[发明专利]基于有限元分析的筒仓中稻谷重量的测量方法

说明书

本发明提供基于有限元分析的筒仓中稻谷重量的测量方法，涉及粮食测量领域。该测量方法，包括如下步骤：对稻谷进行三轴轴向压缩试验和各向等压压缩试验，计算得到稻谷修正剑桥模型的参数：临界状态应力比、等向膨胀指数、对数硬化模量和泊松比；将筒仓中未压实状态下的稻谷堆划分成N层；每层稻谷堆由中心向外划分成中心轴线与筒仓中心轴线共线的M个单元；各单元的应变与应力关系符合修正剑桥模型；应用ABAQUS求解修正剑桥模型，得到压实状态下稻谷堆各单元的高度，计算压实状态下N×M个单元体积应变,计算N×M个单元密度计算每层稻谷堆的重量，计算出筒仓内稻谷堆的总重量W。本发明测量方法，简单、耗时短、测量结果准确、精度高。

技术领域

本发明涉及粮食测量领域，具体涉及一种基于有限元分析的筒仓中稻谷重量的测量方法。

背景技术

筒仓是储藏稻谷的主要仓型之一，是一种机械化程度最高的储粮容器，主要用于储藏散粮。稻谷是一种典型的散粒体，当储藏于筒仓中时，其静态特性表现为弹塑性，稻谷会受到自重、内摩擦力以及仓壁、仓底的支持力。稻谷堆的内部由于这些力的作用产生应力，从而产生弹性和塑性形变，稻谷堆的体积缩小，密度增大；随着粮层深度的增加，稻谷堆的压应力与切应力增大，体积应变增大，密度也随之增大；由于仓壁摩擦的影响，同一粮层不同圆环处的应力不同，应变不同，密度也不同。因此，筒仓中稻谷堆密度不是常量，而是空间位置的函数。粮食储藏数量检查是一项重要的粮食库存检查内容，目前的检测方法主要为称重法和体积密度法。称重法是指通过使用符合法定计量标准的衡器来称量粮食重量的检查方法，其优点是其测量结果一般能够准确反映被查粮食的实际数量，但是称重法具有工作量大、效率低等缺点，难以广泛应用于大规模的库存检查中。体积密度法是指通过测量计算粮堆的体积和粮食的表层密度，粮食的表层密度乘以修正系数来获取粮堆的平均密度，体积乘以平均密度得出仓内粮食总重量的检查方法。

稻谷堆的平均密度因筒仓的几何尺寸、粮堆的高度、压缩特性、内摩擦特性及筒仓壁与粮食的摩擦特性的不同而不同，到目前为止，计算平均密度的修正系数是凭经验估计的。测量粮堆的密度分布的新方法正在研究之中，有研究者利用微波检测粮堆的密度，这个方法是通过测量微波在粮堆中通过时的介电常数，由介电常数与密度的关系而获取粮堆的密度，但这种方法不能测量筒仓深处的密度，因微波到达粮堆深处易被干扰，目前只能测量两米深处的粮堆密度。也有研究者在筒壁和底部安装力传感器，由仓壁和底部应力分布推出储粮总重量，但这种方法存在两个问题，一是由仓壁和底部应力分布堆出储粮总重量需要建立精准的数学模型，否则测算的误差大，二是成本大，难以推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于有限元分析的筒仓中稻谷重量的测量方法，该方法简单、耗时短、测量结果准确、精度高。

本发明的目的采用如下技术方案实现。

基于有限元分析的筒仓中稻谷重量的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)对稻谷进行三轴轴向压缩试验和各向等压压缩试验，计算得到稻谷修正剑桥模型的参数：临界状态应力比M、等向膨胀指数κ、对数硬化模量λ和泊松比υ；

(2)测量筒仓的内径d(单位是m)、高度H(单位是m)；测量筒仓中压实状态下稻谷堆的高度h(单位是m)，估算未压实状态下稻谷堆的高度h′(单位是m)；将筒仓中未压实状态下的稻谷堆划分成N层；每层稻谷堆由中心向外划分成中心轴线与筒仓中心轴线共线的M个单元，所述M个单元由1个圆柱和M-1个圆环柱组成，所述圆柱处于每层的中心；其中每层稻谷堆的各单元按照由中心向外依次编号其列数；共得到N×M个单元；各单元的应变与应力关系符合修正剑桥模型；应用大型有限元软件ABAQUS求解修正剑桥模型，得到压实状态下稻谷堆各单元的高度，根据式(A)分别计算筒仓内压实状态下稻谷堆的N×M个单元体积应变