粮仓应力转向比和稳定性行为研究

论文摘要

颗粒物质的粮仓效应是颗粒物质静力学的一个重要研究方向。百多年前,德国人Janssen曾提出一个连续介质模型来描述粮仓的静应力情况,得到广泛的认可,但其中用到的一些假设并没有确切的实验验证,至今仍是颗粒物理领域研究的范围。从近十几年的文献中,可发现存在下面一个问题：工程上认为水平与垂直应力之比,即Janssen比值J由Jaky提出的一个经验公式给出,其值约为0.5,而颗粒物理领域却发现有些实验室粮仓并不都在这个Jaky经验公式的静力状态,与工程上对J的取值有分歧。本文围绕这个分歧,开展了一些实验测量和理论研究计算。主要内容和结论分别如下：首先,对于复杂的颗粒物质系统,其内部的静应力分布与边界上颗粒物质与粮仓侧壁的切向摩擦力有密切关系。为澄清这个边界条件,本文测量了颗粒物质与三种不同固体之间交界面的最大静摩擦系数。结果显示它们并不能简单地用材料之间的摩擦系数值或一个固定颗粒与固体交界面的摩擦系数值来代替颗粒物质与固体交界面的摩擦系数值。将这些实验测量得到的摩擦系数值运用到文献报道的以及本文测量的实验室粮仓时,会发现其中一些情形的JJ值明显大于0.5,从而确切地表明违反Jaky经验公式的静力状态的确存在。为进一步深入研究和澄清这个违反Jaky经验公式的现象,论文基于近年来文献报道的一个颗粒物质非线性弹性理论,计算了平面粮仓应力饱和区域的非线性弹性通解,结果表明这个通解能给出实验观测到的大转向比J的现象。根据这个理论,粮仓转向比将允许在一定范围里取值,不一定总是满足Jaky公式。这意味着弹性理论能够描述包括与制备历史有关的大J值等复杂的颗粒物质静力学现象,但需要仔细地处理好颗粒物质的塑性对边界条件的影响。另外当J值明显大于0.5时,该弹性理论给出的应力分布同时也偏离Janssen模型假设。这个现象尚有待今后进一步研究验证

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 颗粒物理简介
• 1.2 粮仓研究现状
• 1.3 粮仓力学问题
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第二章 Janssen和其它粮仓理论模型简介
• 2.1 Janssen模型假设和应力计算
• 2.2 其它粮仓力学模型简介
• 第三章 颗粒物质与容器表面间摩擦系数测量
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置
• 3.3 测量方法及结果
• 3.4 实验讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 粮仓应力的稳定性和涨落行为的测量
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置
• 4.3 测量方法和结果
• 4.4 分析:检验实验结果
• 4.5 分析:影响实验数据的因素
• 4.6 本章小结
• 第五章 弹性理论分析计算
• 5.1 引言
• 5.2 平面应变粮仓饱和应力的通解
• 5.3 粮仓侧壁边界条件
• 5.4 小结
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要的研究成果