平房倉中稻谷密度的時空分布值及堆高沉降特性研究

程緒鐸, 陳 雪, 唐福元,邵小龍

(南京財經大學食品科學與工程學院；江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，南京 210046)

稻谷儲藏在平房倉中，稻谷堆受到重力及倉壁對稻谷堆作用力，產生壓應力和切應力[1]。稻谷籽粒松軟，籽粒間的孔隙大，各處的應力作用導致稻谷堆產生形變和體積壓縮，稻谷堆密度增加。平房倉內稻谷堆的應力分布是不均勻的，所以稻谷堆的密度分布也是不均勻的，即平房倉中稻谷堆密度是空間的函數。稻谷堆是黏彈塑性體，在應力的作用下，稻谷堆持續變形，稻谷塊的體積持續減小，密度持續增大，即平房倉中稻谷堆密度是時間的函數。

糧食儲藏數量檢查是糧食庫存檢查的一項重要內容，即通過一定的手段獲取糧倉中所儲存糧食的數量，主要包括稱重法和體積密度法[2]。稱重法工作量大、效率低，在大規模的庫存檢查中很難廣泛使用。體積密度法是指通過測量糧堆的體積和平均密度計算糧倉中糧食數量的檢查方法?，F有的體積密度法是使用糧食的表層密度乘以修正系數來獲取糧堆的平均密度，修正系數是憑經驗給出的，此方法測定糧倉中糧食的數量誤差較大。

陳得民等[3]通過在糧倉底部安裝壓力傳感器，測定糧倉底部的壓力分布，從而估算出糧堆的總重量，此方法成本高且只能給出糧堆總重量不能給出糧倉內糧堆密度分布值。程緒鐸等[4]開發了一個分層壓縮模型來預測平房倉中的糧層密度和壓應力分布。陳雪等[5]選定修正劍橋模型作為小麥堆的應力與應變關系本構方程,使用有限元方法計算出平房倉中小麥堆密度的三維分布值。但這2種方法只能預測裝糧后瞬時(儲藏時間為零)的糧堆密度分布值。

本文將使用糧食回彈模量儀測定出稻谷堆的壓縮密度與最大主應力(豎直壓應力)及儲藏時間的關系模型。求解稻谷堆修正劍橋模型計算出裝糧后瞬時平房倉中稻谷層的豎直壓應力分布值。由平房倉中稻谷堆各層的豎直壓應力和稻谷堆的壓縮密度與最大主應力(豎直壓應力)及儲藏時間的關系模型計算出平房倉中稻谷層的密度與糧層深度及儲藏時間的關系模型。以期預測某一儲藏時間的平房倉中稻谷堆的密度分布值，從而由密度分布值計算出儲糧總質量。

1 材料與儀器

1.1 材料

稻谷品種為鎮稻19號，含水率為12.93% w.b.，堆密度為536.7 kg/m3。

1.2 儀器

TSZ-6A應變控制式三軸儀，LKY-1型糧食孔隙率測定儀，LHT-1型糧食回彈模量測定儀。

2 實驗方法

2.1 稻谷堆的壓縮密度與儲藏時間及最大主應力(豎直壓應力)的關系測定

將稻谷裝入LHT-1糧食回彈模量儀的圓筒中，頂部加載荷，圓筒中的稻谷受到壓縮，處于主動應力狀態，即豎直壓應力為最大主應力，水平壓應力為最小主應力。在糧倉中糧堆受到重力與倉壁對糧堆的壓力及摩擦力，重力是主動力，糧堆內部產生的應力處于主動應力狀態，即豎直方向主動的壓，水平方向被動的壓，最大主應力線是垂直的(在接近倉壁處稍有彎曲)[6]，因此，糧食回彈模量儀圓筒中的應力狀態與平房倉中各處的稻谷塊應力狀態相似。本試驗對回彈模量儀的圓筒中的糧堆施加不同的頂部壓力并壓縮不同的時間來模擬平房倉中不同儲藏時間各稻谷塊的應力狀態。本文用圓筒中稻谷堆的平均豎直壓應力等于平房倉中某一稻谷塊的豎直壓應力。

2.1.1 裝樣筒內糧堆平均豎直壓應力

其次，核心作者都為前十位核心研究機構的專職教師或研究員，職稱級別較高，教授、副教授職稱級別的作者占比超過90%，如馬耀峰、保繼剛、吳必虎等。同時，各大高校青年學者的學術研究能力正在增強，如黃瀟婷、張佑印等，形成了持續發力的學術研究氛圍。此外，核心作者的學科專業素養較高，擁有高質量的獨立研究團隊，大多采取兩人、三人合作研究的方式，初步形成了旅游者行為研究的高級別核心作者群。未來學界應不斷突破地理空間的限制，推動跨區域、多主題的學科交流與合作，形成規?；膶W術合作網絡圈層。

