考虑贮料剪胀性的筒仓卸料机理离散元研究

发布时间：2017-10-25 16:37

  本文关键词：考虑贮料剪胀性的筒仓卸料机理离散元研究

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【摘要】：筒仓是一种用来贮存散体材料的结构,常被用于贮存粮食、水泥、煤炭等。对粮仓的设计者来说,筒仓的结构设计有着特殊的困难,卸料时粮食会发生剪胀现象,对仓壁产生的动压力远超过粮食储藏时仓壁的静压力,但目前尚未有统一的动侧压力理论来阐述卸料时动压力增大机理。本文利用离散元软件PFC~(3D)对筒仓卸料时贮料的剪胀性进行分析,并基于粮食散体卸料剪胀特性研究了筒仓动态侧压力增大的机理,主要内容如下:(1)通过建立小麦三轴试验离散元数值模型,得到小麦应力-应变曲线,并与室内小麦三轴试验结果对比,标定PFC~(3D)中小麦的法向和切向刚度、摩擦系数等细观参数,研究各个细观参数对宏观参数的影响,分析三轴试验中小麦的剪胀性。(2)基于上述获得的小麦细观参数,建立筒仓模型,利用分层装料的方式模拟实际装料过程,将得到的筒仓装料结束状态下静态侧压力与Janssen值、文献中的模型试验结果以及PFC2D模拟结果作对比,分析贮料孔隙率随深度变化规律。(3)基于上述模型进行筒仓卸料模拟,得到筒仓卸料的动态侧压力,并与规范计算结果、文献中的模型试验结果以及PFC2D模拟结果作对比。同时研究了漏斗的倾角、卸料口的大小、颗粒的内摩擦系数和外摩擦系数以及装料形式等因素对筒仓卸料动态侧压力的影响。(4)引入孔隙率描述贮料剪胀特征,从而研究贮料的剪胀性与筒仓动态侧压力增大机理的关系。卸料开始后,各个颗粒在较短的时间内完成了由静止状态向运动状态的转变。在这个过程中,颗粒之间发生相互碰撞和相互挤压,导致贮料变密实,孔隙率减小,这种碰撞和挤压在漏斗和直筒交接处更加明显,当孔隙率减小到一定值时,贮料会发生剪胀现象,孔隙率增大,颗粒向两侧膨胀,而筒仓仓壁阻碍这种膨胀,使得筒仓的动态侧压力增大,从而产生超压现象。
【关键词】：PFC~(3D) 细观参数 侧压力 筒仓卸料 剪胀性
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 1 绪论10-29
• 1.1 引言10-11
• 1.2 筒仓卸料的研究现状11-26
• 1.2.1 筒仓侧压力的研究现状11-21
• 1.2.2 筒仓卸料机理的研究现状21-25
• 1.2.3 筒仓卸料流动型式的研究现状25-26
• 1.3 存在的问题26-27
• 1.4 本文主要研究内容和技术路线27-29
• 1.4.1 本文主要研究内容27-28
• 1.4.2 技术路线28-29
• 2 小麦三轴试验的PFC~(3D)模拟29-51
• 2.1 小麦三轴试验29-30
• 2.1.1 试验方案29
• 2.1.2 试验步骤29-30
• 2.2 小麦三轴试验PFC~(3D)模型的建立30-39
• 2.2.1 PFC~(3D)计算模型的选定30-33
• 2.2.2 安全系数的选定33-34
• 2.2.3 生成墙体34-35
• 2.2.4 生成孔隙率为n的试样35-36
• 2.2.5 三轴试验加载模拟36-39
• 2.3 颗粒细观参数与材料宏观力学参数的关系39-44
• 2.3.1 颗粒刚度大小的影响39-41
• 2.3.2 颗粒法向刚度和切向刚度比例的影响41-42
• 2.3.3 颗粒摩擦系数的影响42
• 2.3.4 孔隙率监测半径大小的影响42-44
• 2.4 小麦三轴试验的PFC~(3D)模拟结果44-45
• 2.4.1 应力-应变曲线44
• 2.4.2 体变-轴向应变曲线44-45
• 2.5 剪胀性分析45-50
• 2.5.1 剪胀角46-48
• 2.5.2 孔隙率48-50
• 2.6 本章小结50-51
• 3 筒仓试验和PFC~(3D)模型的建立51-63
• 3.1 引言51
• 3.2 筒仓试验51-52
• 3.3 筒仓PFC~(3D)模型的建立52-55
• 3.4 筒仓PFC~(3D)模型的模拟装料55-59
• 3.5 筒仓贮料模拟结果与分析59-61
• 3.6 本章小结61-63
• 4 筒仓卸料PFC~(3D)模拟63-77
• 4.1 筒仓卸料的PFC~(3D)模拟63-64
• 4.2 筒仓卸料PFC~(3D)模拟结果64-67
• 4.3 参数分析67-73
• 4.3.1 漏斗倾角与卸料动态侧压力的关系67-69
• 4.3.2 卸料口大小与卸料动态侧压力的关系69-71
• 4.3.3 颗粒内摩擦系数与卸料动态侧压力的关系71
• 4.3.4 颗粒外摩擦系数与卸料动态侧压力的关系71-72
• 4.3.5 装料形式与卸料动态侧压力的关系72-73
• 4.4 筒仓卸料机理分析73-75
• 4.5 本章小结75-77
• 5 结论与展望77-80
• 5.1 本文的主要研究结论77-78
• 5.2 本文的特色和创新78
• 5.3 本文存在的问题和对今后研究的建议78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 个人简历85

【参考文献】

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本文编号：1094619