오래된 가솔린 구동 잔디 깎는 기계를 재활용 할 때가되었을 때, 나는 환경 친화적 인 것으로 전환 할 때가되었다고 결정했습니다. 로봇 모어의 기능에 매료되었지만 세 가지 이유로이 옵션을 거부했습니다.
- 내 잔디밭에는 가을에 쓰러진 나뭇 가지, 피네콘 및 나뭇잎이 흩어져있어 로봇 깎는 사람들에게 도전이됩니다.
- 다른 배터리 구동식 잔디 깎는 기계에 비해 로봇 모어의 비용이 더 높습니다.
- 나는 잔디 깎는 기계를 밀고 싶어하고, 로봇으로 전환하면 활동을 놓칠 것입니다.
내 마당의 풍경, 예산 및 내가 찾고 있던 잔디 깎는 기계의 유형을주의 깊게 고려한 후, 나는 오래 지속되는 축압기가있는 전통적인 수동 푸시 잔디 깎는 기계에 정착했습니다.
그러나 로봇과 수동 잔디 깎는 기계를 비교하면서 지난 세기에만 잔디 절단 기술이 얼마나 많이 변했는지에 놀랐습니다. 지난 십 년 동안의 기술 발전은 대부분 컴퓨터 모델링과 디지털 트윈 방법의 기하 급수적 인 성장에 기인합니다. 나는 추세가 계속되어 더 유능하고 저렴한 로봇 잔디 깎는 기계가 다음에 업그레이드 할 때 최고의 선택이되기를 바랍니다.
빠르고 정확한 DEM 시뮬레이션에 대한 요구
그러나 내 잔디밭은 - 정직하게 - 단지 놀이터 일뿐입니다. 그리고 잔디를 자르는 것은 화장품으로 간주 될 수 있습니다. 그러나 전 세계적으로 유기 물질을 효율적으로 절단하는 것은 수십억 명의 사람들에게 먹이를주는 데 중요합니다. 오늘날 농기구 제조업체는 지속 가능한 사료 공급 요구를 충족시키기 위해 더 빠르고 더 나은 설계 및 제조 결정을 내려야합니다.
그러나 우리가 커지기 전에, 내 자신의 뒤뜰에서 시작하겠습니다. 그렇다면 끝없는 시행 착오없이 잔디 절단 과정을 어떻게 최적화합니까 (잔디 하나와 새로운 깎는 기계 하나만 있습니다)?
핵심은 DEM 시뮬레이션입니다.
잔디와 모든 종류의 작물은 땅에 연결된 입자로 처리 될 수 있습니다. 각 잔디 블레이드는 이산 요소 방법(DEM 시뮬레이션)을 사용하여 별도로 모델링됩니다. 그들은 정의 된 스트레스를 적용 할 때 산출합니다 - 이는 강체 이동의 영향으로 인해; 이 경우 모어 블레이드. 잘린 후, 잔디 잎. 또는 다른 유기 섬유는 벌크 재료처럼 작동합니다 - DEM 시뮬레이션의 또 다른 일반적인 사용 사례! 그렇게하면 엔지니어는 수백만 개의 잔디 블레이드의 마모에 대응하거나 잔디밭에 누워있는 수많은 피네콘을 견딜 수 있도록 모어 블레이드를 최적화 할 수도 있습니다.
더 짧은 개발 주기에서 더 나은 농업 및 공정 엔지니어링 제품을 설계해야 하는 과제를 극복하기 위해서는 입자 시뮬레이션의 계산 시간과 정확도를 향상시키기 위해 몇 가지 기능이 필요합니다. 엔지니어는 충분한 정확도를 유지하면서 DEM 시뮬레이션 속도를 향상시키기 위해 다음 기능을 활용해야 합니다.
- 입자 흐름과 유체 흐름 간의 결합을 무시할 수 있는 응용 분야를 위한 Meshfree DEM 시뮬레이션 워크플로우입니다.
