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粮食的内摩擦角、弹性模量及体变模量的实验研究

作　者: 安蓉蓉
导　师: 程绪铎
学　校: 南京财经大学
专　业: 农产品加工与贮藏工程
关键词: 直剪实验三轴实验内摩擦角弹性模量体变模量
分类号: TS210.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 78次
引　用: 4次
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内容摘要

本论文对小麦堆、稻谷堆和玉米堆的内摩擦角,小麦堆弹性模量和小麦堆体变模量的测定方法进行了研究,并对它们进行了测定与分析。通过直剪实验测定了小麦堆、玉米堆及稻谷堆的内摩擦角,分析了水分、剪切速度、法向压应力三个因素对三个粮种的内摩擦角的影响。使用三轴仪实验测定了小麦堆的内摩擦角、小麦堆弹性模量和小麦堆体变模量,通过预实验结果的分析比较,确定了测定小麦堆弹性模量的几个实验条件(滞回圈圈数、加卸载间隔时间、轴向压力),分析了围压对小麦堆弹性模量的影响以及分析围压、水分对小麦堆体变模量的影响。直剪实验结果表明:小麦堆(南京产、水分为10.96%)和稻谷堆(晚籼521、水分为11.78%)的内摩擦角均随着剪切速度(0.53mm/min~5.20mm/min)的增大而减小,其变化范围分别为17.49°~25.01°、35.75°~40.03°;玉米堆(南京产、水分为11.05%)和稻谷堆(南京产、水分为13.77%)的内摩擦角均随着剪切速度(1.33mm/min~5.20mm/min)的增大而减小,其变化范围为22.21°~28.93°、28.95°~33.19°。剪切速度对小麦堆(南京产)和稻谷堆(晚籼521)内摩擦角影响不显著,根据剪切速度与玉米堆(南京产)和稻谷堆(南京产)的内摩擦角的关系分别可以拟合得到方程:y=-0.2219x~2 + 0.2123x + 28.318、y =-0.0606x~2-0.2532x + 33.147,其中x为剪切速度,y为粮堆内摩擦角。小麦堆(南京产、水分为18.14%)、玉米(南京产、水分为14.93%)、稻谷堆(南京产、水分为17.57%)、不同水分(水分为11.78%、13.96%、15.39%、18.45%)的稻谷堆(晚籼521)的内摩擦角均随着法向压应力的增大而减小,在法向压应力为25kpa~100kpa时,小麦堆(南京产、水分为18.14%)、玉米(南京产、水分为14.93%)、稻谷堆(南京产、水分为17.57%)的内摩擦角的变化范围分别为:23.75°~40.03°、26.57°~35.75°、28.37°~39.04°。在法向压应力为25kpa~200kpa时,不同水分(水分为11.78%、13.96%、15.39%、18.45%)的稻谷堆(晚籼521)的内摩擦角变化范围为26.57°~41.35°。根据法向压应力与以上粮种的内摩擦角的关系分别可以拟合得到方程:y = -2E-05x~2 - 0.0237x + 32.42、y=0.0007x~2-0.1702x + 38.487、y=0.0003x~2-0.1286x + 40.074、y=-3.7072Ln(x)+32.073,其中x为法向压应力,y为粮堆内摩擦角。小麦堆内摩擦角随其水分含量的增加而增加,在水分为10.96%~18.14%时,小麦堆内摩擦角取值范围为19.19°~32.62°;当玉米的水分为11.05%~17.75%时,它的内摩擦角均随着水分的增加而增加,它的变化范围为23.4°~33.76°;根据水分与小麦堆和玉米堆的内摩擦角的关系分别可以拟合得到方程:y = 0.1934x~2 - 4.4372x + 47.429、y = 0.0078x~2 + 0.7792x + 16.665,其中x为水分含量,y为粮堆内摩擦角;稻谷堆(南京产、水分为11.25%~17.57%)的内摩擦角与其含水量没有明显的联系,当水分增高时,其内摩擦角可能增大,也可能减小,并不呈一定规律。通过方差分析得到不同法向压应力下的四种水分的稻谷堆(晚籼521)的内摩擦角差异很小,即水分变化范围在11.78%~18.45%时,内摩擦角并不随着水分的变化而变化。不同品种的稻谷堆(南京产、晚籼521)的内摩擦角差异不显著。稻谷的内摩擦角大于玉米的内摩擦角,玉米的内摩擦角大于小麦的内摩擦角。三轴实验结果表明:通过三轴仪测得的水分为10.96%、15.90%的小麦堆内摩擦角的变化范围分别为25.01°~27.46°、27.8°~31.03°。三轴实验比直剪实验测出的小麦堆内摩擦角均偏大。随着围压(50kpa~200kpa)的增大,小麦堆粮堆的弹性模量增大,其范围为314.2kpa~902.1kpa,根据围压与小麦堆内摩擦角的关系可以拟合得到方程:y = 418.92Ln(x) - 1325.2,其中x为围压,y为弹性模量。小麦堆(水分为13.70%、16.4%、18%)的体积随着围压(5kpa~30kpa)的增大而减小,体积的变化率分别为2.9%~11.6%、3.1%~12.5%、3.3%~13.1%。小麦堆(水分为13.7%、16.4%、18%)的体变模量随着围压(5kpa~30kpa)的增大而增大,它们的体变模量的范围分别为173.5kpa~259.3kpa、164kpa ~240kpa、151kpa ~229.4kpa。小麦堆体变模量随着水分的增大而减小,当小麦堆水分为13.7%~18%时,它的体变模量变化范围为223.5kpa~270kpa。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章导论  11-15
  1.1 论文选题的目的和意义  11-12
  1.2 文献回顾  12-14
    1.2.1 粮食的摩擦特性  12
    1.2.2 粮食摩擦特性国内外研究概况  12-13
    1.2.3 粮食的压缩特性  13
    1.2.4 粮食压缩特性国内外研究概况  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
第二章粮堆(小麦、玉米、稻谷)内摩擦角的测定与研究  15-39
  2.1 材料与仪器  15-17
  2.2 实验原理  17-18
    2.2.1 直剪仪实验原理  17
    2.2.2 三轴仪实验原理  17-18
  2.3 实验方法  18-22
    2.3.1 水分的测定  18
    2.3.2 直剪仪测定法  18-21
    2.3.3 三轴仪测定法  21-22
  2.4 结果与分析  22-38
    2.4.1 直剪仪测定粮堆(小麦、玉米、稻谷)内摩擦角  22-36
    2.4.2 三轴仪测定小麦堆内摩擦角  36-38
    2.4.3 三轴仪实验与直剪仪实验结果比较  38
  2.5 实验结论  38-39
第三章小麦堆弹性模量的测定与研究  39-48
  3.1 材料与方法  39-44
    3.1.1 材料与仪器  39
    3.1.2 实验原理  39-40
    3.1.3 实验方法  40-44
  3.2 实验结果  44-47
  3.3 结论  47-48
第四章小麦堆的体变模量的测定与研究  48-53
  4.1 材料与方法  48
  4.2 实验方法  48
  4.3 实验原理  48-49
  4.4 实验结果与分析  49-52
    4.4.1 体积与围压的关系  49-50
    4.4.2 围压与体变模量的关系  50-52
    4.4.3 水分对体变模量的影响  52
  4.5 结论  52-53
第五章主要结论与展望  53-55
  5.1 主要结论  53-54
  5.2 展望  54-55
参考文献  55-57
攻读硕士学位期间研究成果  57-58
致谢  58

粮食的内摩擦角、弹性模量及体变模量的实验研究

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