JP2006138817A - Method for calculating dynamics characteristics of powder, method for designing reservoir of powder, device for calculating dynamics characteristics of powder, program for calculating dynamics characteristics of powder, and recording medium having recorded dynamics characteristics calculation program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粉体の破壊包絡線を表すワーレン・スプリングの方程式を利用して、粉体の垂直応力、剪断応力、および引張破断応力から、粉体の粘着力および剪断指数を算出する粉体の力学特性算出方法、粉体の貯槽の設計方法、粉体の力学特性算出装置、粉体の力学特性算出プログラム、および該プログラムを記録した記録媒体に関するものである。 The present invention uses a Warren-Spring equation representing a fracture envelope of a powder, and calculates a powder adhesive force and a shear index from the powder normal stress, shear stress, and tensile rupture stress. The present invention relates to a mechanical property calculation method, a powder storage tank design method, a powder mechanical property calculation device, a powder mechanical property calculation program, and a recording medium on which the program is recorded.
粉体を取り扱う設備の設計を行うには、粉体層の密度、粒径分布、含液率などの基礎的物性のみならず、粉体層の剪断特性、付着特性などの力学特性を把握する必要がある。 In order to design facilities that handle powder, not only the basic physical properties such as the density, particle size distribution, and liquid content of the powder layer, but also the mechanical properties such as the shear properties and adhesion properties of the powder layer are grasped. There is a need.
例えば、ホッパーやサイロといった粉体貯槽設備においては、粉体同士が接近し、これに外力が加わる場合には、排出口付近において閉塞が発生し、粉体を排出できないといった問題が生じる場合がある。該問題には、粉体層の力学特性が深く関与している場合が非常に多い。 For example, in powder storage equipment such as hoppers and silos, when powders approach each other and external force is applied to them, there may be a problem that the powders cannot be discharged due to clogging near the discharge port. . In many cases, the mechanical properties of the powder layer are deeply involved in the problem.
そこで、粉体を取り扱う設備の設計者は、取り扱う粉体の粉体層に関する力学特性の評価を行い、該評価に基づいて、上記問題が発生し難いように設備の適切な設計を行っている。 Therefore, the designer of the equipment that handles the powder evaluates the mechanical characteristics of the powder layer of the powder that is handled, and based on the evaluation, designs the equipment appropriately so that the above-mentioned problems are unlikely to occur. .
粉体層の力学特性を評価する方法としては、剪断試験による評価方法が知られている。剪断試験とは、静止粉体層が崩壊によって動的状態に変わるときの崩壊面に働く垂直応力σと剪断応力τとの関係を求め、静止粉体層の破壊特性を評価するための試験法をいう。所定の空隙率εの粉体層について、垂直応力σを変えて実験し、各垂直応力σに対する剪断応力τをσ−τ平面にプロットすることにより、図13に示されるような破壊包絡線YLを得ることができる。 As a method for evaluating the mechanical properties of the powder layer, an evaluation method based on a shear test is known. The shear test is a test method for evaluating the fracture characteristics of a static powder layer by determining the relationship between the normal stress σ and the shear stress τ acting on the collapse surface when the static powder layer changes to a dynamic state due to collapse. Say. For a powder layer having a predetermined porosity ε, the experiment was performed while changing the vertical stress σ, and the shear stress τ with respect to each vertical stress σ was plotted on the σ-τ plane, whereby a fracture envelope YL as shown in FIG. Can be obtained.
ここで、非特許文献1には、粉体が排出口での閉塞などの問題を起こし易い付着性の強い粉体である場合には、破壊包絡線YLは次式と良好に適合することが記載されている。
(τ/τc)n=1+(σ/σt)……(1)。
ここで、σtは引張破断応力、τcは粘着力、nは剪断指数である。上式はワーレン・スプリング(Warren-Spring)の式あるいはファーレー・バレンタイン(Farley-Valentin)の式と呼ばれている。以下、式(1)をW−S式と称する。
Here, in Non-Patent
(Τ / τc) n = 1 + (σ / σt) (1).
Here, σt is the tensile breaking stress, τc is the adhesive force, and n is the shear index. The above formula is called the Warren-Spring formula or the Farley-Valentin formula. Hereinafter, Formula (1) is referred to as WS formula.
さらに、剪断試験により、前記動的状態に変わった後の定常状態において崩壊面に働く垂直応力σと剪断応力τとの関係を求め、σ-τ平面にプロットすることにより、図13に示されるような限界状態線CSLを得ることができる。限界状態線CSLはσ−τ平面上の原点を通過する直線となる。 Further, the relationship between the normal stress σ acting on the collapse surface in the steady state after changing to the dynamic state and the shear stress τ is obtained by a shear test and plotted on the σ-τ plane, as shown in FIG. Such a limit state line CSL can be obtained. The limit state line CSL is a straight line passing through the origin on the σ-τ plane.
そして、破壊包絡線YLと限界状態線CSLとの交点を通り、破壊包絡線YLに接するモール円MCを求めることができる。このモール円の原点からの接線が、図13に示されるような有効破壊包絡線EYLである。有効破壊包絡線EYLの傾斜角δは、粉体の加圧下での摩擦角に相当し、有効内部摩擦角と呼ばれている(非特許文献2を参照。)。 Then, a molding circle MC that passes through the intersection of the fracture envelope YL and the limit state line CSL and is in contact with the fracture envelope YL can be obtained. The tangent line from the origin of this molding circle is an effective destruction envelope EYL as shown in FIG. The inclination angle δ of the effective fracture envelope EYL corresponds to the friction angle of the powder under pressure, and is called the effective internal friction angle (see Non-Patent Document 2).
以上のように、剪断試験により破壊包絡線YLおよび限界状態線CSLを求めることができ、破壊包絡線YLおよび限界状態線CSLから引張破断応力σt、粘着力τc、剪断指数n、有効内部摩擦角δなどの力学特性を求めることができる。 As described above, the fracture envelope YL and the limit state line CSL can be obtained by a shear test. From the fracture envelope YL and the limit state line CSL, the tensile breaking stress σt, the adhesive force τc, the shear index n, and the effective internal friction angle Mechanical characteristics such as δ can be obtained.
また、非特許文献1には、剪断試験により得られた破壊包絡線YLを用いて、粉体の流動性評価および品質管理や、貯槽設備の排出口の口径および傾斜角度を求める方法が記載されている。
粉体を取り扱う設備の設計を精度良く行うため、引張破断応力σt、粘着力τc、剪断指数n、有効内部摩擦角δなどの粉体の力学特性を精度良く求めることが望まれている。粉体の力学特性を精度良く求めるには、破壊包絡線YLおよび限界状態線CSLを精度良く求める必要がある。 In order to accurately design facilities for handling powder, it is desired to accurately determine mechanical properties of the powder such as tensile breaking stress σt, adhesive force τc, shear index n, and effective internal friction angle δ. In order to accurately determine the mechanical properties of the powder, it is necessary to accurately determine the fracture envelope YL and the limit state line CSL.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、粉体の破壊包絡線を精度良く求めることができる粉体の力学特性算出方法などを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for calculating powder mechanical properties and the like that can accurately determine a fracture envelope of the powder.
