniform moisture removal and heating across various aggregate sizes. Larger aggregates heat more slowly, while finer particles risk overheating or being carried away by air currents, necessitating careful management of the mixing process. Using LIGGGHTS, an open-source simulation framework, we conducted DEM simulations to analyze the spatial distribution and behavior of aggregates within a 3D model of a drum dryer. The study considered multiple factors affecting mixing efficiency, including drum inclination, rotational speed, and aggregate feeding frequency. Results indicate that the rotational speed of the drum dryer has the most significant impact on mixing effectiveness. The DEM simulations provided valuable insights into particle movement, heat transfer, and potential segregation issues within the dryer. Further investigations into additional factors that may influence aggregate mixing in drum dryers is recommended, paving the way for improved efficiency and quality in asphalt manufacturing.

수많은 함정용 채프들은 폭발에 의해 확산되어 채프운을 형성하며, 채프운은 허위 레이더 반사 단면적을 생성하여 적의 레이더를 기만한다. 본 논문에서는 전산유체역학-이산요소법 단방향 연동 기법을 기반으로 공기 중에 분포하는 함정용 채프운의 시공간 분포 를 해석하는 수치적 프레임워크를 구축하고 바람의 방향과 속도, 채프 카트리지의 초기 각도와 폭발 압력이 채프운 분포에 미치는 영 향을 분석하였다. 채프운의 확산은 폭발에 의한 방사형 확산, 난류와 충돌에 의한 전 방향 확산, 낙하 속도 차이에 의한 중력 방향 확산 과 같이 세 단계로 구분되는 것을 확인하였다. 바람은 채프운의 평균 위치를 이동시켰으며, 항력에 의한 확산 효과는 나타나지 않았다. 카트리지 초기 각도에 따라 폭발에 의한 방사형 확산 방향이 달라졌으며, 각도가 지면과 수직에 가까울수록 더 넓게 확산되었다. 폭발 압력이 증가할수록 채프운은 더 넓게 확산되었으나 중력 방향으로는 분포 차이가 작았다.

식용 옥수수 수확기는 수확 시 옥수수 이삭의 손상율을 결정하는 탈과 시스템이 중요하다. 탈과 시스템을 개발하기 위해서는 탈과 시스템의 손상율에 영향을 미치는 주요 설계 변수를 구명해야 하고, 설계 변수의 영향 분석에는 시뮬레이션 기법이 많이 사용되고 있다. 본 연구의 목적은 탈과 시스템의 시뮬레이션 해석에 사용할 옥수수 줄기에 대한 이산요소 모델을 개발하는 것이다. 식용 옥수수의 특성을 고려하기 위하여 옥수수 줄기의 물리적 특성을 분석하였으며, 만능재료시험기를 이용한 압축 시험과 3점 굽힘 시험을 통하여 역학적 특성을 확인하였다. 또한, 옥수수 줄기의 이산요소 모델은 접촉 모델과 결합 모델로 구현하였고, 매개변수 연구를 통해 이산요소 모델의 주요 파라미터를 도출하였으며, 시험 결과와 비교하여 개발된 이산요소 모델을 검증하였다. 본 연구로부터 개발된 옥수수 줄기 모델은 탈과 시스템의 시뮬레이션에 활용된다.

This study attempts to find optimal conditions of the friction coefficient using a discrete element method (DEM) simulation with various friction coefficient conditions and three different grinding media with various ball sizes in a traditional ball mill (TBM). Using ball motion of the DEM simulation are obtained using the optimal friction coefficient compared with actual motion; photographs are taken by the digital camera and the snapshot images are analyzed. In the simulation, the rotation speed of the mill, the materials and velocity of the grinding media, and the friction coefficient between the balls and the wall of the pot are fixed as the actual experimental conditions. We observe the velocity according to the friction coefficient from the DEM simulation. The friction coefficient is found to increase with the velocity. Milling experiments using a traditional ball mill with the same experimental conditions as those of the DEM simulation are conducted to verify the simulated results. In addition, particle morphology change of copper powder is investigated and analyzed using scanning electron microscopy (SEM) for the milling experiment.

