[發(fā)明專利]基于有限元分析的筒倉(cāng)中稻谷重量的測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710623385.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107451352B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程緒鐸;許倩;杜小翠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京財(cái)經(jīng)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G01G3/12;G01N3/08;G01N15/08
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 袁靜

本發(fā)明提供基于有限元分析的筒倉(cāng)中稻谷重量的測(cè)量方法，涉及糧食測(cè)量領(lǐng)域。該測(cè)量方法，包括如下步驟：對(duì)稻谷進(jìn)行三軸軸向壓縮試驗(yàn)和各向等壓壓縮試驗(yàn)，計(jì)算得到稻谷修正劍橋模型的參數(shù)：臨界狀態(tài)應(yīng)力比、等向膨脹指數(shù)、對(duì)數(shù)硬化模量和泊松比；將筒倉(cāng)中未壓實(shí)狀態(tài)下的稻谷堆劃分成N層；每層稻谷堆由中心向外劃分成中心軸線與筒倉(cāng)中心軸線共線的M個(gè)單元；各單元的應(yīng)變與應(yīng)力關(guān)系符合修正劍橋模型；應(yīng)用ABAQUS求解修正劍橋模型，得到壓實(shí)狀態(tài)下稻谷堆各單元的高度，計(jì)算壓實(shí)狀態(tài)下N×M個(gè)單元體積應(yīng)變,計(jì)算N×M個(gè)單元密度計(jì)算每層稻谷堆的重量，計(jì)算出筒倉(cāng)內(nèi)稻谷堆的總重量W。本發(fā)明測(cè)量方法，簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及糧食測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于有限元分析的筒倉(cāng)中稻谷重量的測(cè)量方法。

背景技術(shù)

筒倉(cāng)是儲(chǔ)藏稻谷的主要倉(cāng)型之一，是一種機(jī)械化程度最高的儲(chǔ)糧容器，主要用于儲(chǔ)藏散糧。稻谷是一種典型的散粒體，當(dāng)儲(chǔ)藏于筒倉(cāng)中時(shí)，其靜態(tài)特性表現(xiàn)為彈塑性，稻谷會(huì)受到自重、內(nèi)摩擦力以及倉(cāng)壁、倉(cāng)底的支持力。稻谷堆的內(nèi)部由于這些力的作用產(chǎn)生應(yīng)力，從而產(chǎn)生彈性和塑性形變，稻谷堆的體積縮小，密度增大；隨著糧層深度的增加，稻谷堆的壓應(yīng)力與切應(yīng)力增大，體積應(yīng)變?cè)龃螅芏纫搽S之增大；由于倉(cāng)壁摩擦的影響，同一糧層不同圓環(huán)處的應(yīng)力不同，應(yīng)變不同，密度也不同。因此，筒倉(cāng)中稻谷堆密度不是常量，而是空間位置的函數(shù)。糧食儲(chǔ)藏?cái)?shù)量檢查是一項(xiàng)重要的糧食庫(kù)存檢查內(nèi)容，目前的檢測(cè)方法主要為稱重法和體積密度法。稱重法是指通過(guò)使用符合法定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的衡器來(lái)稱量糧食重量的檢查方法，其優(yōu)點(diǎn)是其測(cè)量結(jié)果一般能夠準(zhǔn)確反映被查糧食的實(shí)際數(shù)量，但是稱重法具有工作量大、效率低等缺點(diǎn)，難以廣泛應(yīng)用于大規(guī)模的庫(kù)存檢查中。體積密度法是指通過(guò)測(cè)量計(jì)算糧堆的體積和糧食的表層密度，糧食的表層密度乘以修正系數(shù)來(lái)獲取糧堆的平均密度，體積乘以平均密度得出倉(cāng)內(nèi)糧食總重量的檢查方法。

稻谷堆的平均密度因筒倉(cāng)的幾何尺寸、糧堆的高度、壓縮特性、內(nèi)摩擦特性及筒倉(cāng)壁與糧食的摩擦特性的不同而不同，到目前為止，計(jì)算平均密度的修正系數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)的。測(cè)量糧堆的密度分布的新方法正在研究之中，有研究者利用微波檢測(cè)糧堆的密度，這個(gè)方法是通過(guò)測(cè)量微波在糧堆中通過(guò)時(shí)的介電常數(shù)，由介電常數(shù)與密度的關(guān)系而獲取糧堆的密度，但這種方法不能測(cè)量筒倉(cāng)深處的密度，因微波到達(dá)糧堆深處易被干擾，目前只能測(cè)量?jī)擅咨钐幍募Z堆密度。也有研究者在筒壁和底部安裝力傳感器，由倉(cāng)壁和底部應(yīng)力分布推出儲(chǔ)糧總重量，但這種方法存在兩個(gè)問(wèn)題，一是由倉(cāng)壁和底部應(yīng)力分布堆出儲(chǔ)糧總重量需要建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，否則測(cè)算的誤差大，二是成本大，難以推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于有限元分析的筒倉(cāng)中稻谷重量的測(cè)量方法，該方法簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、精度高。

本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

基于有限元分析的筒倉(cāng)中稻谷重量的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)對(duì)稻谷進(jìn)行三軸軸向壓縮試驗(yàn)和各向等壓壓縮試驗(yàn)，計(jì)算得到稻谷修正劍橋模型的參數(shù)：臨界狀態(tài)應(yīng)力比M、等向膨脹指數(shù)κ、對(duì)數(shù)硬化模量λ和泊松比υ；

(2)測(cè)量筒倉(cāng)的內(nèi)徑d(單位是m)、高度H(單位是m)；測(cè)量筒倉(cāng)中壓實(shí)狀態(tài)下稻谷堆的高度h(單位是m)，估算未壓實(shí)狀態(tài)下稻谷堆的高度h′(單位是m)；將筒倉(cāng)中未壓實(shí)狀態(tài)下的稻谷堆劃分成N層；每層稻谷堆由中心向外劃分成中心軸線與筒倉(cāng)中心軸線共線的M個(gè)單元，所述M個(gè)單元由1個(gè)圓柱和M-1個(gè)圓環(huán)柱組成，所述圓柱處于每層的中心；其中每層稻谷堆的各單元按照由中心向外依次編號(hào)其列數(shù)；共得到N×M個(gè)單元；各單元的應(yīng)變與應(yīng)力關(guān)系符合修正劍橋模型；應(yīng)用大型有限元軟件ABAQUS求解修正劍橋模型，得到壓實(shí)狀態(tài)下稻谷堆各單元的高度，根據(jù)式(A)分別計(jì)算筒倉(cāng)內(nèi)壓實(shí)狀態(tài)下稻谷堆的N×M個(gè)單元體積應(yīng)變