地震作用下散粮楼房仓仓壁动态侧压力分析

地震作用下贮料对仓壁产生的动态侧压力是影响散粮楼房仓结构安全的一个重要因素。为此,该研究设计制作了缩尺比例为1:25的三层楼房仓试验模型,进行了3条地震波下不同加载等级的振动台试验,分析获得了贮料地震反应特性、仓壁动态侧压力变化规律及超压系数,提出了仓壁动态侧压力计算方法。研究表明:不同楼层同一高度处仓壁动态侧压力达到峰值的时间不同步,沿楼房仓高度方向逐步滞后,且其均滞后于对应楼层仓壁加速度峰值时刻;各楼层仓壁动态侧压力逐层增大,每升高一层,增大约29%,且同一楼层的仓壁动态侧压力沿高度逐渐增大,仓壁上部、中部动态侧压力分别是下部的2.5倍、1.4倍;一、二、三层的超压系数最大值依次为2.9、3.4、4.1,且均位于每层仓壁上部位置;通过试验结果验证了所提出的仓壁动态侧压力计算方法的有效性;散粮楼房仓结构抗震设计,应考虑仓壁动态侧压力的影响与不同楼层的差异性。研究成果可为散粮楼房仓的抗震设计提供参考。

基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此,选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型(Dracker-Prager)模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒,建立考虑粮食-仓体相互作用的柱承式筒仓非线性有限元模型。根据增量动力分析法(IDA),按照谱相容性原则选取10条地震动记录,分别以最大层间位移角和地面峰值加速度作为筒仓结构工程需求参数和地震动强度参数,进行空仓、半仓、满仓三种储粮工况的柱承式筒仓结构地震易损性分析以及地震损伤风险评估。结果表明:(1)三种储粮工况下柱承式筒仓结构最大层间位移角均发生在柱顶位置,支承柱进入塑性状态的层间位移角分别为0.015、0.013、0.011 rad;(2)储粮质量大小是决定柱承式筒仓结构损伤刚度退化的重要因素;(3)三种储粮工况下的柱承式筒仓结构均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标;(4)满仓工况筒仓50年超越倒塌极限状态的概率为0.45%,小于FEMA P750中定义的50年倒塌风险的限值1%。研究成果可为筒仓结构基于性能的设计研究及抗震性能评估提供依据。

不同储粮工况下柱承式立筒仓结构动力特性

柱承式立筒仓广泛应用于国家粮食储备,不同储粮工况对其结构动力特性影响显著。为揭示粮食散体对柱承式立筒仓动力特性的影响规律,结合某实际柱承式立筒仓设计制作了缩尺比例为1/25的有机玻璃筒仓模型,在空仓、半仓、3/4仓和满仓4种储粮状态下,进行了振动台模态试验、有限元数值分析和自振频率理论计算。结果表明:不同储粮工况对柱承式立筒仓试验模型的固有频率影响显著,随储粮状态变化,固有频率减小幅度较大,应在结构设计中加以考虑;空仓状态下阻尼比最小,满仓状态比空仓增大42.65%,仓内原有储粮越多,阻尼比增值越大,减震耗能效果越明显;有限元模型一阶固有频率与试验值平均误差为5.1%,所建有限元模型较为合理,为结构动力响应分析及结构设计提供一种合理的数值模拟方法;简化的三质点串联多自由度的弹性动力模型较为准确计算柱承式立筒仓在4种储粮工况下的固有频率,试验值与理论值平均误差为5.6%。研究结果可为柱承式立筒仓结构动力特性计算提供参考,为其抗震性能设计提供理论基础和试验依据。

“结构-隔热”一体化墙体粮食侧压力下力学性能影响因素分析

“结构-隔热”一体化墙体是一种新型粮食平房仓构件.为研究墙体参数对其在粮食荷载作用下的力学性能影响,通过有限元模拟分析,探究了连接件的直径、间距、墙体厚度及保温板厚度对墙体挠度、应力的影响.结果表明:在常用范围内,连接件直径及墙体厚度对“结构-隔热”一体化墙体的挠度和应力影响较为显著,连接件的间距及保温板的厚度影响较小.墙体挠度随连接件直径的增大而减小,但易出现应力集中、突变现象.墙体挠度随墙厚度的增大而减小,且内外叶墙单独受力,内叶墙在一定范围内越厚使连接件扭曲越小,对结构越有利.研究成果为“结构-隔热”一体化墙体在实际工程中的设计及优化提供参考.

