稻谷堆与籽粒的压缩特性及其在筒仓中密度与应力分布的研究

摘要

本论文研究了稻谷籽粒与稻谷堆的压缩特性，建立了稻谷在筒仓中储藏时密度、应力随粮层深度的变化关系模型，并由此模型得到了筒仓中稻谷的密度、应力分布与储藏总重量。主要内容如下：
　　1.利用Brookfield质构仪测定不同品种稻谷籽粒的压缩特性（破坏力、破坏能、破坏应变、表观接触弹性模量和最大接触应力）。实验结果表明：随着含水率的增大，同一品种稻谷籽粒的破坏力、破坏能、表观接触弹性模量、最大接触应力都减小。随着含水率的增大，南粳5055稻谷籽粒的破坏应变增大；而南京16、淮稻5号稻谷籽粒的破坏应变随之减小。在同一含水率下，随着稻谷储藏压力的增大，稻谷籽粒的破坏力、破坏能、破坏应变、表观接触弹性模量、最大接触应力都随之减小。
　　2.利用 LHT-1型粮食回弹模量仪测定不同品种稻谷堆的体变模量。实验结果表明：在三个品种稻谷堆的平均围压范围分别为0.169~129.784 kPa、0.195~161.316 kPa、0.194~125.052 kPa时，南粳5055稻谷堆（11.77％~17.58%w.b.）、南京16稻谷堆（10.63%~16.53% w.b.）、淮稻5号（10.38%~18.30% w.b.）的体变模量分别为208.109~830.172 kPa、391.258~1261.247 kPa、318.287~941.687 kPa。在同一含水率下，稻谷堆的体变模量随着平均围压的增大而增大；在同一围压作用下，稻谷堆的体变模量随着含水率的增大而减小。
　　3.利用LHT-1型粮食回弹模量仪测定南粳5055稻谷堆的弹性模量。实验结果表明：预压力在0~200 kPa时，且含水率为11.77%~17.58% w.b.时，南粳5055稻谷堆的弹性模量范围为2.34~205.67 MPa。同一含水率下，稻谷堆的弹性模量随着预压力水平的增大而增大；而在同一预压力水平下，不同含水率下的弹性模量没有呈现出明显的规律。
　　4.利用 LHT-1型粮食回弹模量仪测定不同品种稻谷堆的压缩密度与平均竖直压应力的关系。实验结果表明：平均竖直压应力范围分别为0.481~239.224 kPa、0.483~258.069 kPa、0.495~245.892 kPa时，南粳5055稻谷堆（11.77%~17.58%w.b.）、南京16稻谷堆（10.63%~16.53% w.b.）、淮稻5号（10.38%~18.30% w.b.）的压缩密度的变化范围为561.569~672.650 kg/m3、555.710~628.980 kg/m3、582.772~696.593 kg/m3，且两者可拟合出二次关系方程。
　　5.基于压缩变形机理，理论分析并推导出稻谷堆密度、应力随粮层深度分布关系的微分方程。
　　6.假设4个不同条件参数的筒仓，运用数值方法求解上述微分方程，计算4个筒仓中不同深度的稻谷堆密度、竖直压应力、对仓壁的侧压应力。计算结果表明：在带锥斗的筒仓中，筒体部分的稻谷堆密度随着粮层深度的增加而逐渐增加，然后增加趋势慢慢平缓；到锥斗部分时，随着粮层深度的增加，稻谷堆密度逐渐减小。在带锥斗筒仓中，储藏在筒体部分的稻谷堆所受的竖直压应力随着粮层深度的增大而增大，而在锥斗部分的稻谷堆受到的竖直压应力则随着粮层深度的增加而减小。在带锥斗筒仓中，储藏在筒体部分的稻谷堆所受的侧压应力随着粮层深度的增大而增大；在筒体与锥斗结合处，稻谷堆的侧压应力突然增加；到了锥斗部分，随着粮层深度的增大，稻谷堆所受侧压应力先稍增大再逐渐减小。
　　7.选择不同的筒仓与稻谷参数，结合稻谷堆密度与深度关系的微分方程计算稻谷堆的总重量，并运用控制变量法研究影响稻谷的储藏总重量的因素。计算结果表明：稻谷的含水率、内摩擦角、与仓壁的摩擦系数对稻谷在筒仓中的密度、总重量的影响不大，而表面密度对稻谷在筒仓中的密度、总重量的影响较大。

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第一章 导论

1.1论文选题的目的和意义

1.2稻谷籽粒压缩特性的研究概况

1.3稻谷堆压缩特性及密度的研究概况

1.4筒仓压应力的研究概况

1.5本文主要研究内容

第二章 稻谷籽粒的压缩特性

2.1材料与仪器

2.2 实验原理与方法

2.3 结果与分析

2.4 结论

第三章 稻谷堆的压缩特性

3.1体变模量的测定与分析

3.2弹性模量的测定与分析

第四章 带锥斗筒仓中稻谷的密度、应力分布模型

4.1 粮堆密度与竖直压应力（最大主应力）关系的实验测定

4.2 带锥斗筒仓内稻谷密度、压应力与粮层深度关系方程

4.3 带锥斗筒仓中稻谷堆密度与粮层深度的关系

4.4 带锥斗筒仓中粮堆竖直压应力、侧压应力与粮层深度的关系

4.5预测模型与Janssen理论计算结果比较

第五章 基于密度变化机理的筒仓中稻谷储藏总重量

5.1 影响稻谷储藏总重量的因素分析

5.2实例分析

第六章 主要结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

致谢