本発明に係る粉体の力学特性算出方法は、上記課題を解決するため、σ−τ平面(但しτ≧0)において、粉体の破壊包絡線を表すW−S式:(τ/τc)n=1+(σ/σt)、を利用して、粉体の垂直応力および剪断応力から、粉体の粘着力および剪断指数を算出する粉体の力学特性算出方法であって、剪断試験による垂直応力および剪断応力の計測値をW−S式にフィッティングすることにより、粉体の粘着力および剪断指数を取得するフィッティングステップと、垂直応力が負である引張領域において、前記フィッティングステップにてフィッティングしたW−S式における剪断応力が、(σ,τ)=(0,0)および(−σt,0)を通るモール円の上側の方程式:τ=(−σ(σ+σt))1/2、における剪断応力に比べて大きいか否かを判断する判断ステップと、該判断ステップにて大きくないと判断した場合には、前記フィッティングステップにて取得した剪断指数を増加するように修正し、修正した剪断指数と、前記垂直応力および剪断応力の計測値とを前記W−S式にフィッティングすることにより、修正した粘着力を取得する修正ステップとを含むことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the method for calculating the mechanical properties of the powder according to the present invention has a WS formula that represents a fracture envelope of the powder in the σ-τ plane (where τ ≧ 0): (τ / τc) A method for calculating the mechanical properties of a powder, wherein n = 1 + (σ / σt) is used to calculate the adhesive force and shear index of the powder from the normal stress and shear stress of the powder, By fitting the measured values of stress and shear stress to the WS formula, the fitting step for obtaining the adhesive force and the shear index of the powder and the fitting step in the tensile region where the normal stress is negative were performed. In the WS equation, the shear stress in the equation above the Mole circle passing through (σ, τ) = (0,0) and (−σt, 0): τ = (− σ (σ + σt)) 1/2 Whether it is greater than the shear stress And determining that the shear index obtained in the fitting step is increased, the corrected shear index, the normal stress and the shear stress are A correction step of acquiring a corrected adhesive force by fitting the measured value to the WS formula.
粉体の破壊包絡線は、垂直応力σが負である引張領域においても、モール円と交わらずに接することが予想される。したがって、引張領域における任意の垂直応力σにおいて、破壊包絡線の剪断応力は、モール円の剪断応力以上であるという条件を満たす必要があると考えられる。また、引張領域において最大となるモール円は、引張破断直前の限界状態におけるモール円、すなわち、(σ,τ)=(0,0)および(−σt,0)を通るモール円である。 The fracture envelope of the powder is expected to be in contact with the molding circle even in the tensile region where the normal stress σ is negative. Therefore, it is considered that the condition that the shear stress of the fracture envelope is equal to or greater than the shear stress of the Mole circle at an arbitrary normal stress σ in the tensile region is considered. Further, the Mole circle that is maximum in the tensile region is a Mole circle in a limit state immediately before the tensile fracture, that is, a Mole circle that passes through (σ, τ) = (0, 0) and (−σt, 0).
そこで、本願発明では、上記の方法のように、前記引張領域において、W−S式における剪断応力が、(σ,τ)=(0,0)および(−σt,0)を通るモール円の上側の方程式における剪断応力に比べて大きくない場合には、剪断指数nを増加してW−S式に再フィッティングを行っている。これにより、上記条件を満たす方向に破壊包絡線を移動させることができるので、より正確な破壊包絡線を求めることができる。 Therefore, in the present invention, as in the above-described method, in the tensile region, the shear stress in the WS formula is that of the mole circle that passes through (σ, τ) = (0, 0) and (−σt, 0). When it is not larger than the shear stress in the upper equation, the shear index n is increased and re-fitting is performed to the WS formula. Thereby, since the destruction envelope can be moved in the direction satisfying the above condition, a more accurate destruction envelope can be obtained.
本発明に係る粉体の力学特性算出方法では、前記修正ステップの後に前記判断ステップに戻って、前記判断ステップおよび前記修正ステップを繰り返す繰返しステップをさらに含むことが好ましい。前記判断ステップおよび前記修正ステップを繰り返すことにより、
より正確な破壊包絡線を確実に求めることができる。
The method for calculating mechanical properties of powder according to the present invention preferably further includes a repetition step of returning to the determination step after the correction step and repeating the determination step and the correction step. By repeating the determination step and the correction step,
A more accurate fracture envelope can be reliably obtained.
ところで、破壊包絡線と上記モール円とは、(σ,τ)=(0,0)において接している。したがって、垂直応力が−σtの近傍(但し−σtよりも大)において、上記条件を満たすか否かを判断すれば、破壊包絡線と上記モール円とが交わるか否かを判断できる。この(−σtの近傍)は、−σtより大きくかつ−0.85×σt以下であるものが好ましく、−0.9×σtであるものが最も好ましい。 By the way, the fracture envelope and the Mole circle are in contact at (σ, τ) = (0, 0). Therefore, if it is determined whether or not the above condition is satisfied in the vicinity of the vertical stress of −σt (however, greater than −σt), it can be determined whether or not the fracture envelope intersects with the Mole circle. This (near -σt) is preferably greater than -σt and less than or equal to -0.85 × σt, and most preferably −0.9 × σt.
また、指数を含む関数の曲線の形状は、指数の変化に敏感である。したがって、前記修正ステップにて修正する剪断指数の増加分は、小さい方が好ましい。具体的には、前記剪断指数の増加分は、0.01以上0.1以下であることが好ましく、0.02であることが最も好ましい。 Further, the shape of the curve of the function including the exponent is sensitive to changes in the exponent. Therefore, it is preferable that the increase in the shear index to be corrected in the correction step is small. Specifically, the increment of the shear index is preferably 0.01 or more and 0.1 or less, and most preferably 0.02.
また、W−S式に含まれる力学特性のうち、引張破断応力は、引張破断法を用いて計測することができる。実際の剪断試験を行う剪断試験装置では、上記引張破断法により引張破断応力を計測できるものが存在する。 Of the mechanical properties included in the WS formula, the tensile breaking stress can be measured using a tensile breaking method. Some shearing test apparatuses that perform an actual shearing test can measure the tensile breaking stress by the above-described tensile breaking method.
そこで、前記フィッティングステップは、前記垂直応力および剪断応力の計測値と、引張破断法を用いて計測された引張破断応力の計測値とをW−S式にフィッティングすることにより、粉体の粘着力および剪断指数を取得するものであり、前記修正ステップは、修正した剪断指数と、前記垂直応力、剪断応力、および引張破断応力の計測値とを前記ワーレン・スプリングの方程式にフィッティングすることにより、修正した粘着力を取得するものであるとしてもよい。 Therefore, the fitting step includes fitting the measured values of the normal stress and the shear stress and the measured values of the tensile rupture stress measured by using the tensile rupture method into a WS formula to thereby determine the adhesive force of the powder. And the correction step is performed by fitting the corrected shear index and the measured values of the normal stress, shear stress, and tensile rupture stress to the Warren Spring equation. It is good also as what acquires acquired adhesive force.
また、前記フィッティングステップは、前記垂直応力および剪断応力の計測値をワーレン・スプリングの方程式にフィッティングすることにより、粉体の引張破断応力、粘着力および剪断指数を取得するものであり、前記修正ステップは、修正した剪断指数と、前記垂直応力および剪断応力の計測値とを前記W−S式にフィッティングすることにより、修正した引張破断応力および粘着力を取得するものであるとしてもよい。 Further, the fitting step is to obtain the tensile rupture stress, the adhesive force and the shear index of the powder by fitting the measured values of the normal stress and the shear stress to the Warren Spring equation, and the correction step. May obtain the corrected tensile rupture stress and adhesive force by fitting the corrected shear index and the measured values of the normal stress and the shear stress to the WS formula.
