基于ANSYS的糧倉效應研究

摘要：糧食是人類賴以生存的物質保障，因此糧食安全的意義更加突出和重要。成熟后的玉米含水率大約在25%-30%，甚至會達到36%左右。自然干燥后自然水都在15%-17%，作為種子含水率不能超過13%。玉米籽粒倉儲的安全含水率標準為13%，最多不超過14%。據統計，每年因氣候潮濕，濕谷來不及曬干或未達到安全水分造成霉變、發芽等損失的糧食高達5%，糧食損失重量高達200億公斤。玉米收獲時的含水率較高，因此玉米收獲后不能安全外運和貯藏，通常要通過機器烘干，將玉米含水率降到安全貯藏水分才能入庫。但是新收獲的玉米在干燥塔干燥過程中和在糧倉內儲存糧食時卻發生過很多倉桶開裂或崩塌的事故，這正是由于糧倉效應導致的。為避免此類事故發生所帶來的經濟損失和提高干燥效率，對糧倉效應進行研究并設計良好的倉體結構是十分必要的。

關鍵詞：ANSYS；糧倉效應；壓力飽和

1.糧倉效應

糧倉效應是勞動人民很久以前就發現的一種物理現象。糧倉效應是顆粒物質在倉儲條件下最著名的靜態性質之一。它是指當向一個圓筒倉內填充顆粒時，筒倉底部受到的壓力F不會隨著填充高度h線性增加，而是隨高度h的增加而幅度逐步放緩，糧食高度到達一定以后，糧倉底部壓力會趨于一個飽和值。這一現象來源于顆粒介質與倉壁之間的切向摩擦力，它使得倉壁能承受顆粒介質的重量，并使倉底的壓力達到飽和。由于倉內側壓力、摩擦力的存在，作用于某截面的垂直壓力不等于其截面以上的糧食重力，而且垂直壓力和水平壓力的增長與倉筒高度不成比例。隨著裝載高度增加時，倉內壓力增加的速度漸漸緩慢，并且達到一定高度后，壓力值幾乎沒有變化這種現象通俗地稱為糧倉效應。

2.糧倉效應模擬仿真

為了便于對糧倉效應進行仿真，我們我們不妨假設糧食為理想散粒體，即設：

（1）糧食處于靜止狀態；

（2）任意高度處的垂直壓力A沿水平面整個面積F上呈均勻分布；

（3）糧食在任一點處的水平壓力Ph與垂直壓力Pv成比例

（4）不計倉底對糧食壓力的影響，即假定為無限深倉；

（5）糧食為均勻密實、不可壓縮的散粒體。

根據以上假設，使用ANsYs有限元分析軟件對糧倉效應進行模擬仿真分析。

經過實驗測定出4種不同含水率的玉米樣本與鋼板摩擦系數數據如下：

樣本1：含水率13%容重780g/L摩擦系數1.65

樣本2：含水率20%容重728g/L摩擦系數1.52

樣本3：含水率23.5%容重686g/L摩擦系數1.27

樣本4：含水率30.1%容重703g/L摩擦系數1.78

分析步驟如下。

（1）選玉米的楊氏模量1e6Pa，泊松比0.45：選取1號糧食樣本：糧食堆積高度采用參數化加載：