- 여러 개의 동일한 실린더를 연결하여 구성된 향상된 섬유 입자를 가진 유연한 섬유 모델로, 끝에서 끝까지 접착됩니다. 이 솔루션은 입자 덩어리 모델을 사용하여 섬유를 모델링하는 것보다 섬유의 굽힘 및 축 강성에 대해 계산적으로 더 효율적입니다. 전통적인 입자 덩어리 모델에서, 하나의 잔디 잎 입자는 결합을 통해 연결된 구체의 집합으로 정의되었으므로 동일한 길이의 잔디 블레이드를 모델링하기 위해 더 많은 요소가 필요합니다.
- Meshfree DEM 시뮬레이션 워크플로우와 호환되는 플렉서블 파이버 모델입니다. Meshfree DEM 시뮬레이션의 이점(예: 단순화된 워크플로우 및 복잡한 부품 동작이 있는 응용 제품을 위한 더 빠른 시뮬레이션)은 유연한 섬유를 사용한 시뮬레이션에도 적용됩니다.
- 잔디 깎기의 필수 특징은 섬유가 실제로 부서진다는 것입니다. 단순 고장 모델 및 일정한 비율 손상 모델과 같은 입자 덩어리에 대한 일반적인 파손 모델은 실린더 실린더 본드에도 적용해야합니다.
흥미로운 소식은 Simcenter STAR-CCM+가 다중 물리 CFD 솔루션으로서 오늘날 이러한 모든 DEM 시뮬레이션 기능과 기능을 제공한다는 것입니다. 그러나 메쉬가없는 도메인의 섬유에 여전히 하나의 고유 한 문제가있었습니다 ...
바람 없이 흔들리는 풀이 멈춘다.
나는 도시에서 자랐지 만, 어렸을 때, 나는 작은 농촌에 사는 할머니와 함께 시골에서 많은 여름을 보냈습니다. 내가 방문 할 때마다 나를 매료시킨 것은 사람들이 낫으로 풀을 자르는 방식이었습니다. 나는 약간의 수작업을 좋아하지만, 그것은 나를 위해 너무 많은 노력이다.
그럼에도 불구하고 삼촌들과 나이 든 사촌들이 광활하고 자란 들판에서 구부러진 강철 칼날을 휘두르는 것을 지켜 보는 것에 대해 너무 최면적인 무언가가있었습니다. 그들 주위에, 키 큰 풀밭은 바람에 휩싸여 바다에서 굴러 다니는 파도를 생각 나게했습니다. 그러나 우리 가족이 갈퀴를 사용하여 잘린 풀을 더미에 밀어 넣어 들판을 돌아 다니면서 파도가 사라질 것입니다. 키가 큰 풀은 짧은 풀로 변했고 롤링 효과는 멈출 것입니다.
긴 블레이드 짧음 – CFD(Computational Fluid Dynamics)에 연결하지 않고 Meshless DEM 시뮬레이션에서는 블레이드가 스윙하는 것을 막을 수 있는 물리적 효과가 없습니다. 공기 항력은 현실 세계에서와 마찬가지로 움직임을 약화시키지 않습니다. DEM 시뮬레이션을 사용하여 잔디 절단을 최적화했을 때, 나는 키가 큰 풀을 나타내는 유연한 섬유가 진동하는 방식에주의를 기울였습니다. 최신 Simcenter STAR-CCM+ 릴리즈 2210은 이제 진동 섬유에서 속도 감쇠의 효과를 포착할 수 있습니다. 따라서 하나의 누락 된 조각을 현실적인 섬유 운동과 자르기 물리학의 퍼즐에 추가합니다.
위의 비디오는 댐핑이없는 섬유와 댐핑이없는 섬유의 차이를 보여줍니다. DEM 섬유는 수평 플레이트에 부착되고 초기 변형을 겪습니다. 시뮬레이션은 Meshfree DEM 시뮬레이션 워크플로우를 사용하여 수행되었으며, 이는 CFD에 대한 결합이 없음을 의미합니다. 유체가 시뮬레이션되지 않기 때문에 섬유에 끌림을 유도하는 매체가 없습니다. 시간의 함수로서 최대 섬유 세그먼트 속도에 대한 플롯은 물리학을 감쇠시키지 않고 섬유의 감쇠되지 않은 흔들림을 확인합니다. 댐핑 물리학의 노란색 케이스는 시간에 따라 속도가 전반적으로 감소하는 것을 보여줍니다.
