筒仓散装粮堆边界压力试验及理论研究
发布时间：2022-01-22 04:57
粮食等散体物料具有复杂的力学特性。由于可以承受静态剪切力,导致其空间静应力不能像流体压力计算那样取零剪切力的静态“固-液”边界,而是要考虑有剪切力的“固-固”边界,同时还需要确定物料的本构关系。目前,在筒仓粮食储料压力理论分析中,小麦等粮食物料还没有适宜的本构模型,而储料压力问题的边界条件也仅是简单定义仓壁边界和粮堆自由面两处,限制了储料压力问题的求解精度和适用范围。因此,仅以目前的条件难以推导普适的粮食压力的计算方法。而试验研究又受到填料方式、仓体变形、填料时内置传感器偏移、粮堆内部应力及仓壁摩擦力难以观测等问题的困扰,有效且可重复的试验方案还很少见。对此,本文以筒仓散装粮堆为研究对象,进行了模型筒仓试验及储料压力理论研究,主要内容如下:（1）提出筒仓内部的摩擦力（仓壁摩擦力和粮堆内部竖向切应力）沿仓径方向和深度方向的变化是造成粮堆同一深度竖向压力不均匀分布的主要因素。基于数值模拟结果和试验数据,讨论了在筒仓直径、装粮高度、外摩擦系数、粮堆深度、深度比等因素影响下,摩擦效应在仓壁处和粮堆内部的分布规律,并以此提出了筒仓摩擦效应的分段数学表达式。（2）根据筒仓摩擦效应的分布规律,本文将...
【文章来源】：河南工业大学河南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
筒仓结构安全是仓房建设的首要问题，对于筒仓来讲，其边界压力是结构安全中最重要
被动土压力偏小。1895 年，德国学者 Janssen[2]以筒仓为研究对象，根据微元体静力平衡状态，如图1.3 所示，推导了著名的 Janssen 公式，首次实现了仓内颗粒行为的数学描述。图 1.3 微元体受力状态Janssen 公式基于如下假设：
然后随着深度的增加逐渐增大，在筒仓底部等于 Rankine 主动压力系数。只有假定筒仓无限深时，K 才可视为常量。2006 年，张兴刚等[13]提出一种圆盘堆积模型（如图 1.4 所示），假定填充颗粒在薄壁筒结构中规则堆积而成，二维空间内，每个颗粒均呈圆盘状。建立了颗粒间的力传递方程，通过设定侧向传递系数 q 这个概念，得到了仓底压力随圆盘层数增加逐渐趋于饱和的现象（类似于粮仓效应），并提出因边界摩擦引起的力传递系数及颗粒间的力传递规律是引起压力饱和的根本原因。2017 年，张兴刚等[14]等将圆盘堆积模型简化为格点系统模型（如图 1.5 所示），在 q 模型的基础上引入摩擦传递系数 p（表征侧壁与颗粒之间的摩擦所导致的格点总输入力被器壁吸收的程度）。基于这种思想，得到了仓底压力沿径向的分布规律，其压力分布为一条圆滑的曲线，仓心处最高，边缘处接近于 0。这个方法很好地还原了仓底压力的非均匀分布现象，是一种十分有价值的研究思想。但由于其研究基于二维模型，难以反映三维空间模型的复杂特征，并且真实颗粒排序会呈现出极大的离散性，所以这种既定排序的方法暂时无法用于指导工程实践。
【参考文献】：
期刊论文
[1]筒仓静态储粮的边界压力及仓壁摩擦力试验研究[J]. 韩阳,李东桥,陈家豪,静行,段君峰. 农业工程学报. 2018(13)
[2]筒仓粮堆内部竖向压力计算方法[J]. 李东桥,韩阳,陈家豪,静行,段君峰. 中国粮油学报. 2018(06)
[3]考虑中间主应力效应的筒仓侧压力计算[J]. 孙珊珊,赵均海,张常光. 建筑科学与工程学报. 2018(03)
[4]二维颗粒堆积中压力问题的格点系统模型[J]. 张兴刚,戴丹. 物理学报. 2017(20)
[5]钢筋混凝土筒仓散料的静力相互作用分析[J]. 周长东,郭坤鹏,孟令凯,张晓阳. 同济大学学报(自然科学版). 2015(11)
[6]小麦力学参数的三轴压缩试验研究[J]. 许启铿,陈家豪,王录民. 河南工业大学学报(自然科学版). 2015(05)
[7]二维晶格颗粒堆积中侧壁的压力分布与转向系数[J]. 杨林,胡林,张兴刚. 物理学报. 2015(13)
[8]粮仓内颗粒压力的测量:Janssen行为及其偏差[J]. 李智峰,彭政,蒋亦民. 物理学报. 2014(10)
[9]二维静态颗粒体系中转向系数与体积分数的实验研究[J]. 高立科,胡林,张兴刚,邓雄. 山东大学学报(理学版). 2014(01)