本発明に係る粉体の貯槽の設計方法は、上記課題を解決するために、上記の粉体の力学特性算出方法により求められるW−S式で表される破壊包絡線と、剪断試験により求められる限界状態線および壁破壊包絡線とを用いて、粉体の貯槽における出口の径と傾斜角度とを求めることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the powder storage tank design method according to the present invention is determined by a fracture envelope represented by the WS formula obtained by the above-described method for calculating mechanical properties of powder and a shear test. It is characterized in that the diameter and the inclination angle of the outlet in the powder storage tank are obtained using the limit state line and the wall fracture envelope.
上記の方法によると、より精度の良い破壊包絡線を利用できるので、粉体の貯槽の設計をより正確に行うことができる。 According to the above method, since a more accurate fracture envelope can be used, the powder storage tank can be designed more accurately.
なお、上記の粉体の力学特性算出方法を利用して、粉体の垂直応力および剪断応力の計測値から、粉体の粘着力および剪断指数を算出する粉体の力学特性算出装置でも、上述の作用効果を得ることができる。 The above-described powder mechanical property calculation method that calculates the adhesive force and shear index of a powder from the measured values of the normal stress and shear stress of the powder using the above-described mechanical property calculation method of the powder is also described above. The effect of this can be obtained.
また、上記の粉体の力学特性算出方法における各ステップを、粉体の力学特性算出プログラムによりコンピュータ上で実行させることができる。さらに、前記粉体の力学特性算出プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で前記粉体の力学特性算出プログラムを実行させることができる。 Further, each step in the above-described powder mechanical property calculation method can be executed on a computer by a powder mechanical property calculation program. Furthermore, by storing the powder mechanical property calculation program in a computer-readable recording medium, the powder mechanical property calculation program can be executed on an arbitrary computer.
以上のように、本発明に係る粉体の力学特性算出方法は、引張領域において、W−S式における剪断応力が、(σ,τ)=(0,0)および(−σt,0)を通るモール円の上側の方程式における剪断応力に比べて大きくない場合には、剪断指数nを増加してW−S式に再フィッティングを行うので、精度の良い破壊包絡線を求めることができるという効果を奏する。 As described above, in the method for calculating the mechanical properties of the powder according to the present invention, in the tensile region, the shear stress in the WS formula is (σ, τ) = (0, 0) and (−σt, 0). If it is not larger than the shear stress in the equation above the passing circle, the shear index n is increased and re-fitting is performed to the WS formula, so that an accurate fracture envelope can be obtained. Play.
本発明の一実施形態について説明する前に、本発明に係る粉体の力学特性算出方法の原理について、図5〜図9に基づいて説明する。 Before describing one embodiment of the present invention, the principle of the powder mechanical property calculation method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
粉体層の破壊包絡線YLは、粉体層が崩壊し始める状態である限界応力状態におけるモール円群の包絡線である。図5に示されるように、破壊包絡線YLに接するモール円(モール破壊円)MCを描くことにより、限界応力状態にある粉体層の内部に働く応力を知ることができる。モール円の中心はσ軸上にあるので、モール円とσ軸との交点は、垂直応力σの最大値および最小値となり、それぞれ最大主応力σ1および最小主応力σ2と呼ばれている。また、このときの剪断応力τはゼロとなる。 The fracture envelope YL of the powder layer is an envelope of the Mole circle group in a limit stress state, which is a state where the powder layer starts to collapse. As shown in FIG. 5, the stress acting on the inside of the powder layer in the critical stress state can be known by drawing a Mole circle (Mole fracture circle) MC in contact with the fracture envelope YL. Since the center of the Mole circle is on the σ axis, the intersections of the Mole circle and the σ axis are the maximum value and the minimum value of the normal stress σ, which are called the maximum principal stress σ1 and the minimum principal stress σ2, respectively. At this time, the shear stress τ is zero.
図6は、垂直応力が負である引張領域におけるモール破壊円MCおよび破壊包絡線YLを示している。図示のモール破壊円MCは、最大主応力σ1がゼロであり、最小主応力σ2が引張破断応力σtの負数(−σt)である。すなわち、図示のモール破壊円は、引張破断時の粉体層の内部に働く応力を示している。 FIG. 6 shows the Mole fracture circle MC and the fracture envelope YL in the tensile region where the normal stress is negative. In the illustrated molding failure circle MC, the maximum principal stress σ1 is zero, and the minimum principal stress σ2 is a negative number (−σt) of the tensile breaking stress σt. That is, the Mole fracture circle shown in the figure indicates the stress acting on the inside of the powder layer at the time of tensile fracture.
図6に示されるように、引張破断時のモール破壊円は、(σ,τ)=(−σt,0)において破壊包絡線YLと接することになる。このため、破壊包絡線YLは、次の条件を満足する必要がある。但し、τ≧0である。
条件1:(σ,τ)=(−σt,0)において、破壊包絡線YLの傾きは、引張破断時のモール破壊円の傾きと同じ無限大である。
条件2:−σt<σ<0(引張領域)において、破壊包絡線YLの剪断応力τは、引張破断時のモール破壊円の剪断応力τよりも大きい。
As shown in FIG. 6, the Mole fracture circle at the time of tensile fracture is in contact with the fracture envelope YL at (σ, τ) = (− σt, 0). For this reason, the fracture envelope YL needs to satisfy the following conditions. However, τ ≧ 0.
Condition 1: In (σ, τ) = (− σt, 0), the slope of the fracture envelope YL is infinite, which is the same as the slope of the Mole fracture circle at the time of tensile fracture.
Condition 2: -σt <σ <0 (tensile region), the shear stress τ of the fracture envelope YL is larger than the shear stress τ of the Mole fracture circle at the time of tensile fracture.
条件1に関しては、(σ,τ)=(−σt,0)におけるW−S式(式(1))の傾き(dτ/dσ)を算出することにより、条件1が成立していることが理解できる。したがって、破壊包絡線YLが正確であるか否かを条件2によって判定できることが理解できる。具体的には、剪断試験による垂直応力σおよび剪断応力τの計測値からW−S式へのフィッティングを行って求められた破壊包絡線に対し、条件2を満たすか否かを判定し、満たさない場合には剪断指数nまたは粘着力τcを修正して、再度フィッティングを行うことにより、より正確な破壊包絡線を求めることができる。
Regarding
ところで、図6に示されるモール円は、次式となる。
τ=(−σ(σ+σt))1/2……(2)。
したがって、式(1)・(2)から、条件2は、引張領域にて次式で表されることになる。
τc((σ+σt)/σt)1/n>(−σ(σ+σt))1/2……(3)
ここで、無次元のパラメータkを、k≡σ/σt(但し−1<k<0)、と定義すると、式(3)は次式となる。
f(k)>σt/τc……(4)。
ここで、f(k)≡(k+1)1/n/(−k(k+1))1/2である。
Incidentally, the molding circle shown in FIG.
τ = (− σ (σ + σt)) 1/2 (2).
Therefore, from the formulas (1) and (2), the
τc ((σ + σt) / σt) 1 / n > (− σ (σ + σt)) 1/2 (3)
Here, if the dimensionless parameter k is defined as k≡σ / σt (where -1 <k <0), Equation (3) becomes the following equation.
f (k)> σt / τc (4).
Here, f (k) ≡ (k + 1) 1 / n / (− k (k + 1)) 1/2 .
図7は、関数f(k)の計算結果を、剪断指数nをパラメータとして示している。図示において、k=0は、σ=0に対応し、k=−1は、σ=−σtに対応する。また、剪断指数n=2.5および3のグラフは、実際の粉体としては大きすぎるが、n>2の場合の傾向を知るために参考として記載している。 FIG. 7 shows the calculation result of the function f (k) with the shear index n as a parameter. In the figure, k = 0 corresponds to σ = 0, and k = −1 corresponds to σ = −σt. Further, the graphs of the shear index n = 2.5 and 3 are too large as an actual powder, but are described as a reference in order to know the tendency when n> 2.
