筒仓贮料压力分析及其应用

摘要

筒仓是一种用来储存各种散体材料的筒状构筑物。由于其具有占地面积少、仓容量大、使用方便等优点，故在粮食，建筑、煤炭、水泥等行业被广泛应用。近几十年来，随着经济建设的发展，国内筒仓数量越来越多。在筒仓结构设计中，选取正确的贮料压力值是保证筒仓安全可靠的前提。现今，国内外筒仓规范对于贮料压力的计算都是以Janssen公式为基础的，但大量事实表明利用该公式得到的结果与实际情况有较大的出路。故选取合适的方法对筒仓贮料压力进行深入的研究很有必要。
　　 到目前为止，国内外大量学者就这一问题进行了分析和研究，但由于散体材料自身的复杂性，使得筒仓贮料压力理论在很多地方难达到共识，从而导致大量的筒仓事故发生。
　　 本文以武汉青山区“7.9”筒仓倒塌事故为背景，采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，对筒仓各工况下的贮料压力进行研究，同时将结果运用到事故筒仓，对其进行事故分析，具体工作包括:
　　 1.对筒仓进行了模型试验研究，得出筒仓在静止及卸料时的仓壁侧压力，并与规范结果进行对比发现利用规范计算得到的贮料压力值要比实际情况小。
　　 2.在考虑筒仓内贮料产生土拱效应的基础上建立了筒仓贮料压力的计算公式;通过与试验数据及模拟结果对比，验证了该公式的正确性。
　　 3.采用离散元软件对筒仓静止及卸料时的贮料压力进行了模拟，得到了筒仓在各工况下的压力分布规律，同时分析了各个参数对侧压力的影响。
　　 4.通过观察筒仓卸料时颗粒的流动，得出贮料在卸料时由于流型转变而产生的散体拱是造成卸料超压的主要原因，同时由于贮料流动时的结拱-破拱导致筒仓卸料时仓壁侧压力会不断的上下波动。
　　 5.对筒仓卸料时的模拟发现当筒仓孔球径比达到6.0左右是会出现闭塞现象，同时内摩擦系数越大越易发生卸料闭塞。
　　 6.将离散元模拟与有限元分析相结合能很好的对筒仓进行结构研究，这样得出的结果将比以往分析方法更加精确，能为今后的筒仓设计提供新的思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究的目的和意义

1．3 国内外研究综述

1．3．1 贮料压力研究综述

1．3．2 筒仓结构稳定性研究综述

1．4 本文主要工作

第2章 钢筒仓侧压力的模型试验研究

2．1 试验目的

2．2 试验方案及原理

2．2．1 模型筒仓尺寸

2．2．2 测试方法及仪器

2．2．3 侧压力转换公式

2．2．4 测试过程

2．3 试验结果及分析

2．3．1 测试结果

2．3．2 数据转换

2．3．3 结果分析

2．4 本章小结

第3章 筒仓贮料压力的理论研究

3．1 散体材料的基本性质

3．1．1 散体的基定义

3．1．2 散体的分类

3．1．3 散体的物理性质

3．1．4 散体的抗剪强度

3．2 基于土拱效应的筒仓贮料压力研究

3．2．1 筒仓中的土拱效应

3．2．2 基于土拱效应的筒仓压力分析

3．3 公式的验证

3．4 本章小结

第4章 筒仓贮料压力的离散元模拟

4．1 离散单元法概述

4．1．1 离散单元法的基本原理

4．1．2 接触模型

4．1．3 离散单元法中的计算参数

4．1．4 离散单元法解题步骤

4．2 筒仓静止时的离散元模拟

4．2．1 模拟思路

4．2．2 模型的建立

4．2．3 模拟结果及分析

4．3 筒仓卸料时的离散元模拟

4．3．1 模型的建立

4．3．2 模型的计算

4．3．3 模拟结果及分析

4．4 筒仓卸料时仓壁侧压力增大机理分析

4．4．1 超压分析

4．4．2 小结

4．5 参数分析

4．5．1 筒仓几何尺寸参数分析

4．5．2 贮料物理特性参数分析

4．6 参贮料发生闭塞现象的模拟

4．6 本章小结

第5章 基于离散元结果的事故筒仓分析

5．1 概述

5．2 事故筒仓概况

5．3 贮料压力的确定

5．4 有限元模型的建立

5．4．1 模型单元的选取

5．4．2 模型参数的确定

5．4．3 边界条件的确定

5．4 结构线性分析

5．5 结构非线性分析

5．5．1 特征值屈曲分析

5．6．2 非线性屈曲分析

5．7 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 进一步工作的展望

参考文献

作者在攻读博士期间公开发表的论文

致谢