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基于数字图像测量技术的小麦剪切过程三轴试验研究

冯照剑  
【摘要】:粮仓是一种用来储存粮食的特种结构,粮食颗粒在卸料时,由于受自身重力的作用,粮食颗粒之间相互作用,颗粒与仓壁也发生相互作用,导致粮仓的仓壁上受到的动态侧压力急剧增大,远大于静态侧压力,动态侧压力是粮仓结构设计的主要荷载之一。研究表明,粮食力学特性,尤其是剪切强度、剪切变形特性对仓内粮食相互作用影响较大,因此有必要开展粮食剪切过程试验研究,为粮仓设计提供试验依据。本文基于数字图像测量技术对全自动三轴仪进行改造,以河南小麦为研究对象,进行三轴试验研究,探索数字图像测量技术应用于粮食三轴试验的适用性,研究粮食在三轴剪切试验过程中的强度和变形特性。本文的主要研究内容如下:(1)基于数字图像测量技术对全自动三轴仪进行改装,针对该仪器,以饱和砂土为例子进行标定,研究表明,该套仪器可以用于测定散体物料的应力、体积变化等参数。(2)利用上述仪器对河南小麦进行三轴试验,改变小麦孔隙比和围压等影响因素,进行平行对比试验,得到在某种影响因素下的小麦的应力-应变关系曲线和应变-体变关系曲线。(3)基于莫尔-库伦理论,得到试样的黏聚力c和内摩擦角φ,试验结果表明,在围压为25 kPa、50 kPa、75 kPa、100 kPa,孔隙比为0.58、0.62、0.68下小麦的粘聚力在0.56 kPa~0.32 kPa之间,内摩擦角在25.13°~23.57°之间。(4)计算出孔隙比为0.58时,低围压下小麦的剪胀角介于16.29°~13.85°之间;围压为25 kPa,孔隙比为0.58、0.62、0.68时小麦的剪胀角介于16.29°~15.13°之间。(5)对该套仪器采集的数据进行后处理后,采用surfer软件绘制出小麦试样变化的应变图以及对应的矢量图,结果表明,小麦试样被压缩,试样外观表现出良好的对称性,属于鼓状破坏。


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