食用油罐内冷媒管降温模拟试验与优化

为缓解食用油在储藏过程中出现的热分层现象,设计内置冷媒管的食用油储罐,并通过调整冷媒流动方式、冷媒流量和冷媒温度等对储油进行降温对比试验。结果表明:采用上供式和下供式降温均可在储油温度整体下降的同时有效缩小上下层温差(1.93、3.67℃),且与自然降温(6.79℃)相比,热分层现象得到明显改善。采用下供式降温的效率最高,较上供式提高了约20%,且下层油温较上供式低约1.9℃。基于Ansys(Fluent)商用计算流体动力学软件平台,通过数值模拟进一步研究了采用下供式的冷媒流量对下层油温的影响。结果显示下供式降温可有效阻隔外部传热,而下层温度变化集中在低温区域,对远离入口侧区域的影响并不明显。

基于骨架序列多算法的粮仓作业人员异常行为视频识别

粮仓是保障粮食储藏安全的重要设施。粮仓为封闭大空间,仓内光照昏暗、空气流通差,熏蒸、气调等作业增加了人员安全隐患,通过仓内安防视频对作业人员的异常行为进行识别与分析,是作业人员安全操作的一项重要技术保障。提出了一种基于骨架序列多算法的粮仓内作业人员异常行为的视频识别算法。首先,利用YOLOv3tiny模型对人体进行快速检测,结合Sort对多目标进行运动轨迹跟踪,通过AlphaPose模型提取人体骨架坐标序列及权重信息;进而,根据人体骨架自然连接节点构成的实际空间图(RSG)和虚拟人体的重心与头、手、脚互连构建的虚拟空间图(VSG),基于人体动力学重心与手脚互动的平衡性,提取仓内作业人员异常行为的空间特征和串联时间卷积(TC)的时空特征;最后,提出了虚实结合的时空图卷积网络(VR-STGCN)仓内作业人员的异常行为视频识别算法。同时自建了混合数据集,并将VR-STGCN与SSD、PCANet、Two-StreamCNN、STGCN等四种算法进行了对比实验与分析。结果表明:VR-STGCN各项指标均优于其他四种算法;VR-STGCN能够在光线不足、多目标、远距离等复杂环境下准确地识别出仓内人员的跌倒、爬行、躺平等异常行为,识别准确率达到97.7%,处理速度为18.67 fps,能够实时分析作业人员异常行为。研究成果为复杂环境下粮仓作业人员的安全保障提供了一种全新高效的技术。

基于离散单元法的立筒仓卸料动态侧压力数值模拟分析

为研究粮食立筒仓卸料时的动态侧压力,采用离散元仿真软件EDEM数值模拟玉米、小麦和稻谷三种粮食,研究不同种类贮料物理特性和接触属性下的静态侧压力分布,并与规范计算值进行对比;分析卸料过程中动态侧压力分布规律和相应超压系数、流动状态与速度分布关系;基于灰色关联度分析法进行卸料时动态侧压力影响因素分析。研究表明:三种贮料的静态侧压力最大值均出现在仓壁底部范围内且大于规范值,规范公式计算值偏于保守。动态侧压力在卸料过程中会发生震荡增大,三种贮料的动态侧压力最大值分别为6.08、5.38和4.73 kPa,均发生在0.8 m测点深度处且均超过规范中所要求的水平侧压力修正系数,现行规范中水平侧压力修正系数偏于不安全。贮料密度、贮料与仓壁静摩擦系数和贮料与筒仓结构碰撞恢复系数是影响动态侧压力的主要因素。该文可为筒仓规范中对贮料与筒仓结构的碰撞恢复系数的分析提供理论支持。

粮库储粮数量智能检测方法研究进展

储粮数量安全是国家粮食储备安全的重要内容,储粮库存数量检查是保障粮食数量安全的重要手段。传统储粮数量库存检查通常采用直接测量方法,存在耗时、费力、数据滞后、客观性差等不足。近年来,科研人员研究提出了一些智能化、自动化的粮食数量检测法,旨在以信息化技术实现国家粮食数量安全监测,进一步推进智慧粮库建设。围绕单点激光、激光雷达、超声波、压力传感器及视觉等技术,综述了这五种主流的仓内储粮数量智能化检测/监测方法,分析了检测精度和优缺点,展望了储粮数量检测技术未来研究方向。

