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: