摘要：糧食是人類賴以生存的物質(zhì)保障，因此糧食安全的意義更加突出和重要。成熟后的玉米含水率大約在25%-30%，甚至?xí)_(dá)到36%左右。自然干燥后自然水都在15%-17%，作為種子含水率不能超過13%。玉米籽粒倉儲(chǔ)的安全含水率標(biāo)準(zhǔn)為13%，最多不超過14%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因氣候潮濕，濕谷來不及曬干或未達(dá)到安全水分造成霉變、發(fā)芽等損失的糧食高達(dá)5%，糧食損失重量高達(dá)200億公斤。玉米收獲時(shí)的含水率較高，因此玉米收獲后不能安全外運(yùn)和貯藏，通常要通過機(jī)器烘干，將玉米含水率降到安全貯藏水分才能入庫。但是新收獲的玉米在干燥塔干燥過程中和在糧倉內(nèi)儲(chǔ)存糧食時(shí)卻發(fā)生過很多倉桶開裂或崩塌的事故，這正是由于糧倉效應(yīng)導(dǎo)致的。為避免此類事故發(fā)生所帶來的經(jīng)濟(jì)損失和提高干燥效率，對糧倉效應(yīng)進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)良好的倉體結(jié)構(gòu)是十分必要的。

關(guān)鍵詞：ANSYS；糧倉效應(yīng)；壓力飽和

1.糧倉效應(yīng)

糧倉效應(yīng)是勞動(dòng)人民很久以前就發(fā)現(xiàn)的一種物理現(xiàn)象。糧倉效應(yīng)是顆粒物質(zhì)在倉儲(chǔ)條件下最著名的靜態(tài)性質(zhì)之一。它是指當(dāng)向一個(gè)圓筒倉內(nèi)填充顆粒時(shí)，筒倉底部受到的壓力F不會(huì)隨著填充高度h線性增加，而是隨高度h的增加而幅度逐步放緩，糧食高度到達(dá)一定以后，糧倉底部壓力會(huì)趨于一個(gè)飽和值。這一現(xiàn)象來源于顆粒介質(zhì)與倉壁之間的切向摩擦力，它使得倉壁能承受顆粒介質(zhì)的重量，并使倉底的壓力達(dá)到飽和。由于倉內(nèi)側(cè)壓力、摩擦力的存在，作用于某截面的垂直壓力不等于其截面以上的糧食重力，而且垂直壓力和水平壓力的增長與倉筒高度不成比例。隨著裝載高度增加時(shí)，倉內(nèi)壓力增加的速度漸漸緩慢，并且達(dá)到一定高度后，壓力值幾乎沒有變化這種現(xiàn)象通俗地稱為糧倉效應(yīng)。

2.糧倉效應(yīng)模擬仿真

為了便于對糧倉效應(yīng)進(jìn)行仿真，我們我們不妨假設(shè)糧食為理想散粒體，即設(shè)：

（1）糧食處于靜止?fàn)顟B(tài)；

（2）任意高度處的垂直壓力A沿水平面整個(gè)面積F上呈均勻分布；

（3）糧食在任一點(diǎn)處的水平壓力Ph與垂直壓力Pv成比例

（4）不計(jì)倉底對糧食壓力的影響，即假定為無限深倉；

（5）糧食為均勻密實(shí)、不可壓縮的散粒體。

根據(jù)以上假設(shè)，使用ANsYs有限元分析軟件對糧倉效應(yīng)進(jìn)行模擬仿真分析。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定出4種不同含水率的玉米樣本與鋼板摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)如下：

樣本1：含水率13%容重780g/L摩擦系數(shù)1.65

樣本2：含水率20%容重728g/L摩擦系數(shù)1.52

樣本3：含水率23.5%容重686g/L摩擦系數(shù)1.27

樣本4：含水率30.1%容重703g/L摩擦系數(shù)1.78

分析步驟如下。

（1）選玉米的楊氏模量1e6Pa，泊松比0.45：選取1號(hào)糧食樣本：糧食堆積高度采用參數(shù)化加載：