基于激光雷达的散粮堆粮面异动识别算法研究与验证

粮面异动监测是国家储备粮日常库存检查的重要内容,是粮食仓储监管的一项新需求。为了解决传统粮面异动监测技术难题,本文提出了一种基于激光雷达的粮面异动监测方法。通过搭建一个能够模拟真实粮堆状态的足尺实验平台,利用高精度激光三维测量装置,设计了基于激光扫描点云数据和出入仓作业信息的散粮堆粮面异动识别算法,并通过实验平台进行了算法检验与验证。结果表明:该方法可直接获取高精度的粮堆表面坐标信息,克服了图像识别技术数据精度不足的问题;构建的基于粮堆形貌坐标信息和出入库作业状态数据的粮面异动判据算法,能够实现可靠的定量计算;将所提出的方法应用于实际粮仓场景,验证了该方法的可行性和有效性,能够满足粮食库存动态监管需求,为粮面异动在线监测及预警提供了新技术。

筒承式群仓模型环境激励试验及动力参数识别

为获得群仓动力参数以进行更合理的抗震设计,以上海某粮食储备库的筒壁支承群仓为原型制作群仓模型进行环境激励试验。考虑群仓模型的对称性并结合模型的有限元模态分析结果,在筒仓振动响应较大的位置进行关键测点、一般测点和参考点的布置,测试获得各测点加速度响应。基于模态参数识别理论,引入变换矩阵,通过求解系统矩阵的特征值并经过反向变换来识别群仓模型前4阶动力参数。结果表明:将识别参数与有限元模态分析及峰值拾取法结果进行对比,各阶频率误差在7%以内,各阶振型曲线吻合较好;进一步分析单仓个体的振型曲线,发现贮料及单仓间的相互约束对群仓各阶振型影响较大。在进行群仓抗震设计时,建议至少取前3阶模态进行抗震分析,群仓从外到内进行分层设计,每层按照装料工况下的角仓进行抗震设计。

粮食力学参数的试验研究

利用自行研制的仪器对目前我国部分地区粮食的内摩擦角、对仓壁(混凝土与钢板)摩擦系数、自然安息角等力学参数进行了测试,并通过试验分析了水分含量、颗粒粒径、地区差异性等影响因素.

散粮堆底部压力颗粒流数值模拟分析

在前期散粮堆底部压力现场试验研究的基础上,利用PFC3D软件建立了相应的颗粒流数值模型,对散粮堆底部压力进行数值模拟分析。根据数值模拟得到的数据,利用MATLAB绘制了散粮堆底部压力分布三维网格图,直观地反映散粮堆底部压力分布形态。数值模拟结果表明,散粮堆底部压力分布是非均匀的,与现行的粮食平房仓设计规范以及传统的连续介质力学理论有所不同。数值模拟结果与前期现场试验结果基本吻合,进一步证实了散粮堆底部压力非均匀分布的特性,加深了对散体力学特性的认识和理解。

粮食专用直剪仪的研制

直剪仪是测定散粒体内摩擦角应用最为普遍的一种装置，然而适用于粮食散粒体的直剪仪则没有。在对部分大型直剪仪现状研究分析的基础上．研制了用于测定粮食内摩擦角用直剪仪，阐述了该直剪仪的设计原理和结构构造。实验表明，该仪器具有较好的稳定性、准确性、操作简易等特点，可以用于粮食内摩擦角的测试。

筒承式粮食立筒仓结构模态及地震反应分析

以某粮食储备库项目为背景,采用大型通用有限元软件MIDAS建立了筒承式钢筋混凝土粮食立筒单仓与群仓结构的分析模型。分别考虑空仓和满仓两种工况提取其各自前6阶振型和自振频率进行了模态分析和对比,进而分析了筒承式钢筋混凝土粮食立筒单仓与群仓结构在地震作用下的位移反应和应力反应。分析表明:群仓结构不是单仓的简单叠加,而是存在相互作用效应,不同筒仓数量与组合方式对其结构动力特性及地震反应有重要影响;仓内储料对立筒仓结构的自振频率等有重要影响,对于空仓和满仓工况应分别考虑计算;筒承式钢筋混凝土粮食立筒仓结构的质量和刚度沿高度方向分布比较均匀,其水平地震反应沿高度分布变化亦较均匀。