図7を参照すると、パラメータkの値が−1に近づく、すなわち垂直応力σが−σtに近づくと、関数f(k)の値は、n>2の場合に無限大に発散し、n=2の場合に1に収束し、n<2の場合に負の無限大に発散することが理解できる。したがって、上式(3)および(4)は、k=−1、すなわちσ=−σtの場合を除外すべきであることが理解できる。 Referring to FIG. 7, when the value of the parameter k approaches −1, that is, the normal stress σ approaches −σt, the value of the function f (k) diverges to infinity when n> 2, and n = It can be seen that when 2 is converged to 1, and when n <2, it diverges to negative infinity. Therefore, it can be understood that the above equations (3) and (4) should exclude the case of k = −1, that is, σ = −σt.
また、実際の粉体では、剪断指数nの値が1から2前後までであり、σt/τcの値が約0.1から約1まで(まれに約2まで)である。したがって、図7を参照すると、パラメータkが−0.6以上であれば、上式(3)および(4)を無条件に満たすことになり、上式(3)および(4)を破壊包絡線の修正に利用しても無意味となる。 In the actual powder, the value of the shear index n is about 1 to 2, and the value of σt / τc is about 0.1 to about 1 (rarely about 2). Therefore, referring to FIG. 7, if the parameter k is −0.6 or more, the above equations (3) and (4) are unconditionally satisfied, and the above equations (3) and (4) are broken. Even if it is used to correct a line, it is meaningless.
そこで、次に、パラメータkの値がどの程度であれば、上式(3)および(4)を満たすか否かを判断する上で望ましいかを検討する。今、W−S式へのフィッティングを行ったところ、図6にて破線で示すように、モール円と交わる破壊包絡線が得られたとする。このとき、破壊包絡線YLとモール円MCとによって囲まれる領域Sが生じる。次に、粘着力τcを増加して、上記領域Sの面積、および破壊包絡線YLとモール円MCとの交点の位置を調べる。これにより、図9に示されるような結果が得られた。 Then, next, it is examined whether the value of the parameter k is desirable for determining whether or not the above expressions (3) and (4) are satisfied. Now, when fitting to the WS formula is performed, it is assumed that a fracture envelope intersecting with the molding circle is obtained as shown by a broken line in FIG. At this time, a region S surrounded by the destruction envelope YL and the molding circle MC is generated. Next, the adhesive force τc is increased, and the area of the region S and the position of the intersection between the fracture envelope YL and the molding circle MC are examined. As a result, a result as shown in FIG. 9 was obtained.
図9を参照すると、k=−0.64の上記領域Sの面積S1に対して、k=−0.85の上記領域Sの面積S2が10分の1となり、k=−0.9の上記領域Sの面積S3が20分の1となることが理解できる。したがって、上式(3)および(4)を満たすか否かを判断する上で、パラメータkが、−1より大きく約−0.85以下の範囲であることが望ましく、約−0.9であることが最も望ましいことが理解できる。すなわち、垂直応力σが、−σtよりも大きく約(−0.85×σt)以下の範囲であることが望ましく、約(−0.9×σt)であることが最も望ましいことが理解できる。 Referring to FIG. 9, the area S2 of the region S of k = −0.85 is 1/10 of the area S1 of the region S of k = −0.64, and k = −0.9. It can be understood that the area S3 of the region S is 1/20. Therefore, in determining whether or not the above expressions (3) and (4) are satisfied, it is desirable that the parameter k is in a range greater than −1 and not greater than about −0.85. It can be seen that it is most desirable. That is, it can be understood that the normal stress σ is preferably in the range of greater than −σt and not greater than about (−0.85 × σt), and most preferably about (−0.9 × σt).
〔実施の形態〕
以下、本発明の一実施形態について図1〜図4、および図10〜図12を参照しつつ説明する。図2は、本実施形態である粉体用貯槽設計システムの概要を示している。該システム10は、剪断試験装置11、力学特性算出装置12、および貯槽設計装置13を備える構成である。これらの装置11〜13は、一般的なコンピュータと同様の構成を有している。
Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIGS. 10 to 12. FIG. 2 shows an outline of the powder storage tank design system according to this embodiment. The
剪断試験装置11は、剪断試験により垂直応力σおよび剪断応力τを計測するものである。また、剪断試験装置11は、引張破断法により引張破断応力σtを計測することができる。剪断試験装置11は、計測した垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtを力学特性算出装置12に出力する。
The shear test apparatus 11 measures the normal stress σ and the shear stress τ by a shear test. Further, the shear test apparatus 11 can measure the tensile breaking stress σt by the tensile breaking method. The shear test apparatus 11 outputs the measured normal stress σ, shear stress τ, and tensile rupture stress σt to the mechanical
このような剪断試験装置11の例としては、Jenikeの剪断試験装置である三協パイオテック社製のPOWDER BED TESTER PTHN-13BAが挙げられる。この装置は、剪断試験により剪断応力τを計測するとともに、引張破断法により引張破断強度(応力)σtを計測でき、さらに、引張破断強度σtの計測時に空隙率εを計測できるものである。 An example of such a shear test apparatus 11 is POWDER BED TESTER PTHN-13BA manufactured by Sankyo Piotech Co., Ltd., which is a Jenike shear test apparatus. This apparatus measures the shear stress τ by a shear test, can measure the tensile rupture strength (stress) σt by a tensile rupture method, and can measure the porosity ε when measuring the tensile rupture strength σt.
力学特性算出装置12は、剪断試験装置11から取得した垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtの計測値を用いて、破壊包絡線YLを求め、破壊包絡線YLを示すW−S式の粘着力τcおよび剪断指数nを算出するものである。なお、剪断試験装置11が引張破断応力σtを計測しない場合には、垂直応力σおよび剪断応力τの計測値を用いてW−S式へのフィッティングを行うことにより、粘着力τcおよび剪断指数nとともに引張破断応力σtを算出することもできる。
The mechanical
また、力学特性算出装置12は、剪断試験装置11から取得した垂直応力σおよび剪断応力τの計測値を用いて、限界状態線CSLを求め、この限界状態線CSLと上記破壊包絡線YLとから有効破壊包絡線EYLを求めて、有効破壊包絡線EYLを示す力学特性である有効内部摩擦角δを算出するものである。
Further, the mechanical
また、力学特性算出装置12は、剪断試験装置11から取得した垂直応力σおよび剪断応力τの計測値を用いて、壁破壊包絡線WYL(図12を参照。)を求め、壁破壊包絡線WYLを示す壁摩擦角φwを算出するものである。壁破壊包絡線WYLは、上述した三協パイオテック社製のPOWDER BED TESTER PTHN-13BAのような平行平板式の剪断試験装置において、可動板を設計対象の壁面材に変更して垂直応力σおよび剪断応力τを計測することにより求めることができる。
Further, the mechanical
また、力学特性算出装置12は、取得または算出した力学特性である粘着力τc、剪断指数n、引張破断応力σt、有効内部摩擦角δ、および壁摩擦角φwを貯槽設計装置13に出力する。
Further, the mechanical
貯槽設計装置13は、力学特性算出装置12から取得した粘着力τc、剪断指数n、引張破断応力σt、有効内部摩擦角δ、および壁摩擦角φwを用いて、閉塞の発生し難い貯槽を設計するものである。
The storage
なお、上記の装置11〜13において、外部に情報を出力する形態としては、任意の形態を利用することができ、例えば、印刷媒体にデータを印刷する形態、記録媒体にデータを記録する形態、および、通信媒体を介して外部の装置にデータを送信する形態が挙げられる。同様に、外部から情報を取得する形態としては、任意の形態を利用することができ、例えば、印刷媒体のスキャニングを行う形態、記録媒体からデータを読み出す形態、および、外部の装置から通信媒体を介してデータを受信する形態が挙げられる。 In the above devices 11 to 13, any form can be used as the form for outputting information to the outside. For example, the form for printing data on a print medium, the form for recording data on a recording medium, Further, there is a mode in which data is transmitted to an external device via a communication medium. Similarly, any form can be used as a form for acquiring information from the outside. For example, a form for scanning a print medium, a form for reading data from a recording medium, and a communication medium from an external device. The form which receives data via is mentioned.