采用微元層法對裝樣筒內糧堆進行受力分析，假設裝樣筒內徑為Rc，樣品壓縮高度為H，取距離糧面深度為y，厚度為dy的微元層進行受力分析，見圖1[6]。

圖1 回彈模量儀裝樣筒中的微元受力圖

由稻谷薄層的豎直方向受力平衡可得：

(1)

對式(1)進行積分得：

滲瀝液的復氧方式包括自然復氧、利用曝氣頭進行微曝氣、噴淋曝氣和跌水曝氣等。工藝中在礦化床床內設置通氣管進行自然或強制復氧，表面種植綠色植物有益于根系對內部復氧。

將回彈模量儀測定的稻谷壓縮密度與式(12)計算出的稻谷堆密度對比，見圖2。

(2)

對式(2)進行二次積分，得到稻谷堆所受平均豎直壓應力pv為：

(3)

式中：p0為稻谷堆頂部壓力/kPa；H為壓縮后圓筒中稻谷堆高度/m。

2.1.2 裝樣筒內糧堆密度

對于Ⅱ～Ⅳ期患者除使用放療外理想的腫瘤細胞減滅術聯合化療非常重要?；チ鲭m為生殖細胞腫瘤，但對于生殖細胞腫瘤敏感的PEB(順鉑、依托泊苷、博萊霉素)方案不是最佳化療方案。成熟畸胎瘤鱗變術后輔助治療與宮頸癌類似，可用鱗癌敏感的紫杉醇和鉑類化療[18]，但MCT鱗癌變放療效果與宮頸癌相比效果較差[19]。也有文獻報道術后輔助放化療對改善存活率意義不大且放療影響患者生育能力[20]，故可不主張對有生育要求的患者進行盆腔外放療。Ito等[21]提出碳離子放射治療治療可視為治療復發性TMT的一種新方法。對于復發性MCT鱗癌變患者進行碳離子放射治療治療可縮小腫瘤體積，延緩患者生存期。

裝樣筒內糧堆密度由式(4)計算。

根據JLZ2X1/F2A-1660/95-492型1 660 mm2大截面碳纖維導線(以下簡稱1 660 mm2導線)的半硬鋁型線鋁股和芯棒特點，采用仿真分析方法，比較了夾嘴長度分別為350，325，275 mm時導線的應力狀況，從而確定適用于1 660 mm2導線的卡線器夾嘴長度，通過減小夾嘴長度對卡線器進行減重優化設計。

(4)

式中：m為稻谷堆的質量/kg。

修正劍橋模型的總應變包括體積應變εv和剪切應變εs，總應力包括廣義剪切力q和平均主應力p。稻谷堆修正劍橋模型為：

雖然示范性教學是比較古老的教學模式，但對于成人在職培訓中，多以更深入的理論教學為主，較少以示范性教學為主導的教學模式，但就本?？谱o士培訓的實踐證明，較好的范例對學員有很好的指導和啟迪作用，使學員能夠很快適應這種高效的短期培訓，學習起來事半功倍，取得良好的效果。

裝樣：裝樣前稱重，并測量樣高。將樣品均勻裝入裝樣筒，并將樣品表面鋪平，放置傳壓板，并使傳壓板上表面與裝樣筒上端齊平。

杠桿調平：保證橫梁杠桿垂直，將平衡錘轉動調整杠桿至水平位置，M16螺母固定平衡錘。

將傳壓螺釘轉動使其接觸傳壓板，調整位移傳感器的觸頭位置，將百分表調零。

對6個回彈模量儀加載不同的頂部壓力，分別為50、100、125、150、175、200 kPa。

選定不同的時間間隔，記錄時間與樣品高度。

隨著時間的推移，樣品高度減小，導致杠桿向下傾斜。通過轉動調平手輪，使杠桿一直保持水平，消除杠桿傾斜對加載精度的負作用。

2.1.4 稻谷堆壓縮密度與儲藏時間及最大主應力(豎直壓應力)關系模型

首先，思政課教師的思想激勵作用?！肮そ尘衽嘤淖罴褧r機就在高職生入學的開始一二年，這段時間也正是公共必修思政課的開課時期，把工匠精神的培育有效地融入高職思政教育必然有助于增加具有工匠精神人才的有效供給，為我國制造業的升級轉型培養更多具有高級職業精神和高尚愛國主義情操的高素質人才。[5]”思政課要有針對性，能夠解決學生在學習生活中的困難和疑慮，至少能給學生一種直面問題的思路和方法。學生在專業的學習上會遇到各種各樣的困難，思政課教師要從思想上發揮答疑解惑的作用，引導學生去面對困難，用勇氣解決困難。這是培養學生工匠精神必須具備的思路。