不同贮料工况下散装粮食楼房仓动力特性初探

散装粮食楼房仓作为一种新型储粮仓型,其在不同贮料工况下的动力特性是影响该结构抗震性能的关键因素。为揭示散装粮食楼房仓在不同贮料工况下的动力特性规律,该研究设计制作了散装粮食楼房仓缩尺有机玻璃模型,考虑贮料在不同高度的盈空分布,进行振动台模态试验、有限元模态分析和固有频率理论计算。研究结果表明:贮料只存储于首层时,结构固有频率较空仓工况减小1.20%,差异较小;随着贮料质量由一层至三层逐层增加时,每增加一层,结构固有频率减少约35%;贮料质量恒定(单层满仓)时,随着贮料位置每增高一层,结构固有频率减少约33%;贮料分布位置越高,料体晃动越明显,结构阻尼比越大,减震耗能效果越显著;贮料对散装粮食楼房仓结构提供一定的刚度和质量贡献,贮料对该层的层间刚度贡献系数为1.16,对上层、下层质量点的质量分配系数分别为0.13、0.87。研究成果可为散装粮食楼房仓结构动力响应分析和抗震设计提供理论参考。

基于进出仓作业频繁的筒仓散粮堆平均密度计算方法研究及应用

散粮堆的平均密度是粮食库存数量实时在线检测的重要参数。为解决粮食加工企业库存数量盘点中存在的散粮堆平均密度取值难题,在对比分析了现有方法的基础上,提出了一种适用于粮食加工企业进出仓作业频繁的筒仓散粮堆平均密度计算方法,并选取一个稻谷筒仓的完整进出粮过程,对该方法的测量精度和实用性进行实验验证,结果满足使用要求。该方法简单实用,精度较好,克服了现有修正系数法的不足,为粮食加工企业动态库存数量盘点提供了技术手段。

便携式粮食库存数量检测设备研发及应用

为提升粮食库存数量大清查的信息化与智能化技术水平,综合应用光电检测、集成电路、软件开发、数学建模等技术进行了便携式粮食库存数量检测设备的研发。在功能需求分析的基础上制定了设备研发的总体技术路线,重点阐述了高精度测量设备及集成控制程序、自适应粮堆体积测量方案及算法、粮堆平均密度算法、管理软件等关键问题及其解决方案,简要介绍了设备的应用情况。该设备为粮食库存数量检查提供了全新的技术手段。

混凝土结构自主型实验设计与实践

针对混凝土结构课程传统实验教学存在的缺陷,为了提高学生的综合能力,进行了混凝土结构自主型实验设计,实验过程由学生在教师的指导下自主独立完成,经过教学实践,取得了良好的效果。介绍了混凝土结构自主型实验设计的内容和组织形式,并对实验教学效果进行了总结。

钢结构反力架系统力学性能研究

钢结构反力架系统是开展土木工程结构静力、拟静力试验的重要设备。在试验过程中,钢结构反力架系统的力学性能将直接影响试验结果的可靠性。因此,该文以拟静力试验加载全过程的钢结构反力架系统为研究对象,通过测点布置钢结构反力架的关键受力位置,使用软件Midas对刚度变化进行有限元分析,验证有限元模型的正确性。结果表明:在水平荷载加载前后,同位置测点应力最大相差28.08%,各测点应力变化较小;Midas计算的钢柱应力与对应试验测点应力最大相差21.64%,钢梁应力与对应试验测点应力最大相差23.97%;在竖向荷载情况下,钢梁Midas位移计算结果与参考手册的误差为18.92%,但通过理论与有限元误差分析发现,Midas计算模型更符合实际边界条件,位移计算结果也更准确;选取相应的设计规范对钢梁进行刚度校核,发现钢梁的刚度条件远小于各规范的限值,证明钢结构反力架系统满足设计和大型试验加载精度的要求。该文的研究结果可为工程结构实验室钢结构反力架系统的设计和优化提供参考。

土木工程专业本科生创新意识培养

河南工业大学是教育部第二批实施"卓越工程师教育培养计划"的高校之一。从卓越工程师对本科生创新意识和创新能力的基本要求出发,结合专业特点,分析了当前本科生创新意识培养存在的问题和产生的原因,初步探讨了通过课程体系优化、课堂教学模式改革、实践教学等环节加强学生创新意识培养的途径与方法。