PURPOSES : In this study, a numerical clogging model that can be used to realistically visualize the movement of particles in cylindrical permeability test equipment was proposed based on the system coupling of computational fluid dynamics with the discrete element method and experimental permeability test results. This model can also be used to simulate the interaction of dust particles with bedding particles. METHODS: A 4-way system coupling method with multiphase volumes of the fluid model and porous media model was proposed. The proposed model needs to consider the influence of flow on the dust particles, interaction between the dust particles, and interaction between the dust particles and bedding layer particles. The permeability coefficient of the bedding layer in cylindrical permeability test equipment was not calculated by using the permeability test result, but was estimated by using the particle packing model and Ergun model. RESULTS : The numerical simulation demonstrated a good agreement with the experimental test results in terms of permeability and drain time. Additionally, the initial movement of particles due to the sudden drain hole opening was successfully captured by the numerical model. CONCLUSIONS : A 4-way coupling model was sufficient to simulate the water flow and particle movement in cylindrical permeability test equipment. However, additional tests and simulation are required to utilize the model for more realistic block pavement systems.

PURPOSES : In this study, a series of fundamental falling head permeability tests were conducted on a binary particle mix bedding to determine the minimum water level, bedding layer thickness, and amount of dust that can result in the stable permeability with high repeatability. The determined condition is used to develop a CFD-DEM coupled clogging model that can explain the movement of dust particles in flowing water of a block pavement system. METHODS: A binary particle mixture is utilized to experimentally simulate an ideal bedding layer of a block pavement system. To obtain a bedding layer with maximum packing degree, the well-known particle packing degree model, i.e., the modified Toufar model, was utilized. The permeability of the bedding layer for various water levels, bedding layer thicknesses, and amounts of dust was calculated. The permeability for a small water level drop was also plotted to evaluate the effect of dust on the bedding layer clogging. RESULTS: It was observed that a water level of 100 mm, bedding depth of 70 mm, and dust amount of 0.3 g result in a stable permeability condition with high repeatability. The relationship between the minimum dust amount and surface clogging of the bedding layer was suggested based on the evaluation of the volumetric calculation of the particle and void and the permeability change in the test. CONCLUSIONS: The test procedure to determine the minimum water level, bedding thickness, and dust amount was successfully proposed. The mechanism of clogging on the surface of the bedding layer was examined by relating the volumetric characteristics of dust to the clogging surface.

PURPOSES: In this paper, the packing degrees of binary granular mixtures under vibration compaction were simulated by using DEM with spherical particles to evaluate the applicability of the DEM for aggregate packing degree estimation. METHODS: The packing degrees of fine particles, coarse particles, and their mixture with different fine particle fractions were evaluated in DEM simulation for given various material property conditions. In order to check the validity of estimated packing degrees of particle mixtures, analytical model such as Furnas model that is capable of considering wall effect and loosening effect. RESULTS : DEM with spherical particles showed good agrement with analytical solution in terms of the packing degrees of binary granular mixtures with various fine particle fractions for most of conditions. Also, it was found that not the vibration amplitude but the ratio of particle diameter with vibration amplitude should be considered to explain the susceptibility of particle packing degree with vibration amplitude for the same acceleration condition and that the reduction in elastic modulus to shorten computational simulation time should be carefully considered when the packing degree is the most important concern. CONCLUSIONS: It was concluded that DEM with spherical particles are good enough to estimate the packing degree of binary granular particles for most of conditions. However, the effect of inter-particle frictions between fine and coarse particles have to be studied further in order to clarify the issue relating poor predictions for high inter-particle friction conditions.

This study investigated the effect of the grinding media of a ball mill under various conditions on the raw material of copper powder during the milling process with a simulation of the discrete element method. Using the simulation of the three-dimensional motion of the grinding media in the stirred ball mill, we researched the grinding mechanism to calculate the force, kinetic energy, and medium velocity of the grinding media. The grinding behavior of the copper powder was investigated by scanning electron microscopy. We found that the particle size increased with an increasing rotation speed and milling time, and the particle morphology of the copper powder became more of a plate type. Nevertheless, the particle morphology slightly depended on the different grinding media of the ball mill. Moreover, the simulation results showed that rotation speed and ball size increased with the force and energy.

