基于GWO-BP神经网络及粮食压缩实验对粮食孔隙率的预测

孔隙率是影响粮堆内热湿传递的关键参数,为探究粮仓中散装粮堆孔隙率的分布规律,通过开展粮食压缩实验来获取不同的粮食种类在不同水分含量和竖向压力条件下的孔隙率。提出了一种基于灰狼算法优化BP(GWO-BP)神经网络的粮食单元体孔隙率预测模型,并将该模型与BP神经网络模型、随机森林模型的孔隙率预测结果进行对比,最后利用粮食单元箱实验对该模型的泛化能力进行验证。结果表明,GWO-BP神经网络模型的孔隙率预测性能最佳,该模型的评价指标R2为0.960 5、RMSE为0.013 7及MAE为0.0131,均在允许的范围内。本研究为粮食孔隙率的确定提供了一种神经网络预测的方法,为深入开展粮堆多场耦合分析提供了重要基础,为安全储粮提供了理论支持。

稀密两相状态监测实验平台设计

为了实际测量稀密两相对应的管道尺寸、风压和空气体积流量,设计了一个稀密两相状态监测实验平台。基于空气动力学理论和比例-积分-微分(PID)控制方法,将旁路调节系统应用到实验平台入口处,以控制管道入口空气体积流量,从而实现对物料稀密两相输送的实时监测与调控。该实验平台可实现稀密两相边界条件测试和流形稳定性分析等多项测试。最后,通过多次物料流形实验,验证了旁路调节系统在调控空气体积流量方面的有效性,以及气动测控系统维持物料流形的可行性。

基于有效摩擦系数的平房仓储料压力计算模型与压力场计算方法

为探究平房仓内储料静态空间压力分布规律,将平房仓内部储料沿粮堆表面进行划分,并沿储料深度方向进行切割,得到若干个隔离体,在隔离体上取单位高度微元体进行静力平衡分析,基于粮堆有效摩擦系数提出一种平房仓储料静态空间压力场计算方法,能够得到储料内部任意一点的竖向压力、水平压力,将计算结果与实仓试验结果、平房仓规范值以及FLAC^(3D)数值模拟结果进行对比分析。结果表明:该计算方法得到储料内部竖向压力和水平压力随粮堆深度的增加而增大,与平房仓规范值基本吻合,略大于实仓试验结果、FLAC^(3D)数值模拟结果;同一水平面上竖向压力由仓中心至约束仓壁逐渐减小。研究结果可为解决平房仓散体储料空间压力场的粮仓结拱、超压等问题提供理论支持。

装配式建筑产业基地布局研究

装配式建筑是我国目前大力推行的绿色建筑模式,装配式建筑产业基地能够加快推动装配式建筑发展,文章对装配式建筑产业基地的规划布局相关内容进行了研究。装配式建筑产业基地的布局依据主要是当地装配式建筑未来新建建筑面积,文章给出两种对未来装配式建筑新建面积的预测方法:建筑面积发展趋势预测法、人均住宅面积预测法。通过对未来装配式建筑新建建筑面积的预测,结合对影响产业布局的各种因素的分析,以此给装配式建筑产业基地的规划布局提供参考。

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。

基于优化极限学习机模型的边坡稳定性预测研究

边坡稳定性预测对工程安全及地质灾害防治极其重要,目前机器学习在边坡稳定性预测较广泛,例如BP神经网络、支持向量机(SVM)、极限学习机(ELM)等。但传统的ELM模型在预测边坡稳定性时存在易陷入局部最小值、难以选择合适学习率的问题,针对此问题,提出了一种基于主成分分析法(PCA)和爬行动物搜索法(RSA)并行优化极限学习机(ELM)的边坡稳定性预测模型。此模型利用PCA算法对数据进行降维,减少数据的冗余性,并利用RSA算法优化ELM模型的输入层权值和隐含层偏置,极大地提高了模型的预测精度和预测效率。将传统的ELM模型、RSA-ELM模型、PCA-SVM模型及PCA-RSA-ELM 4种模型进行对比,从而得到PCA-RSA-ELM模型在边坡稳定性预测这类问题上的精确性更高,为边坡稳定性预测分析提供新的思路,对防灾减灾及保护国民经济安全具有重大意义。

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.

