基于三轴试验局部测量的小麦强度及变形特性研究

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筒仓内粮食强度变形特性的准确获取是筒仓结构安全设计的关键要素。筒仓在储粮周期内需要装卸粮,卸料时仓内粮食在侧压力及仓壁摩擦等影响因素下,会导致仓内不同位置处粮堆的压力分布不均匀,甚至引发仓体结构的破坏。粮食的强度和变形特性对于研究粮堆内的压力分布规律具有重要作用。本文选取小麦为研究对象,通过引入数字图像测量技术,有效消除了三轴试验的端部影响,直接测试了小麦试样的局部强度、变形特性,为小麦储仓及仓体结构安全设计提供理论依据。本文主要内容如下:(1)利用基于数字图像测量系统改进的三轴仪,获取了小麦试样表面局部点和局部区域的应力-应变发展;对比了小麦整体与局部测量的强度和变形差异,证明在端部约束的影响下,试样的径向变形和体积变形被低估,试样的整体强度被高估。因此,整体测量时的平均数据不能够完全反映小麦的实际强度和变形特性。(2)通过引入应变不均匀系数,定量表述了三轴试样不同位置变形的不均匀程度。三轴试样受到端部约束致使试样的径向变形不均匀,剪切过程中试样的径向变形主要集中在试样中部40 mm区域内。结果发现,越靠近试样中部,试样变形越均匀。因而应用试样中部40 mm范围内的强度和变形结果,可有效消除端部约束的影响。(3)基于上述试样中部40 mm局部测量结果,计算获得了小麦强度参数黏聚力和内摩擦角,变形参数剪胀角和泊松比,并基于此分析了小麦的强度和变形特性。修正了沈珠江双屈服面模型用于表述小麦的应力-应变模型,并获取了相关模型参数,预测结果表明,该模型可以较好地描述小麦的应力-应变和体变-应变特性。(4)小麦的在剪切破坏过程中可能会出现以下2种剪切破坏形态:鼓胀破坏和剪切带破坏。对于中低围压、中低密度的小麦试样,通常会发生鼓胀破坏,鼓胀破坏受端部约束的影响,且在试样的表面上形成均匀鼓胀的破坏形态。对于围压、密度较大的小麦试样,易发生剪切带破坏,剪切带破坏是典型的局部变形不均匀的体现,由鼓胀破坏发展而来,最终表现为宏观剪切带的形成。
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