PURPOSES: In this paper, the applicability of DEM to a coarse graining method was evaluated by simulating a series of minicone tests for cement pasteMETHODS: First, the fundamental physical quantities that are used in a static liquid bridge model were presented with three basic quantities based on the similarity principle and coarse graining method. Then, the scale factors and surface tensions for six different sizes of particles were determined using the relationship between the physical quantities and the basic quantities. Finally, the determined surface tensions and radii were utilized to simulate the fluidal behavior of cement paste under a minicone test condition, and the final shape of the cement paste with reference DEM particle radii was compared with the final shape of the others.RESULTS : The simulations with adjusted surface tensions for five different radii of particles and surface tension showed acceptable agreement with the simulation with regard to the reference size of the particle, although disagreement increases as the sizes of the particle radii increase. It seems reasonable to increase the particle radii by at least 0.196 cm considering the computational time reduction of 162 min.CONCLUSIONS: The coarse graining method based on the similarity principle is applicable for simulating the behavior of fluidal materials when the behavior of the materials can be described by a static liquid bridge model. However, the maximum particle radius should be suggested by considering not only the scale factor but also the relationship of the particle size and number with the radius of the curve of the boundary geometry.

골재 도로에서의 콜루게이션은 골재 도로의 주요한 파손 형태일 뿐만 아니라 교통량이 집중되는 구간에서의 아스팔트 콘크리트 포장의 러팅(rutting) 및 시멘트 콘크리트 포장에서의 국지적 줄눈부 파손의 발생 및 진전과도 역학적 연관성이 높다. 또한 콜루게이션의 발생을 설명하는데 활용되는 차륜과 지반의 상호작용은 사막을 포함한 극한지 탐사차량의 주행성이나 견인력 문제와도 관련성이 매우 높기 때문에, 콜루게이션의 발생과 진전 원인을 역학적으로 규명하는 것은 매우 중요한 의미를 갖는다고 할 수 있다. 본 연구에서는 골재 도로에서의 콜루게이션 발생 및 진전을 설명하기 위하여 기존의 연구에서 실험적이거나 이론적으로 설정한 가설에 대하여, 이산요소법(discrete element method, DEM)과 다물체동역학(multibody dynamics, MBD)을 조합한 수치해석기법을 통하여 검증할 수 있는 지를 확인하고자 하였다. 이를 위하여 원형 트랙을 일정한 각속도로 회전하는 단일 차륜과 해당 차륜과 상호작용하는 토질 입자를 각각 MBD와 DEM으로 모사하였으며, 가장 단순한 조건에서 전형적인 콜루게이션의 발생을 기존의 가설 및 실내 실험과 유사한 방법으로 설명할 수 있는지를 확인하였다. 이에 따른 결론은 다음과 같으며, 원형 트랙에서의 프로파일과 표면 입자의 흐름은 각각 Fig. 1과 Fig. 2에 나타나 있다. ⦁주어진 원형 트랙에서 발생된 콜루게이션은 긴 파장과 짧은 파장의 콜루게이션으로 구분될 수 있다. ⦁긴 파장의 콜루게이션은 지반의 초기 밀도 조건이나 차륜의 운동 조건에 의하여 발생의 경향이 결정될 가능성이 매우 높은 것을 확인하였다. ⦁원형 트랙에서 긴 파장의 콜루게이션은 전단변형과 같이 부피가 변화하지 않는 형태의 변형이 아닌, 상부층 중심 입자의 주행방향 이동이 주요 원인인 것으로 확인되었다. ⦁또한 긴 파장의 콜루게이션은 50회 또는 100회 이하의 초기 차륜통과 조건에서 대부분 발달하며, 이후에는 느린 속력으로 주행방향을 따라 전체적으로 회전하는 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. ⦁짧은 파장의 콜루게이션은 긴 파장의 콜루게이션에 비하여 상대적으로 느리게 발달하며, 차륜의 통과 횟수가 증가함에 따라서 선명해지는 경향을 나타내었다. ⦁모사 결과를 바탕으로 짧은 파장의 콜루게이션은 부피가 크게 변화하지 않는 국지적 지반의 밀도 변화, 즉 전단변형이 주요한 원인으로 추정될 수 있다.