双层浅圆仓不同入风温度的粮堆温度场分析

建立半地下双层浅圆仓的数值模型,并对机械通风不同入风温度的粮堆温度场进行数值分析,研究在机械通风过程中半地下双层浅圆仓粮堆温度场的变化规律。结果表明:当吨粮通风量为8 m^(3)/h时,平均降温速度随入风温度降低而加快,整体粮堆的平均温度从初始30℃下降至20℃。当入风温度分别为17、15、13、11℃时,地上层通风时间分别需173、148、121、111 h,地下层通风时间分别需237、196、168、142 h。当通风稳定后,地上层粮堆平均温度分别为17.02、15.01、13.14、11.14℃,地下层粮堆平均温度分别为17.51、15.83、14.04、11.25℃,均趋近于入风温度,表明机械通风可有效降低粮堆温度,保证粮食安全。

抓斗式散粮卸料过程逸尘机理探究

为探究抓斗卸料过程中的逸尘机理,解决当前港口物料转运过程中存在粉尘外逸严重的难题,搭建抓斗卸料逸出气流在线测试实验平台。采用试验与数值计算相结合的方式,以典型主粮散体颗粒为卸料对象,基于气固两相流理论,探究卸料高度和卸料质量流量对料斗内逸出气流速度的影响映射耦合关系,结合粉尘颗粒逸出过程的运动特性和规律推导出粉尘逸出的临界粒径。结果表明:逸出气流速度峰值与卸料高度成正相关,同一卸料高度下,逸出气流峰值与质量流量成幂函数关系;基于粉体颗粒受力,推导出粉尘颗粒逸出的临界粒径计算公式,并验证公式的计算误差在11%以内;大豆、玉米和小麦卸料时,粉尘颗粒逸出的临界粒径范围分别为160.9~292.5,182.6~359.6,95.1~196.1μm。研究为抓斗式散粮卸料过程中的粉尘控制和抑尘装置设计提供理论支撑。

智能化气垫带式输送机性能测试平台设计

该文设计了一种智能化气垫带式输送机性能测试平台,通过调节气室入口的风压、风速,气孔排布方式、孔径及孔间距,可探究气室气压、气膜边缘风速及气膜厚度的变化规律。平台基于可控文丘里装置的反馈系统控制气垫带式输送机的气流,实验平台可以反映输入气流参数与形成气膜参数之间的耦合关系,将抽象的相关知识具象化,加深学生对气垫式输送装备的理解。

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。

压力和含水率对小麦粮堆导热特性的影响

基于瞬态热线法,设计了粮堆导热特性试验装置,研究了小麦粮堆在压力0~73.9 kPa、含水率8.50%~20.72%时导热系数的变化规律。结果表明:当含水率一定时,导热系数与压力呈线性增长关系;当含水率分别为8.50%和20.72%时,随着压力从0增大至73.9 kPa,导热系数分别增长21.1%和36.6%。当压力为0时导热系数k1与含水率呈线性增长关系;导热系数随压力变化率c1与含水率呈线性增长关系;当压力一定时,导热系数与含水率呈线性增长关系;当压力分别为0、73.9 kPa时,随着含水率从8.50%增大至20.72%,导热系数分别增长50.6%和69.2%。含水率为0时的导热系数不随压力变化,为0.074 W·m^(-1)·K^(-1)。导热系数随着含水率的变化率c_(2)与压力呈线性增长关系。

平房仓仓底余粮清扫装置传送及收集仿真研究

目的:验证针对平房仓仓底余粮而设计的清扫装置的传送部分和收集部分结构设计是否合理,并确定装置运行的关键参数,避免造成采购和制造方面的浪费。方法:基于离散元法采用EDEM仿真软件,对传送部分和收集部分的运行效果进行仿真,以洒落率为评价参数。结果:在保证传送部分和收集部分都能满足设计要求的情况下,波纹挡边带的最佳运行速度应控制在0.6~0.8 m/s。结论:该余粮清扫装置传送部分和收集部分的结构符合设计要求。

考虑压力和含水率影响的小麦粮堆导热特性数值研究

【目的】研究小麦粮堆压力—导热特性和含水率—导热特性的规律。【方法】使用孔隙率测定装置来测定小麦粮堆在不同压力(0 kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、300 kPa)、不同含水率(8.50%、11.21%、14.45%、16.97%、20.72%)下的孔隙率,并在COMSOL有限元数值模拟软件中进行模拟分析。【结果】得到压力、含水率对粮堆孔隙率产生的影响,通过建立小麦粮堆的压力—导热特性数值模型,模拟不同压力和含水率下小麦颗粒的导热特性,得到粮堆压力—导热特性的规律。【结论】小麦颗粒的等效导热系数与孔隙率基本呈线性分布。单元体颗粒的等效导热系数范围为0.1095~0.1572 W/(m·K),粮堆等效导热系数随上覆压力的增大而增大,当含水率为8.5%~20.72%,上覆压力为300 kPa时,导热系数增大17.5%~27.5%。

