平底筒仓Janssen公式中储料特征高度的测定及其变化规律
发布时间：2021-09-04 20:38
筒仓储料的特征高度是Janssen公式中影响筒仓储料压力计算准确性的重要参数,为了进一步缩小筒仓储料压力的理论值与真实值之间的偏差,该研究对筒仓储料的特征高度进行试验研究。该研究利用筒仓储料压力综合试验装置,对小麦储料堆的底部竖向压力和仓壁总摩擦力进行测量,并根据储料堆的底部竖向压力和仓壁总摩擦力与特征高度之间的关系计算得到特征高度的值。研究了整个储料堆的特征高度与储料填充高度的关系,探讨了储料堆内部的特征高度与填充高度的关系以及储料堆内部的特征高度的分布规律。得到如下结论:1)筒仓储料堆的特征高度的试验值大于Janssen理论值。2)储料堆的底部竖向压力的测试值大于Janssen理论值,筒仓仓壁总摩擦力的测试值小于Janssen理论值。3)对于筒仓整个储料堆的特征高度λ,当高径比H/D<0.9时,随着储料填充高度的增加而逐渐减小;当高径比H/D≥0.9时,特征高度λ值几乎保持不变。4)对于储料堆中不同半径实心圆柱的特征高度,当高径比H/D<0.9时,均随着储料填充高度的增加而逐渐减小;当高径比H/D≥0.9时,随着储料填充高度的增加,半径最大的圆柱（即整个储料堆）的特征高...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
筒仓储料压力综合试验装置
为便于进行描述，仓底各部分由中心向外侧依次称为中心圆盘、一环、二环和三环。仓底各圆环（盘）上的竖向力、竖向压力以及仓壁总摩擦力的试验测试值随填充高度的变化如图2所示。从图2可以看出,随着储料填充高度的增加，储料堆的底部竖向力和竖向压力呈非线性增大并逐渐趋于稳定；储料堆的底部竖向压力是非均匀分布的，相同填充高度下底部竖向压力大致为中心大边缘小；仓壁总摩擦力以较快速率增长。将作用在仓底各圆环（盘）上总的竖向力除以仓底面积得到储料堆底部的平均竖向压力。不同填充高度下储料堆的底部竖向压力的试验测试值与Janssen理论值如图3a所示。不同填充高度下仓壁总摩擦力的试验测试值与Janssen理论值如图3b所示。图中对填充高度H进行了无量纲化处理。
根据不同填充高度下仓壁总摩擦力的试验测试值对公式（2）中的特征高度λ进行拟合，得到特征高度的试验测试值λ=0.75。利用储料堆底部的平均竖向压力数据拟合得到的特征高度与利用仓壁总摩擦力数据拟合得到的特征高度二者是相等的。从图3b可以看出，仓壁总摩擦力的测试值与Janssen理论值是有差异的，且随着高径比H/D的增加二者的差值逐渐增大。当高径比H/D≥1.5时，筒仓仓壁总摩擦力的测试值与Janssen理论值二者相对偏差在6%以上；当高径比H/D=4.2时，筒仓仓壁总摩擦力的测试值和Janssen理论值分别为1.844和1.953 kN，二者相对偏差约为6%。文献[17,32-33,42]研究结果表明如果不对粮仓做“摩擦动员”的后续处理,储料压力将明显偏离Janssen理论值，这与本文结果基本一致。储料堆的底部竖向压力和仓壁总摩擦力的试验测试值与Janssen理论值产生偏差的根本原因在于Janssen公式的假设与储料实际受力情况不一致（图4）。从特征高度λ的角度来看，随着填充高度的增加，储料与仓壁间有效摩擦系数未达到最大静摩擦系数μmax的储料与仓壁接触面积进一步增多，致使储料特征高度的实际测试值λ大于Janssen理论值λ"，从而使储料堆的底部竖向压力和仓壁总摩擦力的测试值与Janssen理论值之间的差异越来越明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于粮堆有效摩擦系数分布规律的平底筒仓储料静态压力场计算方法[J]. 陈家豪,陈桂香,王忠旭,李润阳,李东桥. 中国农业大学学报. 2019(11)
[2]基于卸料流态模拟与观测的储粮仓壁动态压力增大机理研究[J]. 原方,杜乾,徐志军,刘海林,王尚荣. 农业工程学报. 2019(05)
[3]改进颗粒组构力学模型模拟筒仓卸粮成拱细观机理[J]. 冯永,李萌. 农业工程学报. 2018(20)
[4]基于离散元模拟筒仓贮料卸料成拱过程及筒仓壁压力分布[J]. 刘克瑾,肖昭然,王世豪. 农业工程学报. 2018(20)
[5]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)
[6]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)
[7]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)