PURPOSES :Conductive and convective heat transfer simulations for an asphalt mixture were made by using discrete element method (DEM) and similarity principle.METHODS :In this research, virtual specimens composed of discrete element method particles were generated according to four different predetermined particle size distribution curves. Temperature variations of the four different particles for a given condition were estimated and were compared with measurements and analytical solutions.RESULTS :The virtual specimen with mixed particles and with the smallest particle show very good agreement with laboratory test results and analytical solutions. As particle size decreases, better heat transfer simulation can be performed due to smaller void ratio and more contact points and areas. In addition, by utilizing the similarity principle of thermal properties and corresponding time unit, analytical time can be drastically reduced.CONCLUSIONS :It is concluded that the DEM asphalt mixture specimens with similarity principle could be used to predict the temperature variation for a given condition. It is observed that the void ratio has critical effect on prediction of temperature variation. Comparing the prediction for a 4 mm particle specimen with a mixed particle specimen, it is also concluded that predicting the mixed particle specimen temperature is much more efficient considering the number of particles that are directly associated with computational time in DEM analysis.

Particle morphology change and different experimental condition analysis during composite fabrication process by traditional ball milling with discrete element method (DEM) simulation were investigated. A simulation of the three dimensional motion of balls in a traditional ball mill for research on the grinding mechanism was carried out by DEM simulation. We studied the motion of the balls, the ball behavior energy and velocity; the forces acting on the balls were calculated using traditional ball milling as simulated by DEM. The effect of the operational variables such as the rotational speed, ball material and size on the flow velocity, collision force and total impact energy were analyzed. The results showed that increased rotation speed with interaction impact energy between balls and balls, balls and pots and walls and balls. The rotation speed increases with an increase of the impact energy. Experiments were conducted to quantify the grinding performance under the same conditions. Furthermore, the results showed that ball motion affects the particle morphology, which changed from irregular type to plate type with increasing rotation speed. The evolution was also found to depend on the impact energy increase of the grinding media. These findings are useful to understand and optimize the particle motion and grinding behavior of traditional ball mills.

PURPOSES : Road subsidence occurs owing to road cavities, which cause many social and environmental problems, especially in cities. Recently, road cavities were detected by various ground radars and repair works were carried out against the detected cavities. The condition assessments related to the road cavities are necessary to understand the potential risk of the cavities. Therefore, in this study, a numerical study was performed to assess the various conditions of road cavities. METHODS : The numerical method adopted in this study is the discrete element approach, and it is suitable for analyzing the condition because it can consider the movement of the soil particles in the surrounded cavity areas. In addition, the triaxial test was modeled and performed under various cavity conditions inside the specimens. RESULTS: The conditions of different cavity locations and shapes were analyzed to identify the effect of cavity state. Three general cases of particle size distributions were formulated to identify the effect of surrounding ground conditions. As a result, the degree of decrement and volumetric strain were varied depending on the locations and shapes of the cavity. Only minor changes were observed when the particle size distributions were altered. CONCLUSIONS: The strength reduction was higher when the cavity formed was larger and located in the upper zone. Similar to the cavity shape, strength reduction and volume deformation are more influenced by the width than the length of the cavities. There is an influence from ground conditions such as the particle size distribution, especially on the wide cavity.