次に、力学特性算出装置12および貯槽設計装置13に関してさらに詳細に説明する。まず、力学特性算出装置12の詳細について、図1・図3・図4を参照しつつ説明する。
Next, the mechanical
図3は、力学特性算出装置12の概略構成を示している。図示のように、力学特性算出装置12は、入力部20、破壊包絡線算出部21、限界状態線算出部22、壁破壊包絡線算出部23、有効破壊包絡線算出部24、および出力部25を備える構成である。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the mechanical
入力部20は、入力デバイス、スキャンデバイス、再生デバイス、受信デバイスなどを用いて、剪断試験装置11からの情報の入力を受け付けるものである。また、入力部20は、剪断試験装置11からのデータを破壊包絡線算出部21、限界状態線算出部22、および壁破壊包絡線算出部23に送信する。
The
なお、入力デバイスの例としては、キーボード、テンキー、カーソルキー、例えばマウスなどのポインティングデバイス、およびタッチパネルが挙げられる。また、再生デバイスは、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどの外部記録媒体に記録されたデータを再生するものであり、例えば、フレキシブルディスクドライブ、CD−ROMドライブ、DVDドライブ、MOドライブなどが挙げられる。 Examples of the input device include a keyboard, a numeric keypad, a cursor key, for example, a pointing device such as a mouse, and a touch panel. The playback device plays back data recorded on an external recording medium such as a flexible disk, an optical disk, or a magneto-optical disk. Examples thereof include a flexible disk drive, a CD-ROM drive, a DVD drive, and an MO drive. It is done.
破壊包絡線算出部21は、剪断試験装置11から入力部20を介して取得した垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtの計測値を用いて、破壊包絡線YLを求め、破壊包絡線YLを示すW−S式における力学特性である粘着力τcおよび剪断指数nを算出するものである。また、破壊包絡線算出部21は、求めた破壊包絡線YLを有効破壊包絡線算出部24に送り出す。また、破壊包絡線算出部21は、粘着力τcおよび剪断指数nの算出値を引張破断応力σtの計測値とともに出力部25に送信する。なお、破壊包絡線算出部21の詳細については後述する。
The fracture
限界状態線算出部22は、剪断試験装置11から入力部20を介して取得した垂直応力σおよび剪断応力τの計測値を用いて、限界状態線CSLを求めるものである。限界状態線算出部22は、求めた限界状態線CSLを有効破壊包絡線算出部24に送り出す。
The limit state
壁破壊包絡線算出部23は、剪断試験装置11から入力部20を介して取得した垂直応力σおよび剪断応力τの計測値を用いて、壁破壊包絡線WYLを求め、壁破壊包絡線WYLを示す壁摩擦角φwを算出するものである。壁破壊包絡線算出部23は、壁摩擦角φwの算出値を出力部25に送信する。
The wall fracture
有効破壊包絡線算出部24は、破壊包絡線算出部21から取得した破壊包絡線YLと、限界状態線算出部22から取得した限界状態線CSLとを用いて、有効破壊包絡線EYLを求めて、有効破壊包絡線EYLを示す力学特性である有効内部摩擦角δを算出するものである。有効破壊包絡線算出部24は、有効内部摩擦角δの算出値を出力部25に送信する。
The effective destruction
出力部25は、破壊包絡線算出部21、壁破壊包絡線算出部23、および有効破壊包絡線算出部24から受信した力学特性τc・n・σt・φw・δを、印刷出力デバイス、記録デバイス、送信デバイスなどを用いて、貯槽設計装置13に情報を出力するものである。
The output unit 25 outputs the mechanical characteristics τc · n · σt · φw · δ received from the fracture
なお、記録デバイスは、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどの外部記録媒体にデータを記録するものであり、例えば、フレキシブルディスクドライブ、CD−Rドライブ、MOドライブなどが挙げられる。 Note that the recording device records data on an external recording medium such as a flexible disk, an optical disk, and a magneto-optical disk, and examples thereof include a flexible disk drive, a CD-R drive, and an MO drive.
次に、破壊包絡線算出部21の詳細について図1および図4に基づいて説明する。図4は、破壊包絡線算出部21の概略構成を示している。図示のように、破壊包絡線算出部21は、計測値取得部30、記憶部31、フィッティング部32、判定部33、剪断指数修正部34、および再フィッティング部35を備える構成である。
Next, details of the fracture
計測値取得部30は、剪断試験装置11から入力部20を介して、垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtの計測値を取得するものである。計測値取得部30は、取得した計測値を記憶部31に記憶させる。記憶部31は、各種情報を記憶する機能を有し、例えば半導体メモリやハードディスクによって構成される。
The measurement
フィッティング部32は、記憶部31から読み出した垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtの計測値をW−S式にフィッティングして、W−S式における力学特性である粘着力τcおよび剪断指数nを算出するものである。フィッティング部32は、記憶部31から読み出した引張破断応力σtと、算出した粘着力τcおよび剪断指数nとを判定部33に送信する。
The fitting unit 32 fits the measured values of the normal stress σ, the shear stress τ, and the tensile rupture stress σt read from the
判定部33は、フィッティング部32または再フィッティング部35から受信した引張破断応力σt、粘着力τc、および剪断指数nを利用して、垂直応力σが−0.9×σtであるとき、W−S式における剪断応力τ(但しτ≧0)が、(σ,τ)=(0,0)および(−σt,0)を通るモール円、すなわち引張破断直前の限界応力状態におけるモール破壊円の剪断応力τ(但しτ≧0)よりも大きいという条件を満たすか否かを判断する。
The
この条件を満たす場合、判定部33は、破壊包絡線YLが求まったとして、受信した引張破断応力σt、粘着力τc、および剪断指数nを他のブロックに出力する。一方、上記条件を満たさない場合、判定部33は、破壊包絡線YLを修正する必要があるとして、剪断指数修正部34に剪断指数nを送信する。
When this condition is satisfied, the
剪断指数修正部34は、判定部33から受信した剪断指数nに対し、所定の増分(望ましくは約0.02)だけ増加するように修正するものである。剪断指数修正部34は、修正した剪断指数nを再フィッティング部35に送信する。
The shear
再フィッティング部35は、記憶部31から読み出した垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtと、剪断指数修正部34が修正し、かつ剪断指数修正部34から受信した剪断指数nとを、W−S式に再フィッティングして、W−S式における力学特性である粘着力τcを算出するものである。再フィッティング部35は、記憶部31から読み出した引張破断応力σtと、剪断指数修正部34から受信した剪断指数nと、算出した粘着力τcとを判定部33に送信する。これにより、判定部33における判定動作が繰り返されることになる。
The
図1は、上記構成の破壊包絡線算出部21における処理動作を示している。図示のように、まず、計測値取得部30が、垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtの計測値を取得する(ステップS10(以下「S10」と略称することがある。他のステップについても同様である。))。
FIG. 1 shows a processing operation in the destruction
次に、取得した垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtの計測値を用いて、フィッティング部32がW−S式にフィッティングを行い、これにより粘着力τcおよび剪断指数nを取得する。次に、判定部33は、τ≧0において、フィッティングしたW−S式の方が、引張領域におけるモール破壊円に比べて、垂直応力σが−0.9×σtであるときの剪断応力τが大きいという条件を満たすか否かを判断する(S12)。
Next, using the measured values of the obtained normal stress σ, shear stress τ, and tensile rupture stress σt, the fitting unit 32 performs fitting to the WS formula, thereby obtaining the adhesive force τc and the shear index n. . Next, the
上記条件を満たさない場合には(S12にてNO)、剪断指数修正部34が剪断指数nを所定の増分だけ増加し、増加した剪断指数nと、上記垂直応力σ、剪断応力τ、および引張破断応力σtの計測値とを用いて、再フィッティング部35がW−S式へのフィッティングを再度行い、これにより粘着力τcを取得する(S13)。その後、ステップS12に戻って上記処理動作を繰り返す。
When the above condition is not satisfied (NO in S12), the shear
なお、剪断指数nの増加分は、大きすぎると破壊包絡線の形状が急激に変化して、精度が悪化する可能性があり、反対に小さすぎると判定処理および再フィッティング処理が増えて、全体の処理時間が長くなる。したがって、剪断指数nの増加分は、約0.01以上約0.1以下であることが望ましく、約0.02であることが特に望ましい。 Note that if the increase in the shear index n is too large, the shape of the fracture envelope may change abruptly and the accuracy may deteriorate, whereas if it is too small, the determination processing and re-fitting processing will increase. The processing time becomes longer. Therefore, the increment of the shear index n is desirably about 0.01 or more and about 0.1 or less, and particularly desirably about 0.02.