ρ=F(pv,T)

(5)

式中：T為稻谷堆壓縮時間/h。

2.2 平房倉中稻谷的豎直壓應力與深度關系的測定

2.2.1 稻谷堆修正劍橋模型

為了表征松軟土壤的應力與應變關系，Roscoe等[7]提出了修正劍橋模型(Modified Cam Clay)。修正劍橋模型將總應變分為剪切應變與體積應變，總應力分為平均正應力與剪切應力，適合求解在外力作用下松軟土壤堆中的應力與應變。稻谷堆孔隙大，籽粒松軟，它的結構與松軟土壤相似。Du等[8]研究了稻谷堆修正劍橋模型的模型參數，并使用修正劍橋模型研究稻谷堆的變形與壓縮，修正劍橋模型的計算結果與實驗結果是一致的。因此，本文選擇修正劍橋模型求解平房倉中稻谷堆的應力與應變。

2.1.3 稻谷堆加壓實驗方法

(6)

2.2.2 稻谷堆的修正劍橋模型參數的測定

針對網絡安全的建議，個人用戶賬戶信息使用不同的加密算法，如MD5.電話功能使用虛擬電話。將數據經行加密處理。雖然這不能100%的保證數據的安全，但是可以一定程度上降低安全信息泄露的可能性。

使用應變控制式三軸儀測定修正劍橋模型參數M、λ、κ、υ，使用糧食孔隙率測定儀測定參數e0[8-10]。

2.2.3 平房倉中稻谷的豎直壓應力與深度關系的確定

使用有限元軟件ABAQUS求解稻谷堆修正劍橋模型得到平房倉中豎直壓應力的三維分布值，由三維分布值計算出各糧層平均豎直壓應力。

使用修正劍橋模型計算出裝倉后瞬時平房倉中稻谷各層豎直壓應力及各處的深度。將裝倉后瞬時糧倉中各處糧塊應力狀態與回彈模量儀圓筒中稻谷堆(壓縮時間為10 min)的相同應力狀態對應起來。隨著儲藏時間的增加，糧倉中各處糧塊體積應變與對應的圓筒中稻谷堆體積應變相同。這樣，就能得到平房倉中稻谷各層的密度隨深度及儲藏時間變化的關系。因此，計算出稻谷裝倉瞬時平房倉中稻谷堆豎直壓應力與深度關系是計算平房倉中稻谷各層的密度隨深度及儲藏時間變化關系中的關鍵一步。

2.3 平房倉中稻谷堆密度與糧層深度及儲藏時間關系的確定

稻谷儲藏在平房倉中，稻谷堆持續受到壓應力作用，稻谷堆體積逐漸減小，糧堆各處的密度逐漸增加。

將平房倉中稻谷堆分為質量相等的n層，由限元軟件ABAQUS求解稻谷堆修正劍橋模型得出稻谷裝倉后瞬時(儲藏時間為零)各糧層平均豎直壓應力。

隨著儲藏時間的增加，各糧層平均豎直壓應力保持不變。不同儲藏時間各糧層的密度值由式(5)確定。

不同儲藏時間各糧層的厚度及深度由各層的密度與質量確定。

由不同儲藏時間各糧層的深度與密度值擬合出平房倉中稻谷堆密度與糧層深度及儲藏時間關系模型為：

寧夏青龍管業股份有限公司是中國預應力鋼筒混凝土管質量聯盟理事長單位，是一家致力于高品質管道研發、設計、生產、安裝和服務于一體的專業化管道制造商、城市基礎設施建設商和運營商。多年來，青龍管業在PCCP管道的質量控制、技術進步、工藝改良等方面進行了不懈努力，為我國PCCP行業的發展作出了突出貢獻，在南水北調中線工程天津段、河北段、河南段的管材制造任務中均有出色表現，獲得了承建方的一致好評與獎勵。

ρ=F(h,T)

(7)

式中：h為平房倉中稻谷層深度/m。

隧道沉降一般采用注漿加固的治理措施，即在盾構隧道下臥層形成剛度大于原狀土的加固體。由于盾構隧道縱向是環環相接的柔性結構，在注漿過程中需盡可能減小對地層的擾動，確保每環內注漿引起的附加橫向應力和橫向變形均在允許范圍內，并對地層沉降具有較好的補償效果。

