[摘要]由三軸壓縮試驗確定小麥堆的修正萊特-鄧肯模型參數(shù)。采用TSZ-6A應(yīng)變控制式三軸儀對小麥堆進行軸向壓縮試驗和各向等壓壓縮試驗，根據(jù)修正萊特-鄧肯模型理論和試驗數(shù)據(jù)計算小麥堆的該模型的14個參數(shù)。結(jié)果表明：含水率分別為10.2%、12.46%、14.05%w.b.的寧麥13號修正萊特-鄧肯模型參數(shù)：彈性模量數(shù)K分別為421.0、360.7、342.8，彈性模量指數(shù)n分別為0.56、0.65、0.47；泊松比υ分別為0.24、0.23、0.21；塑性塌落模量C分別為0.005 6、0.005 8、0.006 9，塑性塌落指數(shù)p分別為0.75、0.81、0.86；塑性剪切屈服常數(shù)η1分別為43.1、29.7、45.5，塑性剪切屈服指數(shù)m分別為0.75、0.52、0.71，勢參數(shù)5分別為0.44、0.44、0.47，R分別為0.18、0.61、1.66，t分別為0.95、0.23、0.07，硬化功參數(shù)0分別為0.29、0.30、0.33，1分別為0.68、0.72、0.73，α分別為4.1、5.9、2.4，B分別為0.71、1.00、0.62。參數(shù)C、p、R、θ、1隨含水率的增大而增大；K、υ、t隨含水率的增大而減小，其他參數(shù)與含水率無顯著性關(guān)系。

[關(guān)鍵詞]小麥堆；修正萊特-鄧肯模型；模型參數(shù)

中圖分類號：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180123

20世紀(jì)70年代，人們開始用有限元法研究筒倉中物料的應(yīng)力分布及倉壁的壓力問題。Jofriet等采用線彈性模型，用有限元方法研究了直筒倉內(nèi)物料靜態(tài)時的應(yīng)力分布問題。Bishara使用非線性彈性模型，用有限元方法估算了混凝土倉的靜態(tài)倉壁壓力。Ooi等將散體假定為彈性體，使用有限元方法研究了柔性筒倉內(nèi)散體的應(yīng)力分布。一些國內(nèi)的研究者采用多種本構(gòu)方程使用有限元方法研究了筒倉中物料的應(yīng)力分布問題。這些研究很好地給出了儲藏在筒倉中壓縮性很小的沙子、碎石、工業(yè)物料的應(yīng)力分布，以上研究所使用的本構(gòu)方程假定物料的體積變化很小且發(fā)生在彈性變形階段，形狀變化發(fā)生在塑性變形階段，在塑性變形階段無體積變化。小麥與土壤、沙子、工業(yè)物料的力學(xué)特性有很大的差異，小麥籽粒松軟，小麥堆的孔隙率大。小麥堆受壓時體積變化大且體積變化發(fā)生在彈性變形和塑性變形兩個階段，小麥的彈性變形和塑性變形是分不開的。因此，以上采用的本構(gòu)方程不能用來研究筒倉中小麥的應(yīng)力分布問題，更不能用來研究筒倉中小麥的應(yīng)變與密度分布問題。

修正萊特-鄧肯模型為了考慮平均主應(yīng)力變化對土體體積屈服的影響，增加了一個球形帽蓋的體積屈服面。這個模型充分考慮了物料壓縮時的體積變化。顯然該模型可用來研究筒倉中小麥堆的應(yīng)力、應(yīng)變及密度分布問題。使用該模型的前提是要確定該模型參數(shù)。本文對含水率分別為10.2%、12.46%、14.05%w.b.的小麥（品種為寧麥13號）進行三軸壓縮試驗，計算該模型中的14個參數(shù)，并探究了含水率與參數(shù)的關(guān)系。

1修正萊特-鄧肯模型

修正萊特-鄧肯模型的本構(gòu)方程中有14個參數(shù)，分別為彈性模量數(shù)K，彈性模量指數(shù)n，泊松比ν，塑性塌落模量C，塑性塌落指數(shù)p，塑性剪切屈服常數(shù)η₁，塑性剪切屈服指數(shù)m，勢參數(shù)S、R、t，硬化功參數(shù)θ、l、α和β。

2修正萊特-鄧肯模型參數(shù)測定

2.1試驗材料

寧麥13號，南京產(chǎn)，原始水分為12.46%w.b.。試驗時，將其含水率調(diào)節(jié)為10.20%、12.46%、14.05%w.b.。

2.2試驗儀器

TSZ-6A應(yīng)變控制式三軸儀：南京土壤儀器廠有限公司；電熱干燥箱：南京盈鑫實驗儀器有限公司；AL204型分析天平、JSFD-粉碎機：上海嘉定糧油儀器有限公司。

2.3試驗方法

本文實驗使用應(yīng)變式三軸儀，對圓柱形糧食樣品進行壓縮與回彈實驗，由實驗數(shù)據(jù)進行計算得出模型參數(shù)。

2.3.1軸向壓縮試驗

在TSZ-6A應(yīng)變控制式三軸儀中，在軸向壓縮試驗中，選定5個圍壓盯σ₂：30、50、70、90、110 kPa。裝好樣品后，啟動儀器對樣品進行剪切（剪切應(yīng)變速率為1000mm/min），位移每增加0.4mm，記錄1次測力計讀數(shù)和樣品體積減少量，直至測力計讀數(shù)出現(xiàn)峰值時，記下峰值。對每1個圍壓，試驗重復(fù)3次。

2.3.2等向壓縮試驗

在TSZ-6A應(yīng)變控制式三軸儀中，裝好圓柱形樣品，進行等向壓縮試驗（σ₁=σ₂=σ₃：即3個主應(yīng)力相等）。使圍壓σ₃從0kPa增加至200kPa，圍壓每增加5kPa，記錄1次樣品體積減少量，待圍壓增至200kPa，再依次卸載至0kPa，同樣每減小5kPa，記錄1次樣品體積增加量，本試驗重復(fù)3次。

2.4彈性參數(shù)的確定

在軸向壓縮試驗確定了最大主壓力差后，選取最大主應(yīng)力差的1/10逐級加壓和卸壓，施加第一級壓力，同時開動秒表，記錄加壓后1min時位移計的讀數(shù)，每1min施加一級壓力，記錄位移計讀數(shù)，施加到第四級壓力；隨后逐級卸壓，每1min卸去一級，同時記錄卸壓后1min時位移計的讀數(shù)，直至施加的軸向壓力全部卸去；重復(fù)加卸荷4遍后，繼續(xù)加壓直至破壞。然后按式（25）計算出糧堆的彈性模量。