[10]小麦摩擦特性的试验研究[J]. 程绪铎,陆琳琳,石翠霞. 中国粮油学报. 2012(04)
博士论文
[1]筒仓内散体侧压力沿仓壁分布研究[D]. 陈长冰.合肥工业大学 2006
硕士论文
[1]不同维度下颗粒链的粮仓效应[D]. 王晶.北京理工大学 2016
[2]粮仓系统的应力测量和分析[D]. 李智峰.中南大学 2014
[3]粮食的内摩擦角、弹性模量及体变模量的实验研究[D]. 安蓉蓉.南京财经大学 2010
本文编号：3601588
【文章来源】：河南工业大学河南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
筒仓结构安全是仓房建设的首要问题，对于筒仓来讲，其边界压力是结构安全中最重要
被动土压力偏小。1895 年，德国学者 Janssen[2]以筒仓为研究对象，根据微元体静力平衡状态，如图1.3 所示，推导了著名的 Janssen 公式，首次实现了仓内颗粒行为的数学描述。图 1.3 微元体受力状态Janssen 公式基于如下假设：
然后随着深度的增加逐渐增大，在筒仓底部等于 Rankine 主动压力系数。只有假定筒仓无限深时，K 才可视为常量。2006 年，张兴刚等[13]提出一种圆盘堆积模型（如图 1.4 所示），假定填充颗粒在薄壁筒结构中规则堆积而成，二维空间内，每个颗粒均呈圆盘状。建立了颗粒间的力传递方程，通过设定侧向传递系数 q 这个概念，得到了仓底压力随圆盘层数增加逐渐趋于饱和的现象（类似于粮仓效应），并提出因边界摩擦引起的力传递系数及颗粒间的力传递规律是引起压力饱和的根本原因。2017 年，张兴刚等[14]等将圆盘堆积模型简化为格点系统模型（如图 1.5 所示），在 q 模型的基础上引入摩擦传递系数 p（表征侧壁与颗粒之间的摩擦所导致的格点总输入力被器壁吸收的程度）。基于这种思想，得到了仓底压力沿径向的分布规律，其压力分布为一条圆滑的曲线，仓心处最高，边缘处接近于 0。这个方法很好地还原了仓底压力的非均匀分布现象，是一种十分有价值的研究思想。但由于其研究基于二维模型，难以反映三维空间模型的复杂特征，并且真实颗粒排序会呈现出极大的离散性，所以这种既定排序的方法暂时无法用于指导工程实践。
【参考文献】：
期刊论文
[1]筒仓静态储粮的边界压力及仓壁摩擦力试验研究[J]. 韩阳,李东桥,陈家豪,静行,段君峰. 农业工程学报. 2018(13)
[2]筒仓粮堆内部竖向压力计算方法[J]. 李东桥,韩阳,陈家豪,静行,段君峰. 中国粮油学报. 2018(06)
[3]考虑中间主应力效应的筒仓侧压力计算[J]. 孙珊珊,赵均海,张常光. 建筑科学与工程学报. 2018(03)
[4]二维颗粒堆积中压力问题的格点系统模型[J]. 张兴刚,戴丹. 物理学报. 2017(20)
[5]钢筋混凝土筒仓散料的静力相互作用分析[J]. 周长东,郭坤鹏,孟令凯,张晓阳. 同济大学学报(自然科学版). 2015(11)
[6]小麦力学参数的三轴压缩试验研究[J]. 许启铿,陈家豪,王录民. 河南工业大学学报(自然科学版). 2015(05)
[7]二维晶格颗粒堆积中侧壁的压力分布与转向系数[J]. 杨林,胡林,张兴刚. 物理学报. 2015(13)
[8]粮仓内颗粒压力的测量:Janssen行为及其偏差[J]. 李智峰,彭政,蒋亦民. 物理学报. 2014(10)
[9]二维静态颗粒体系中转向系数与体积分数的实验研究[J]. 高立科,胡林,张兴刚,邓雄. 山东大学学报(理学版). 2014(01)
[10]小麦摩擦特性的试验研究[J]. 程绪铎,陆琳琳,石翠霞. 中国粮油学报. 2012(04)
博士论文
[1]筒仓内散体侧压力沿仓壁分布研究[D]. 陈长冰.合肥工业大学 2006
硕士论文
[1]不同维度下颗粒链的粮仓效应[D]. 王晶.北京理工大学 2016
[2]粮仓系统的应力测量和分析[D]. 李智峰.中南大学 2014
[3]粮食的内摩擦角、弹性模量及体变模量的实验研究[D]. 安蓉蓉.南京财经大学 2010
本文编号：3601588
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