糧食的內(nèi)摩擦角、彈性模量及體變模量的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文對(duì)小麥堆、稻谷堆和玉米堆的內(nèi)摩擦角，小麥堆彈性模量和小麥堆體變模量的測(cè)定方法進(jìn)行了研究，并對(duì)它們進(jìn)行了測(cè)定與分析。通過(guò)直剪實(shí)驗(yàn)測(cè)定了小麥堆、玉米堆及稻谷堆的內(nèi)摩擦角，分析了水分、剪切速度、法向壓應(yīng)力三個(gè)因素對(duì)三個(gè)糧種的內(nèi)摩擦角的影響。使用三軸儀實(shí)驗(yàn)測(cè)定了小麥堆的內(nèi)摩擦角、小麥堆彈性模量和小麥堆體變模量，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析比較，確定了測(cè)定小麥堆彈性模量的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)條件(滯回圈圈數(shù)、加卸載間隔時(shí)間、軸向壓力)，分析了圍壓對(duì)小麥堆彈性模

2、量的影響以及分析圍壓、水分對(duì)小麥堆體變模量的影響。
　　 直剪實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：小麥堆(南京產(chǎn)、水分為10.96%)和稻谷堆(晚秈521、水分為11.78%)的內(nèi)摩擦角均隨著剪切速度(0.53mm/min~5.20mm/min)的增大而減小，其變化范圍分別為17.49°~25.01°、35.75°~40.03°；玉米堆(南京產(chǎn)、水分為11.05%)和稻谷堆(南京產(chǎn)、水分為13.77%)的內(nèi)摩擦角均隨著剪切速度(1.33mm/min~

3、5.20mm/min)的增大而減小，其變化范圍為22.21°~28.93°、28.95°~33.19°。剪切速度對(duì)小麥堆(南京產(chǎn))和稻谷堆(晚秈521)內(nèi)摩擦角影響不顯著，根據(jù)剪切速度與玉米堆(南京產(chǎn))和稻谷堆(南京產(chǎn))的內(nèi)摩擦角的關(guān)系分別可以擬合得到方程：y=-0.2219x2+0.2123x+28.318、y=-0.0606x2-0.2532x+33.147，其中x為剪切速度，y為糧堆內(nèi)摩擦角。小麥堆(南京產(chǎn)、水分為18.14%)、

4、玉米(南京產(chǎn)、水分為14.93%)、稻谷堆(南京產(chǎn)、水分為17.57%)、不同水分(水分為11.78%、13.96%、15.39%、18.45%)的稻谷堆(晚秈521)的內(nèi)摩擦角均隨著法向壓應(yīng)力的增大而減小，在法向壓應(yīng)力為25kpa~100kpa時(shí)，小麥堆(南京產(chǎn)、水分為18.14%)、玉米(南京產(chǎn)、水分為14.93%)、稻谷堆(南京產(chǎn)、水分為17.57%)的內(nèi)摩擦角的變化范圍分別為：23.75°~40.03°、26.57°~35.75

5、°、28.37°~39.04°。在法向壓應(yīng)力為25kpa~200kpa時(shí)，不同水分(水分為11.78%、13.96%、15.39%、18.45%)的稻谷堆(晚秈521)的內(nèi)摩擦角變化范圍為26.57°~41.35°。根據(jù)法向壓應(yīng)力與以上糧種的內(nèi)摩擦角的關(guān)系分別可以擬合得到方程：y=-2E-05x2 - 0.0237x+32.42、y=0.0007x2-0.1702x+38.487、y=0.0003x2-0.1286x+40.074、y=

6、-3.7072Ln(x)+32.073，其中x 為法向壓應(yīng)力，y為糧堆內(nèi)摩擦角。小麥堆內(nèi)摩擦角隨其水分含量的增加而增加，在水分為10.96%~18.14%時(shí)，小麥堆內(nèi)摩擦角取值范圍為19.19°~32.62°；當(dāng)玉米的水分為11.05%~17.75%時(shí)，它的內(nèi)摩擦角均隨著水分的增加而增加，它的變化范圍為23.4°~33.76°；根據(jù)水分與小麥堆和玉米堆的內(nèi)摩擦角的關(guān)系分別可以擬合得到方程：y=0.1934x2 - 4.4372x+47.

7、429、y=0.0078x2+0.7792x+16.665，其中x 為水分含量，y為糧堆內(nèi)摩擦角；稻谷堆(南京產(chǎn)、水分為11.25%~17.57%)的內(nèi)摩擦角與其含水量沒(méi)有明顯的聯(lián)系，當(dāng)水分增高時(shí)，其內(nèi)摩擦角可能增大，也可能減小，并不呈一定規(guī)律。通過(guò)方差分析得到不同法向壓應(yīng)力下的四種水分的稻谷堆(晚秈521)的內(nèi)摩擦角差異很小，即水分變化范圍在11.78%~18.45%時(shí)，內(nèi)摩擦角并不隨著水分的變化而變化。不同品種的稻谷堆(南京產(chǎn)、晚秈

8、521)的內(nèi)摩擦角差異不顯著。稻谷的內(nèi)摩擦角大于玉米的內(nèi)摩擦角，玉米的內(nèi)摩擦角大于小麥的內(nèi)摩擦角。
　　 三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)三軸儀測(cè)得的水分為10.96%、15.90%的小麥堆內(nèi)摩擦角的變化范圍分別為25.01°~27.46°、27.8°~31.03°。三軸實(shí)驗(yàn)比直剪實(shí)驗(yàn)測(cè)出的小麥堆內(nèi)摩擦角均偏大。隨著圍壓(50kpa~200kpa)的增大，小麥堆糧堆的彈性模量增大，其范圍為314.2kpa~902.1kpa，根據(jù)圍壓與小麥

9、堆內(nèi)摩擦角的關(guān)系可以擬合得到方程：y=418.92Ln(x)- 1325.2，其中x為圍壓，y為彈性模量。小麥堆(水分為13.70%、16.4%、18%)的體積隨著圍壓(5kpa~30kpa)的增大而減小，體積的變化率分別為2.9%~11.6%、3.1%~12.5%、3.3%~13.1%。小麥堆(水分為13.7%、16.4%、18%)的體變模量隨著圍壓(5kpa~30kpa)的增大而增大，它們的體變模量的范圍分別為173.5kpa~25