一方、上記条件を満たす場合には(S12にてYES)、破壊包絡線YLが求まったとして、判定部33が、取得した引張破断応力σt、粘着力τc、および剪断指数nを他のブロックに出力する。その後、破壊包絡線算出部21における処理動作を終了する。
On the other hand, if the above condition is satisfied (YES in S12), the
次に、貯槽設計装置13の詳細について図10〜図12を参照しつつ説明する。今、図10に示されるように、下部がテーパ状であり、最下部が粉体の排出口となる貯槽40を設計する場合を考える。また、閉塞の発生し難い最小の排出口径を最小口径Bとし、鉛直方向とテーパ面とのなす角度を傾斜角αとする。
Next, details of the storage
図11および図12は、前記最小口径Bおよび傾斜角αを求める処理動作を示している。この処理動作は、設計対象の粉体に関する破壊包絡線YLの力学特性σt・τc・n、有効破壊包絡線EYLの力学特性δ、および壁破壊包絡線WYLの力学特性φwを、力学特性算出装置12から取得することにより開始される。 11 and 12 show the processing operation for obtaining the minimum aperture B and the inclination angle α. In this processing operation, mechanical characteristics σt · τc · n of the fracture envelope YL regarding the powder to be designed, mechanical characteristics δ of the effective fracture envelope EYL, and mechanical characteristics φw of the wall fracture envelope WYL are obtained as a mechanical characteristic calculation device. It starts by acquiring from 12.
まず、図13に示されるように、破壊包絡線YLから、原点を通るモール破壊円の大きい方の主応力である破壊強度fcが求められる(S40)。また、図13に示されるように、破壊包絡線YLおよび有効破壊包絡線EYLに接するモール破壊円が、破壊包絡線YLおよび限界状態線CSLの交点を通り、かつ破壊包絡線YLに接するモール破壊円であるので、このモール破壊円の主応力の大きい方が最大主応力σ1となる。したがって、破壊包絡線YLおよび有効破壊包絡線EYLからは最大主応力σ1が求められる(S42)。 First, as shown in FIG. 13, the fracture strength fc, which is the principal stress of the larger Mole fracture circle passing through the origin, is obtained from the fracture envelope YL (S40). Further, as shown in FIG. 13, the Mole fracture circle in contact with the destruction envelope YL and the effective destruction envelope EYL passes through the intersection of the destruction envelope YL and the limit state line CSL and is in contact with the destruction envelope YL. Since it is a circle, the larger principal stress of the Mole fracture circle is the maximum principal stress σ1. Therefore, the maximum principal stress σ1 is obtained from the fracture envelope YL and the effective fracture envelope EYL (S42).
次に、粉体に対する予圧密を変えて上記ステップS40・S42を繰り返すことにより、少なくとも3組の(fc、δ、σ1)を求める(S44)。これにより、σ1−δ平面に少なくとも3点をプロットできるから、最大主応力σ1に対する有効摩擦角δの関係をグラフで表わすことができる(S45)。
Next, at least three sets (fc, δ, σ1) are obtained by changing the pre-consolidation of the powder and repeating the steps S40 and S42 (S44). Thus, since at least three points can be plotted on the σ 1 -δ plane, the relationship of the effective friction angle δ to the maximum
同様に、σ1−fc平面に少なくとも3点をプロットできるから、最大主応力σ1に対する破壊強度fcの関係をグラフで表わすことができる(S46)。ここで、σ1/fcの値は、粉体の流動性を表わし、FF(フローファンクション)と定義されている。
Similarly, since at least three points can be plotted on the σ1-fc plane, the relationship of the fracture strength fc to the maximum principal stress σ1 can be represented by a graph (S46). Here, the value of
また、ステップS44にて求められた少なくとも3組の(fc、δ、σ1)から、有効摩擦角δの代表値δ0を選択する(S47)。代表値δ0の例としては、有効摩擦角δの中間値が挙げられる。 Further, the representative value δ0 of the effective friction angle δ is selected from at least three sets (fc, δ, σ1) obtained in step S44 (S47). An example of the representative value δ0 is an intermediate value of the effective friction angle δ.
次に、ステップS47により選択された有効摩擦角の代表値δ0と、力学特性算出装置12から取得した壁摩擦角φwとを用いて、ファネルフローおよびマスフローの境界となる臨界傾斜角αcとフローファクタffとを求める(S48)。臨界傾斜角αcは、α−φw平面においてファネルフローの領域とマスフローの領域との境界線を有効内部摩擦角δごとに示したフローパターン判定図(図示せず)を用いて求めることができる。
Next, using the representative value δ0 of the effective friction angle selected in step S47 and the wall friction angle φw acquired from the mechanical
また、フローファクタffは、有効摩擦角の代表値δ0、壁摩擦角φw、および臨界傾斜角αcを変数とする計算式から求めることができる。或いは、フローファクタffは、有効摩擦角δが代表値δ0である場合のα−φw平面におけるフローファクタffの等高線図を用いて求めることができる。 Further, the flow factor ff can be obtained from a calculation formula using the representative value δ0 of the effective friction angle, the wall friction angle φw, and the critical inclination angle αc as variables. Alternatively, the flow factor ff can be obtained using a contour map of the flow factor ff in the α-φw plane when the effective friction angle δ is the representative value δ0.
ここで、フローファクタffは、流路の流動性を表わしており、ff=σ1/(バーσ1)となる。なお、バーσ1は、粉体層内のアーチ部に沿って働く最大主応力である。したがって、フローファクタffは、σ1−(バーσ1)平面上では原点を通る直線となる。 Here, the flow factor ff represents the fluidity of the flow path, and is ff = σ1 / (bar σ1). The bar σ1 is the maximum principal stress that works along the arch portion in the powder layer. Therefore, the flow factor ff is a straight line passing through the origin on the σ1− (bar σ1) plane.
