筒仓侧压力研究的回顾与进展.docx

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1、筒仓侧压力研究的回顾与进展 【摘要】筒仓侧压力的确定是筒仓设计的关键，本文对于确定筒仓侧压力的方法：理论探讨方法、试验探讨方法、数值模拟方法的探讨历程及取得的成果进行回顾并叙述各自存在的问题，并对今后探讨方向提出了自己的看法。 【关键词】筒仓侧压力 理论探讨 试验探讨 数值模拟探讨 1.前言 筒仓是用来贮存散体物料，并可以按规定向外进行卸料。影响筒仓设计的关键问题就是仓壁上物料侧压力的确定。经过各国专家长时间共同努力，对于静态的筒仓侧压力已有较统一的相识，但是，由于卸料过程中物料散体介质力学特性及其流淌时所产生流态的不同就确定了筒仓仓壁受力的困难性，故对于卸料过程中筒仓侧压力的确定到目前为止国

2、际上还不存在被广泛接受的合理结果。因此，对于筒仓侧压力的理论、计算方法等还有待进行较深化的探讨。对筒仓侧压力探讨的方法主要有三种：理论探讨、试验探讨、数值分析探讨。本文对国内外各种方法的探讨历程进行回顾，并对将来探讨提出展望。 2.筒仓侧压力探讨的历程 2.1理论探讨方法： 1895年，Janssen依据水平微单元体的静力平衡推导出闻名的Janssen公式，至今大多数国家的筒仓规范都是在此基础上修正而成的，但是，在此理论中粮食侧压应力与竖直压应力之比被假定为常数，与径向位置和深度无关。很多探讨者发觉这个参数不是常数。Reimbert依照Coulomb理论和试验结果推导出静力条件下筒仓侧压力公式

3、，并认为该公式适合于筒仓在装料、静止贮料时的压力计算， 这个理论中， 粮食侧压应力与竖直压应力的比与深度有关，但与径向位置无关，Rankine推导了适合于浅圆仓的侧压力计算公式，但是这个理论中没有考虑仓壁的摩擦，所以只能用来预料光滑壁筒仓内粮食静态压力。Airy首次将挡墙的滑动楔体方法应用于筒仓， 将粮食看作半流体， 引入了裂开面的概念， 并考虑了粮食和仓壁之间的摩擦力。19101年，苏乐肖1以贮料及仓壁的弹性为探讨问题的基础， 探讨了弹性变形在卸料过程对动压力的影响，并得出贮料及仓壁的弹性变形及其传播有助于破拱和减弱压力峰值的结论。2001年A.Khelil从理论探讨和数值分析入手，探讨筒仓

4、在对称荷载作用下，依据各种贮料的特性以及与圆柱筒仓壁的相互作用建立了平衡方程，通过求解平衡方程来得到侧压力的分布特。原方、梁醒培、陈长冰等分别用体积折算、总体平衡、虚位移等方法对筒仓侧压力计算进行了公式修正。 2.2试验方法探讨 Caughey等很多探讨者用试验测量模型仓和实际仓的仓墙压力。探讨发觉很多因素对最大动压力有影响， 分别是粮食颗粒大小、卸载速率、仓高与直径的比、漏斗设计、卸载偏心率、仓墙刚度。探讨结果一样表明， 卸料时作用于仓墙上动压力超过Janssen方程预料的静压力，但是，对于动态压力的大小和位置， 探讨结果是不一样的。11015年刘定华等2在Jenike等的基础上，考虑卸料时

5、仓体内应力状态及侧压力系数随仓体深度改变这一实际状况，假定动态侧压力系数按二次曲线规律改变，推导出可以计算筒仓在卸料时由整体流淌所引起仓壁动态压力计算公式。19101年，屠居贤采纳有机玻璃做成的深仓模型，分别对粒状煤、小麦和干砂进行了卸料试验。试验证明白大孔隙率贮料在筒仓中流淌是从整体流淌转变为管状流淌的事实。仓壁最大侧压力发生在两种流淌形式交界处而不是在筒仓根部。并在试验的基础上导出了仓壁侧压力的计算公式。2001年，Z.Zhong 等制作了小尺寸的铝筒仓模型，分别用大麦和塑性小球做了卸料流态试验，认为筒仓装料过程中所采纳的不同装料方法对卸料流态有很大的影响，近而导致筒仓壁的应变对应不同流态

