基于Janssen模型的扦样管受力分析与试验

通过Janssen模型对扦样管在扦样时的受力情况进行理论分析,并通过试验进行验证,为粮食扦样设备的设计提供理论依据。

粮仓效应的圆盘堆积模型

为研究圆筒中颗粒堆内部的应力分布,将颗粒堆简化为规则的二维圆盘堆积模型.对圆盘堆积中力的传递进行分析后给出了圆盘堆积中力的传递规律,利用计算机模拟了圆盘对容器底部的压力,发现底部压力随圆盘层数增加会达到饱和,并将二维圆盘堆积的规律推广到三维颗粒堆,从理论上推导出容器底部平均压强p与颗粒填充高度Z的关系.

粮仓效应的底部与侧壁压力的实验验证

为了探究颗粒物质的粮仓效应和验证Janssen模型的正确性,设计制作了侧壁可整体上下移动的实验装置,该装置不仅可以测量粮仓底部正压力,还能够测量任意深度的侧壁压力.理论推导出了方柱体底部正压力随颗粒堆积高度的变化规律,以及侧壁压力随深度的变化关系,并进行了数值模拟.结果表明:实验测量值和理论模拟值符合得较好,当粮仓中的颗粒物质到达一定深度时,仓体底部压力会趋于饱和,同时也验证了Janssen模型的正确性.

Rankine被动应力状态粮仓的Janssen行为

针对两种不同尺寸的颗粒,研究了仓底压力的最小值随填充质量和粮仓直径的变化关系,所得结果能用Janssen公式很好拟合,但其中的径向与轴向应力比值约为2,远大于通常粮仓工程规范中的Jaky公式估算值0.4,说明仓底压力最小时粮仓的应力状态靠近Rankine被动态。研究结果表明尽管粮仓的应力状态不尽相同,但它们都能较好地遵守Janssen提出的假设。

粮仓内颗粒压力的测量:Janssen行为及其偏差

基于侧壁分为上下两部分的装置,测量了圆柱对称颗粒系统(竖直粮仓)的压力随高度的变化,并讨论了测得的仓内压力与Janssen理论模型的偏离情况.实验结果显示无论是否对粮仓进行Vanel等建议的让"侧壁摩擦力充分动员"的底座缓慢下沉操作处理,测得的仓内压力都有不同程度的偏离Janssen现象.另外如果没有沉降处理,在填充颗粒的荷载下上侧壁会发生微弱下沉,从而显著增大压力偏离的程度,但沉降处理可将其消除.这些结果表明,粮仓的颗粒重量在仓底和沿侧壁边界上的分配情况受制备方式和装置变形的影响明显,具体分布情况复杂多样.因此颗粒物质的静应力弹性理论分析应该取应力边界条件.

循环压制下圆筒内硬球颗粒物性演化特征

为探明颗粒介质在循环压制下的变形行为和力学响应,采用拓展Janssen模型连续介质理论和循环压制试验对圆筒内硬球颗粒介质的物性演化特征开展研究。颗粒介质受轴向循环压制变形过程中伴随着固-液转变,有利于提高密度分布和力网结构的均匀性。堆积密度0和弹性模量E的演化与循环压制次数n相关:ø(n)=ø0+[ø(∞)—ø0]><(1一e-n/a),E(n)=E0+A1×(l-e-n/β1)+A2×(l-e-n/β2),其中E0+A1+A2=E(∞)。基于拓展Janssen模型计算方法与试验测量相结合,获取压制过程中颗粒介质的应力场、变形场分布情况,以及边界的摩擦状态和颗粒介质弹性模量的演化特征。颗粒介质在循环压制作用下力一位移的迟滞效应随n逐渐减弱,系统趋于力学平衡状态,力学响应表现为类弹性体特征。