또한 섬유 세그먼트의 고조파 진동이 댐핑없이 케이스에 존재하지만 댐핑의 경우 제거된다는 것을 보여줍니다. 이러한 결과는 댐핑을 이용한 섬유의 보다 정확한 거동뿐만 아니라, 내부 마찰을 통한 진동 에너지 소산의 실제 효과를 재현함으로써 이를 의미한다. 이것은 또한 DEM을 더욱 안정화시킵니다.
세그먼트 사이의 각 결합에서 세그먼트 끝의 상대적 변위를 방지하기위한 효과적인 메커니즘을 가진 시뮬레이션.
아래 비디오는 로봇 모어를 실제로 시뮬레이션 할 때 새로운 섬유 댐핑 물리학을 사용한 결과를 보여줍니다.
측정, 분석, 개선!
2210 릴리스에서 Simcenter STAR-CCM+는 새로운 DEM Force 및 DEM 모멘트 보고서를 제공합니다. 모든 섬유 충격은 절단 블레이드에 역토크를 일으킵니다. 엔지니어는 이를 평가하여 전력 소비를 결정할 수 있습니다. 입자-벽 상호작용을 후처리하는 이 새로운 방법은 설치가 쉽고 정확한 힘 결과를 제공합니다. 이는 DEM 시뮬레이션 시간 단계보다 큰 시간 간격 동안 모든 입자 경계 충돌을 고려하여 실현됩니다. 얻은 회전 블레이드의 토크에 대한 결과는 다음과 같습니다.
파란색 곡선은 모션 솔버에 의해 정의된 시간 스케일(이 예에서 1.0E-4s)에 대한 블레이드의 토크를 나타냅니다. 이러한 결과는 입자 - 벽 충돌의 이산 적 특성을 반영하여 시끄러울 것으로 예상됩니다. 100개의 모션 솔버 타임스텝의 시간 스케일에 걸친 이동 평균은 노란색 곡선으로 표시됩니다.
로봇이 오고 있습니다. 저항은 쓸모가 없다.
돌이켜 보면, 로봇 잔디 깎는 기계를 구입하지 않기로 결정했을 때 나는 또한 변화에 저항하고 있었다는 것을 깨닫는다. 그러나 저항은 종종 변화의 첫 번째 단계 일뿐입니다. 나는 차세대 로봇 모어에 대해 낙관적이다. 원예 장비 제조업체들이 10월 25일 심센터 STAR-CCM+ 2210을 배치함에 따라, 로봇 모어들은 언젠가 내 피네콘으로 덮인 뒤뜰을 찢어 버리기에 적합할 것입니다! Pinecones는 다면체 입자 또는 깨지기 쉬운 입자 덩어리에 대한 완벽한 사용 사례 일 수도 있습니다. 다음 세대의 "pinecone safe"라벨은 나를 설득 할 수있는 독특한 판매 포인트 일 수 있습니다.
로봇에 대한 두 번째 이유를 극복하기 위해 설계자는 물리적 프로토 타입 테스트의 양을 줄임으로써 차세대 비용을 절감 할 수있는 방법을 반드시 찾을 것입니다. 또한 로봇 모어의 더 높은 비용을 더 쉽게 받아 들일 수 있습니다 - "나 자신을위한 더 많은 시간과 새로운 DEM 시뮬레이션 기능"의 이점이 보장된다는 것을 알고 있습니다.
대체로, 내 저항은 쓸데없는 것처럼 보입니다. 로봇이오고있다 ... 내 뒤뜰에서도!
이산 요소 방법 및 그 이상, 농업 산업을위한 Simcenter
그리고 뒤뜰에서 풀을 자르는 것보다 더 큰 문제를 해결해야하는 사람들을 위해 Simcenter는 수확 공정을 효율적으로 최적화 할뿐만 아니라 생산적이고 신뢰할 수있는 농업 기계를 전체적으로 개발할 수있는 모든 기능을 제공합니다.
이산 요소 방법과 동시에 우리는 농업 산업에서 멈추지 않습니다! Simcenter 스니펫 비디오를 시청하여 Simcenter STAR-CCM+의 완전 임베디드 DEM 시뮬레이션 기능에 대해 자세히 알아보십시오.
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