아스팔트 혼합물은 플랜트에서 가열, 이송, 혼합, 배출 등의 여러 가지 공정을 거쳐 생산되며, 생산된 아스팔트 혼합물은 현장으로 이송되어 포설 및 다짐의 과정을 거쳐 아스팔트 포장으로 적용된다. 이와 같 이 다양한 외부 환경에 노출된 아스팔트 혼합물의 생산 및 적용 공정은 최종 생산품이 실내에서 완성되어 재료의 균질성이 확보되는 일반적인 산업분야와는 확연히 다른데, 이러한 요인에 의하여 아스팔트 혼합물 의 생산 및 포설, 다짐 공정을 현장에서 정량적으로 모니터링하고 개선하여 재료의 잠재적인 성능을 최대 한 활용하는데 한계가 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위한 대안을 제시하기 위한 방법으로는 재료의 동적 거동 및 여건을 모사할 수 있는 이산요소법(Discrete Element Method, DEM)을 고려할 수 있다. 재 료가 다른 재료와 접촉할 때의 부착을 포함한 동적 거동의 특성은 이산요소법에서 접촉모형(Contact Model)을 이용하여 표현되는데, 아스팔트 혼합물과 같이 혼합재료의 가시적 구분이 가능한 재료의 생산 및 포설, 다짐까지의 공정을 모두 모니터링 하여 재료의 성능을 확보하기 위해서는 시간 또는 온도 변화 에 따른 굵은 골재, 잔골재, 아스팔트 바인더의 물성 등 개별요소의 물성을 각각 측정하여 혼합물 전체의 성능을 예측하는, 실용적 측면에서의 다상 모사(Multiphase Simulation) 기법에 적용하기 쉬운 접촉모형 을 결정하는 것이 합리적이다. 이러한 기법을 활용하면 생산과 포설 단계에서의 도로포장 재료의 동적 거 동을 분석하여 시설 및 과정을 최적화 할 수 있을 뿐만 아니라, 이미 포설되어 차량이 운행 중인 도로의 파손에 대한 초기 생산 조건의 영향을 확인할 수 있기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 골재의 탄성계수와 바인더의 시간 및 온도 종속적인 부착성 점소탄성 특성을 반 영할 수 있는 정교한 접촉모형을 개발을 위하여, 해석적 방법으로 정해가 유도될 수 있는 비교적 단순한 점탄성 모형과 선형 부착모형을 이산요소법의 부착모형으로 개발 및 적용하고 이에 대한 가능성을 검증하 고자 하였다.

생산 및 시공과정에서의 유동적 특성을 갖는 일반 시멘트 콘크리트나 자가다짐 콘크리트(Self Compacting Concrete, SCC)의 작업성 또는 성형성을 평가하기 위해서 일반적으로 슬럼프 실험이 수행 되는데, 시멘트 페이스트에는 작은 콘을 이용한 미니 슬럼프 실험을 수행할 수 있으며, 시멘트 콘크리트 에 대해서는 일반적인 슬럼프 실험을 수행할 수 있다. 2000년대 전후 이들 실험이 실제 재료의 유동적인 특성을 반영하여 재료의 특성을 나타낼 수 있는지에 연구가 일본과 유럽을 중심으로 수행된 바 있는데, 이들 연구에서는 슬럼프나 퍼진정도가 실제 재료의 유동에 영향을 미치는 역학적인 인자들인 점도와 항복 응력과 관련이 있음을 분석적 해(Analytical Solution)을 도출함으로서 어느 정도 규명되었다. 이는 경험 적 실험방법의 이론적 규명으로 현장에서 수행되는 슬럼프 실험의 타당성을 확인하는데 큰 의미를 갖는다 고 할 수 있으나, 이들 역학적 물성이 슬럼프 뿐만이 아닌 V funnel 실험이나 L-Box 실험과 같은 다른 실험조건 및 SCC의 최종목적이 될 수 있는 복잡한 구조에서의 유동을 예측하는데 적용될 수 있는지에 대 해서는 답이 될 수 없다. 한편 재료의 이동특성을 분석하거나 다짐의 최적화를 연구하는 산업 또는 연구 분야에서는 운동하는 입자의 거동이나 상호작용을 반복적으로 모사할 수 있는 수치해석적 방법인 개별요소법(Discrete Element Method, DEM)이 점차 확대되어 활용되고 있는데, 이러한 이산요소법의 장점은 접촉모형과 골 재모사 방법의 개선을 통하여 복잡한 구조에서의 입자를 포함하는 SCC와 같은 유동성 재료의 거동을 모 사할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 역학적인 인자들을 이용하여 시멘트 혼합물의 거동을 모사하기 위하여 사용될 수 있는 이산요소법을 적용하여 시멘트 혼합물의 거동을 모사하고자 하였으며, 유럽과 일본에서 제시된 분석적 해를 활용하여 이를 검증하고자 하였다.