6、也有很大的不同。 2.3数值分析方法 2.3.1有限元分析法： 11015年，Rombach采纳Euler坐标系统下的有限元法，贮料听从Lade准则。他运用该方法分析了卸料过程中筒仓的侧压力分布、密度改变、速度场等问题，并且发觉卸载时超压现象的产生是在卸料后的一段时间以后，而并不是平常所认为的瞬时。该方法的缺点是不能解决筒仓卸料时的瞬时非线性问题。11016年，苏乐道采纳有限元法对钢板筒仓的实际工程进行分析，为钢板仓的内力分析提出较精确的计算方法。19101年曾丁认为筒仓内的散体是听从M-C屈服准则的志向弹塑性介质，散体与仓壁的摩擦属于Coulomb摩擦接触问题。建立了接触单元，从连续介质的角

7、度，用有限元方法模拟了散体对带漏斗的筒仓的静态仓壁压力，以静态解为初始条件，用给定位移的方式，模拟了卸料初期的仓壁动压改变状况。2022年， 彭雪平运用有限元首次对巨型的筒仓结构进行力三维有限元计算，通过计算获得筒仓结构在受温度作用和考虑地基基础影响的内力分布规律，为设计供应依据。2022年，陆新征等采纳非线性有限元方法对大型筒仓内壁压力和内部物料应力进行了分析。在分析中考虑了物料和筒仓之间的接触非线性以及物料自身的材料非线性，结果表明，考虑非线性的探讨与实际结果吻合较好。2022年，梁醒培等对深筒仓动压力值进行了有限元模拟，并在模拟结果的基础上对筒仓规范压力修正系数的修改提出了肯定的建议。2

8、022年，杨鸿采纳D-P有限元模型，对平底钢筒仓散料的泊松比、内摩擦角、膨胀角和摩擦系数进行参数分析，结果表明泊松比和内摩擦角对静态下筒仓仓壁压力影响较大。 2.3.2离散元分析方法： 离散单元法是由美国人Cundall在 11011年首先提出的一种不连续数值方法模型，优点是适用于模拟节理系统或离散颗粒组合体在准静态或运动条件下的变形过程，通过计算机计算能直观的反映颗粒体改变的力场、位移场、速度场等各力学参量的改变；11016年，周德义运用731个圆形单元模拟筒仓出料时拱的产生， 发觉当粒径增大时，临界孔径增大，二者之间基本成正比关系，内部粘结力增大，临界孔径增大；在相同孔径下，增大颗粒数量，

9、成拱的拱高变小。2004年，杜明芳等运用颗粒流程序模拟储料的密度对立筒仓压力的影响， 结果表明： 颗粒密度越大，其流淌的速度也越大，颗粒与颗粒之间以及颗粒与墙体之间的接触力也越大。2022年，肖昭然等运用颗粒流程序对筒仓的缩尺模型进行模拟，说明采纳缩尺模型方法不仅可以考虑散体物料的介质性质，而且能供应计算原型筒仓所须要的重力场。2022年，赵松等分别模拟静载和卸料下筒仓壁侧压力，提出剪胀角在卸载过程中对仓壁侧压力有很大影响。 3.探讨展望 对于几个计算筒仓侧压力的经典理论所适用的条件及存在的问题在上文中已描述，试验方法是验证理论分析和数值计算最具有劝服力的方法，也是最能反映筒仓实际受力状况的方

10、法，但试验方法代价昂扬、过程困难、参数分析困难，很难得出普遍适用的结论等。有限元模拟把筒仓内的散体物料看成是连续的，并没有考虑散体的介质特性和流淌特性，所以不能精确的反映筒仓的实际受力机制。离散单元法虽然能考虑散体的介质特性和流淌特性，但是由于原型筒仓内的颗粒数量巨大，用离散单元法来模拟原型筒仓内的实际数量的颗粒因计算机容量的限制难以实现，所以用上述离散单元法来模拟的筒仓受力， 事实上是模型筒仓的受力状态，并不能反映原型筒仓的受力状态。总之，探讨筒仓受力的这三种方法各有优缺点，所以在实际探讨中应使这三种方法相辅相成，互为补充。 参考文献： 1苏乐逍. 立筒仓卸料结拱弹性变形及其对仓壁压力的影响. 郑州粮食学院报，19101. 2刘定华，王建华等. 钢筋混凝土筒仓侧压力的试验探讨. 西安建筑科技高校学报，11015. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页