高大平房仓散装粮粮堆底部压力的离散元模拟

对高大平房仓模型仓散装粮粮堆底部压力进行PFC离散元模拟,并与试验结果、规范值进行对比,研究了粮堆底部包括竖向压力、水平压力和竖向摩擦应力等在内的底部压力的分布规律,研究了粮堆底部竖向压力与粮堆堆积高度之间的关系。结果表明:离散元软件PFC(3D)能够很好地模拟粮堆底部压力的非均匀性;当粮堆堆积高度较低时,底部竖向压力较小且较为均匀,随着堆积高度的增加,底部竖向压力逐渐增大并出现非均匀现象;粮堆底部任意一点压力与仓壁摩擦应力、粮堆内部摩擦应力以及该点到两侧仓壁(两侧仓壁垂直相交)的水平距离有关;底部竖向压力的不均匀程度随着粮堆高度的增加而增大;粮堆底部各点,其竖向压力随粮堆高度的变化率不同,竖向压力与粮堆高度之间的关系在堆积高度较高时呈非线性,竖向压力随粮堆高度缓慢增加。

钢筋混凝土圆形浅仓仓顶结构优化设计研究

以顺德粮食产业园项目为背景,对圆形浅仓仓顶结构进行了优化设计研究。通过理论计算和数值模拟两种计算方法,对锥形壳体壳壁在不同倾角下的结构内力进行了系统研究和对比分析。研究结果表明:锥形壳体环向力上部为压应力下部为拉应力,径向力为压应力,理论计算方法的环向力计算结果与实际不符,建议修正相关理论计算方法;随着倾角的减小,环向力、径向力增大且变化速率加快,综合考虑结构受力、施工和使用情况,以将倾角控制在18°~25°为宜;壳体下部环向受拉区及外环梁需按计算配置受拉钢筋。研究结果对RC圆形浅仓仓顶结构优化设计有所裨益。

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。

分层卸料时粮食立筒仓动态侧压力试验研究

粮食立筒仓卸料时的动态侧压力是仓体部位设计时需要考虑的重要因素,动态侧压力的取值直接关系卸料时立筒仓的安全性。为研究立筒仓分层卸料时动态侧压力分布规律和超压系数,分别进行了立筒仓模型一次性卸料和分层卸料试验,测定了两种不同卸料工况下立筒仓模型不同高度处的动态侧压力,对比分析了动态侧压力分布规律与相应超压系数。结果表明:满仓静态侧压力分布值大于规范值,且静态侧压力最大值出现在仓壁与漏斗连接部位;分层卸料时,漏斗处卸料稳定后的静态侧压力出现增大现象,较上一级卸料增大3%,结构设计时应重点关注该部位;一次性卸料时,不同卸料流速下,仓体下部2/3h_(n)范围内的超压系数明显不同,沿测点深度0.5、0.8、1.1 m的超压系数分别增大了10.8%、1.9%、0.7%;一次性卸料时,在0.8 m测点深度处超压系数最大;分层卸料时,在0.8 m测点深度处超压系数高于一次性卸料的超压系数,现行规范的水平侧压力修正系数C_(h)=2.0是偏于不安全的。研究成果可为实际筒仓卸料工程提供依据和重要参考。

柱承式立筒排仓贮料侧压力地震响应试验研究

为研究立筒排仓贮料对仓壁动态侧压力的地震响应规律,设计制作了缩尺比例为1∶25的柱承式立筒排仓和独立单仓模型,进行了3条地震波下不同地震动水准的振动台试验,分析获得两种模型的贮料地震响应特性、仓壁动态侧压力的变化规律与超压系数。研究结果表明:1)地震时仓内贮料与仓壁存在的相位差与仓体位置及测点位置相关;2)边仓与中仓仓壁动态侧压力的分布规律与地震波输入方向有关;排仓的超压系数总体上小于独立单仓;3)边仓的超压系数大于中仓,两者均大于规范采用值,现行规范中所采用的综合修正系数偏小;4)独立单仓不能全面反映立筒排仓的贮料地震响应特性,考虑排仓中不同位置单仓及地震作用方向进行仓壁结构的强度设计十分必要。