[8]深仓和浅仓储料侧压力新解[J]. 孙珊珊,赵均海,张常光,杨坤. 广西大学学报(自然科学版). 2018(01)
[9]贮料粒径对筒仓卸料流态及仓壁压力影响的细观机理研究[J]. 王世豪,肖昭然,刘克瑾. 河南工业大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]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)
本文编号：3383968
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
筒仓储料压力综合试验装置
为便于进行描述，仓底各部分由中心向外侧依次称为中心圆盘、一环、二环和三环。仓底各圆环（盘）上的竖向力、竖向压力以及仓壁总摩擦力的试验测试值随填充高度的变化如图2所示。从图2可以看出,随着储料填充高度的增加，储料堆的底部竖向力和竖向压力呈非线性增大并逐渐趋于稳定；储料堆的底部竖向压力是非均匀分布的，相同填充高度下底部竖向压力大致为中心大边缘小；仓壁总摩擦力以较快速率增长。将作用在仓底各圆环（盘）上总的竖向力除以仓底面积得到储料堆底部的平均竖向压力。不同填充高度下储料堆的底部竖向压力的试验测试值与Janssen理论值如图3a所示。不同填充高度下仓壁总摩擦力的试验测试值与Janssen理论值如图3b所示。图中对填充高度H进行了无量纲化处理。
根据不同填充高度下仓壁总摩擦力的试验测试值对公式（2）中的特征高度λ进行拟合，得到特征高度的试验测试值λ=0.75。利用储料堆底部的平均竖向压力数据拟合得到的特征高度与利用仓壁总摩擦力数据拟合得到的特征高度二者是相等的。从图3b可以看出，仓壁总摩擦力的测试值与Janssen理论值是有差异的，且随着高径比H/D的增加二者的差值逐渐增大。当高径比H/D≥1.5时，筒仓仓壁总摩擦力的测试值与Janssen理论值二者相对偏差在6%以上；当高径比H/D=4.2时，筒仓仓壁总摩擦力的测试值和Janssen理论值分别为1.844和1.953 kN，二者相对偏差约为6%。文献[17,32-33,42]研究结果表明如果不对粮仓做“摩擦动员”的后续处理,储料压力将明显偏离Janssen理论值，这与本文结果基本一致。储料堆的底部竖向压力和仓壁总摩擦力的试验测试值与Janssen理论值产生偏差的根本原因在于Janssen公式的假设与储料实际受力情况不一致（图4）。从特征高度λ的角度来看，随着填充高度的增加，储料与仓壁间有效摩擦系数未达到最大静摩擦系数μmax的储料与仓壁接触面积进一步增多，致使储料特征高度的实际测试值λ大于Janssen理论值λ"，从而使储料堆的底部竖向压力和仓壁总摩擦力的测试值与Janssen理论值之间的差异越来越明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于粮堆有效摩擦系数分布规律的平底筒仓储料静态压力场计算方法[J]. 陈家豪,陈桂香,王忠旭,李润阳,李东桥. 中国农业大学学报. 2019(11)
[2]基于卸料流态模拟与观测的储粮仓壁动态压力增大机理研究[J]. 原方,杜乾,徐志军,刘海林,王尚荣. 农业工程学报. 2019(05)
[3]改进颗粒组构力学模型模拟筒仓卸粮成拱细观机理[J]. 冯永,李萌. 农业工程学报. 2018(20)
[4]基于离散元模拟筒仓贮料卸料成拱过程及筒仓壁压力分布[J]. 刘克瑾,肖昭然,王世豪. 农业工程学报. 2018(20)
[5]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)
[6]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)
[7]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)
[8]深仓和浅仓储料侧压力新解[J]. 孙珊珊,赵均海,张常光,杨坤. 广西大学学报(自然科学版). 2018(01)
[9]贮料粒径对筒仓卸料流态及仓壁压力影响的细观机理研究[J]. 王世豪,肖昭然,刘克瑾. 河南工业大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]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)
本文编号：3383968
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