次に、σ1−fc平面上におけるフローファンクションFFのグラフと、σ1−(バーσ1)平面上におけるフローファクタffのグラフとの交点を求め、該交点における最大主応力σ1を求める(S49)。次に、求められた最大主応力σ1における有効摩擦角δを、ステップS45により表わされた最大主応力σ1に対する有効摩擦角δのグラフを用いて求め、これを算出値δ1とする(S50)。
Next, the intersection of the graph of the flow function FF on the σ 1 -fc plane and the graph of the flow factor ff on the σ 1-(bar σ 1) plane is obtained, and the maximum
次に、δ1=δ0±1.5となるまで、すなわち、算出値δ1が代表値δ0と許容範囲内で一致するまで、算出値δ1を代表値δ0として上記ステップS47〜S50を繰り返す(S51)。 Next, steps S47 to S50 are repeated with the calculated value δ1 as the representative value δ0 until δ1 = δ0 ± 1.5, that is, until the calculated value δ1 coincides with the representative value δ0 within the allowable range (S51). .
次に、ステップS49において求めたフローファンクションFFのグラフとフローファクタffのグラフとの交点における最大主応力バーσ1を求めるとともに(S52)、α=αc−4とする(S53)。ステップS53の処理は、貯槽の排出口の断面が円形である場合に、粉体の自重によって全粉体が排出されることを確実なものとするために、臨界傾斜角αcから4度狭い角度を設計値の傾斜角αとするためである。なお、貯槽の排出口の断面が矩形である場合には、臨界傾斜角αcを設計値の傾斜角αとしている。 Next, the maximum principal stress bar σ1 at the intersection of the graph of the flow function FF and the graph of the flow factor ff determined in step S49 is determined (S52), and α = αc−4 (S53). The process of step S53 is an angle narrowed by 4 degrees from the critical inclination angle αc in order to ensure that the entire powder is discharged by its own weight when the cross section of the discharge port of the storage tank is circular. Is the designed inclination angle α. In addition, when the cross section of the discharge port of the storage tank is rectangular, the critical inclination angle αc is set as the designed inclination angle α.
ところで、貯槽の開口部にてアーチ部が保持される限界の状態では、力の釣合式γ×B×g=H(α)×(バーσ1)が成立する。ここで、γは嵩密度であり、gは重力加速度であり、H(α)はアーチ部の両端における傾斜角αを考慮した補正項である。前記釣合式は、左辺がアーチ部の自重に相当し、右辺がアーチ部を支えるために必要な力に相当する。なお、前記釣合式は、力の単位としてSI単位系を利用した場合の式であり、グラム重、キログラム重などの重力単位系を利用する場合には、左辺の重力加速度を省略する必要がある。 By the way, in the limit state where the arch portion is held at the opening of the storage tank, the force balance equation γ × B × g = H (α) × (bar σ 1) is established. Here, γ is a bulk density, g is a gravitational acceleration, and H (α) is a correction term in consideration of the inclination angle α at both ends of the arch portion. In the balance type, the left side corresponds to the weight of the arch part, and the right side corresponds to the force necessary to support the arch part. The balance equation is an equation when an SI unit system is used as a unit of force. When a gravity unit system such as gram weight or kilogram weight is used, it is necessary to omit the gravitational acceleration on the left side. .
したがって、最小開口径Bを求めるため、ステップS53により求められたαを用いてH(α)を求め(S54)、求められたH(α)と、ステップS52より求められた(バーσ1)と、粒子密度Densおよび空隙率εから求められる嵩密度γとを用いて、B=(バーσ1)×H(α)/(γ×g)を計算する(S55)。 Accordingly, in order to obtain the minimum opening diameter B, H (α) is obtained by using α obtained in step S53 (S54), and the obtained H (α) and the obtained from step S52 (bar σ1). Then, B = (bar σ1) × H (α) / (γ × g) is calculated using the bulk density γ obtained from the particle density Dens and the porosity ε (S55).
ここで、H(α)は、貯槽下部の排出部が同心円錐形である場合には、近似式H(α)=2+(α/60)から求めることができ、前記排出部の断面が矩形である場合には、近似式H(θ)=1+(θ/180)から求めることができる。或いは、H(α)は、傾斜角αとH(α)との関係を示すグラフから求めることができる。 Here, H (α) can be obtained from the approximate expression H (α) = 2 + (α / 60) when the discharge part at the lower part of the storage tank has a conical cone shape, and the cross section of the discharge part is rectangular. In this case, the approximate expression H (θ) = 1 + (θ / 180) can be obtained. Alternatively, H (α) can be obtained from a graph showing the relationship between the inclination angle α and H (α).
そして、ステップS53により求められた傾斜角αと、ステップS55により求められた最小口径Bとを出力して(S56)、処理動作を終了する。 Then, the inclination angle α obtained in step S53 and the minimum aperture B obtained in step S55 are output (S56), and the processing operation is terminated.
〔実施例〕
上記実施形態の粉体用貯槽設計システム10を用いて、実際の粉体から貯槽の設計を行った。
〔Example〕
Using the powder storage
本実施例では、粉体としてフライアッシュを使用した。この粉体の粒径分布は、体積基準の幾何平均径が18μmであり、幾何標準偏差が2.0であった。剪断試験装置11としては、上述の三協パイオテック社製のPOWDER BED TESTER PTHN-13BAを使用した。 In this example, fly ash was used as the powder. Regarding the particle size distribution of the powder, the volume-based geometric average diameter was 18 μm, and the geometric standard deviation was 2.0. As the shear test apparatus 11, the above-mentioned POWDER BED TESTER PTHN-13BA manufactured by Sankyo Piotech Co., Ltd. was used.
次に、剪断試験装置11から出力される垂直応力σ、剪断指数n、および引張破断応力σtの計測値を力学特性算出装置12に入力すると、破壊包絡線YLが求まる。この破壊包絡線YLは、引張破断応力σt=247Pa、粘着力τc=282Pa、および剪断指数n=1.7であり、図8に実線で示されるようになった。そして、力学特性算出装置12からの上記力学特性を貯槽設計装置13に入力したところ、貯槽の最小口径B=110mmとなった。なお、傾斜角は23°で一定とした。
Next, when the measured values of the normal stress σ, the shear index n, and the tensile breaking stress σt output from the shear test apparatus 11 are input to the mechanical
次に、上記実施例の比較例として、同じ粉体に対し、従来の方法で破壊包絡線YLを求めて貯槽の設計を行った。このとき、求められた破壊包絡線YLは、引張破断応力σt=247Pa、粘着力τc=245Pa、および剪断指数n=1.4であり、図8に破線で示されるようになった。この破壊包絡線YLは、σ=−0.64×σtにてモール円と交わっていた。また、この破壊包絡線YLを利用して貯槽の設計を行ったところ、貯槽の最小口径B=135mmとなり、実施例よりも大きくなった。なお、傾斜角は23°で一定とした。 Next, as a comparative example of the above example, a storage tank was designed for the same powder by obtaining the fracture envelope YL by a conventional method. At this time, the obtained fracture envelope YL was the tensile fracture stress σt = 247 Pa, the adhesive force τc = 245 Pa, and the shear index n = 1.4, and was as shown by the broken line in FIG. The fracture envelope YL intersected with the mole circle at σ = −0.64 × σt. Moreover, when the storage tank was designed using this fracture envelope YL, the minimum diameter B of the storage tank was 135 mm, which was larger than that of the example. The inclination angle was constant at 23 °.
次に、傾斜角が23°(一定)であり、最小口径Bが80mm〜150mmの5mm刻みとなる15種類のSUS製ホッパーを製作し、実際にフライアッシュが全量排出されるか否かを確かめた。その結果、最小口径Bが105mm以上であれば、フライアッシュが全量排出された。以上の結果より、本実施例の方が従来よりも正確な貯槽を設計できることが理解できる。 Next, 15 types of SUS hoppers with an inclination angle of 23 ° (constant) and a minimum aperture B of 80 mm to 150 mm in 5 mm increments were manufactured, and it was confirmed whether or not the fly ash was actually discharged in its entirety. It was. As a result, when the minimum diameter B was 105 mm or more, the entire amount of fly ash was discharged. From the above results, it can be understood that the present embodiment can design a more accurate storage tank than the conventional one.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、剪断試験装置11、力学特性算出装置12、および貯槽設計装置13を別々の構成としているが、何れか2つまたは全てを一体に備えることもできる。
For example, in the said embodiment, although the shear test apparatus 11, the dynamic
また、本願出願人は、粉体の基礎的物性と力学特性との因果関係をNN(ニューラルネットワーク)モデルにて構築し、構築したNNモデルを用いて、粉体の基礎的物性から力学特性を算出し、さらに貯槽を設計することを提案している(例えば、特願2003−94671号)。正確な因果関係をNNモデルに反映させるためには、粉体の基礎的物性および力学特性を精度良く求める必要がある。そこで、最初にNNモデルを構築するときに、上記実施形態の力学特性算出装置12を用いることにより、W−S式の力学特性である引張破断応力σt、粘着力τc、および剪断指数nを精度良く求めることができるので、精度の良いNNモデルを構築することができる。
In addition, the applicant of the present application constructed a causal relationship between the basic physical properties and mechanical properties of the powder using an NN (neural network) model, and used the constructed NN model to obtain the mechanical properties from the basic physical properties of the powder. It has been proposed to calculate and further design a storage tank (for example, Japanese Patent Application No. 2003-94671). In order to reflect an accurate causal relationship in the NN model, it is necessary to accurately obtain basic physical properties and mechanical properties of the powder. Therefore, when constructing the NN model for the first time, by using the mechanical
また、剪断試験装置11、力学特性算出装置12、および貯槽設計装置13の各構成は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
Moreover, each structure of the shear test apparatus 11, the dynamic
すなわち、剪断試験装置11、力学特性算出装置12、および貯槽設計装置13は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである各装置11〜13の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記各装置11〜13に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
That is, the shear test apparatus 11, the mechanical
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。 Examples of the recording medium include tape systems such as magnetic tape and cassette tape, disk systems including magnetic disks such as flexible disks / hard disks, and optical disks such as CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R, and IC cards. A card system such as an optical card (including a memory card) or a semiconductor memory system such as a mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM can be used.
また、剪断試験装置11、力学特性算出装置12、および貯槽設計装置13を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された搬送波あるいはデータ信号列の形態でも実現され得る。
Moreover, the shear test apparatus 11, the dynamic
引張領域における条件を満たさない場合に剪断指数を変更して再フィッティングすることにより、より正確な破壊包絡線を求めることができるので、粉体の誤差が多い場合や、剪断試験による測定値が少ない場合にも精度良く破壊包絡線を求めることができる。 By changing the shear index and re-fitting when the conditions in the tensile region are not met, a more accurate fracture envelope can be obtained, so when there are many powder errors or measured values by the shear test are small Even in this case, the fracture envelope can be obtained with high accuracy.
10 粉体用貯槽設計システム
11 剪断試験装置
12 力学特性算出装置
13 貯槽設計装置
21 破壊包絡線算出部
30 計測値取得部
32 フィッティング部
33 判定部
34 剪断指数修正部
35 再フィッティング部
40 貯槽
YL 破壊包絡線
MC モール円
B 貯槽の最小口径
α 傾斜角
DESCRIPTION OF
Claims (12)
(τ/τc)n=1+(σ/σt)、
(ここで、σt:引張破断応力、τc:粘着力、n:剪断指数)を利用して、粉体の垂直応力および剪断応力から、粉体の粘着力および剪断指数を算出する粉体の力学特性算出方法であって、
剪断試験による垂直応力および剪断応力の計測値をワーレン・スプリングの方程式にフィッティングすることにより、粉体の粘着力および剪断指数を取得するフィッティングステップと、
垂直応力が負である引張領域において、前記フィッティングステップにてフィッティングしたワーレン・スプリングの方程式における剪断応力が、(σ,τ)=(0,0)および(−σt,0)を通るモール円の上側の方程式:
τ=(−σ(σ+σt))1/2、
における剪断応力に比べて大きいか否かを判断する判断ステップと、
該判断ステップにて大きくないと判断した場合には、前記フィッティングステップにて取得した剪断指数を増加するように修正し、修正した剪断指数と、前記垂直応力および剪断応力の計測値とを前記ワーレン・スプリングの方程式にフィッティングすることにより、修正した粘着力を取得する修正ステップとを含むことを特徴とする粉体の力学特性算出方法。 In the σ-τ plane (where σ: normal stress, τ: shear stress, τ ≧ 0), Warren-Spring equation representing the fracture envelope of the powder:
(Τ / τc) n = 1 + (σ / σt),
(Where σt: tensile rupture stress, τc: adhesive force, n: shear index) and the powder mechanics for calculating the powder adhesive force and shear index from the powder normal stress and shear stress A characteristic calculation method comprising:
Fitting step to obtain the powder adhesion and shear index by fitting the normal and shear stress measurements from the shear test to the Warren Spring equation;
In the tensile region where the normal stress is negative, the shear stress in the Warren-Spring equation fitted in the fitting step is that of the Mole circle passing through (σ, τ) = (0,0) and (−σt, 0). Upper equation:
τ = (− σ (σ + σt)) 1/2 ,
A determination step for determining whether the shear stress is larger than the shear stress in
If it is determined in the determination step that it is not large, the shear index acquired in the fitting step is corrected so as to increase, and the corrected shear index and the measured values of the normal stress and shear stress are converted into the Warren. A method for calculating the mechanical properties of a powder, comprising: a correction step of obtaining a corrected adhesive force by fitting to a spring equation.
前記修正ステップは、修正した剪断指数と、前記垂直応力、剪断応力、および引張破断応力の計測値とを前記ワーレン・スプリングの方程式にフィッティングすることにより、修正した粘着力を取得するものであることを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載の粉体の力学特性算出方法。 The fitting step includes fitting the measured values of the normal stress and the shear stress and the measured values of the tensile rupture stress measured by using the tensile rupture method to the Warren Spring equation, and thereby the adhesion force of the powder and To obtain the shear index,
The correcting step obtains a corrected adhesive force by fitting the corrected shear index and the measured values of the normal stress, shear stress, and tensile breaking stress to the Warren Spring equation. The method for calculating mechanical properties of a powder according to any one of claims 1 to 6.
前記修正ステップは、修正した剪断指数と、前記垂直応力および剪断応力の計測値とを前記ワーレン・スプリングの方程式にフィッティングすることにより、修正した引張破断応力および粘着力を取得するものであることを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載の粉体の力学特性算出方法。 The fitting step is to obtain the tensile rupture stress, adhesive force, and shear index of the powder by fitting the measured values of the normal stress and shear stress to the Warren Spring equation,
The correcting step is to obtain the corrected tensile breaking stress and adhesive force by fitting the corrected shear index and the measured values of the normal stress and the shear stress to the Warren spring equation. The method for calculating mechanical properties of a powder according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
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