2.4 平房倉中稻谷堆的沉降

依據式(7),以最底層的深度為縱坐標，儲藏時間為橫坐標繪出稻谷堆高的沉降曲線。

由式(3)與式(4)計算出不同儲藏時間的稻谷堆最大主應力(豎直壓應力)與密度,擬合稻谷堆壓縮密度與儲藏時間及最大主應力(豎直壓應力)關系模型為：

3 結果與分析

3.1 稻谷堆壓縮密度與儲藏時間及最大壓應力(豎直壓應力)關系模型

將鎮稻19號(含水率12.93%)儲藏在6個裝樣筒中(頂部壓應力分布為50、100、125、150、175、200 kPa)，持續壓縮4個月。

3.1.1 不同頂部壓力和儲藏時間下的稻谷堆密度

依據式(4)計算得到稻谷堆在不同頂部壓力、不同儲藏時間下的壓縮密度，見表1。

表1 不同頂部壓力、不同儲藏時間下稻谷堆的壓縮密度/kg/m3

由表1可知，隨著儲藏時間的增加和頂部壓力的增加，稻谷堆的壓縮密度逐漸增加。

3.1.2 不同頂部壓力和儲藏時間下稻谷堆受到的最大壓應力(豎直壓應力)

由式(3)計算出稻谷堆(鎮稻19號)在不同頂部應力、不同儲藏時間的最大壓應力(豎直壓應力)，見表2。

表2 不同頂部壓力、不同儲藏時間下稻谷堆所受到的豎直壓應力/kPa

3.1.3 稻谷堆的壓縮密度與儲藏時間及最大壓應力(豎直壓應力)的關系模型

目前，國外East等[4]開發了輔助設計評審人員的工具(Reviewer助手)來協助審核人員。國內針對施工圖審核的軟件有：①理正施工圖校對審核軟件2.0版[5]，該軟件是針對“結構平法施工圖進行校核”的專用軟件，對施工圖格式要求低且識別率高、能夠快速定位配筋不滿足要求的構件，但它僅針對梁配筋圖進行審核；②武漢理工大學利用VB程序語言編程，開發了一類面向審圖機構的審圖工程師的建筑結構施工圖審查軟件[6-8]。該類軟件主要針對常用基礎類型、框架結構、剪力墻及框架——剪力墻結構施工圖審查過程數字化，目前尚未正式投入使用。

由表1和表2中數據的特性，設稻谷堆壓縮密度與儲藏時間及最大壓應力的關系模型為：

ρ=ρ0+(ρmax-ρ0)(1-eapv3+bpv2+cpv+d)

(8)

式中：ρ為稻谷堆壓縮密度, kg/m3；ρ0為稻谷堆所最小受壓應力密度(頂部壓力為50 kPa), kg/m3；ρmax為稻谷堆所受最大壓應力密度(頂部壓力為200 kPa), kg/m3；ρv為稻谷堆受到的最大主應力(豎直壓應力), kPa。其中，ρ0=ρ0(T),ρmax=ρmax(T)。

3.1.3.1 稻谷堆的壓縮密度與儲藏時間的關系

ρ0=562.87+1.606ln(T)

依據表1中的數據，頂部壓力為50 kPa時稻谷堆的壓縮密度與儲藏時間ln(T)關系曲線的擬合方程為：

(9)

依據表1中的數據，頂部壓力為200 kPa時稻谷堆的壓縮密度與儲藏時間ln(T)的關系曲線的擬合方程為：

ρmax=608.94+2.711ln(T)

(10)

3.1.3.2 稻谷堆的壓縮密度與儲藏時間、最大壓應力(豎直壓應力)之間的關系

將式(8)兩邊同時取對數將其變換成式(11)為：

(11)

依據表1和表2中的數據，以ln[1-(ρ-ρ0)/(ρmax-ρ0)]為縱坐標、pv為橫坐標作曲線圖，由曲線圖擬合方程得出：a=-0.000 001,b=0.000 2,c=-0.013 5,d=0.000 3。

將a,b,c,d的值及式(9)、式(10)代入式(8)，可得推導稻谷堆壓縮密度與儲藏時間及最大壓應力(豎直壓應力)的關系式為：

(12)

3.1.3.3 模型的驗證

標準化的目的是“為了在既定范圍內獲得最佳秩序，促進共同效益”，比如全國正在推行的科學有效的政務大廳服務標準，目的就是為了簡化辦事程序、提升服務效能，方便老百姓，使社會管理和公共服務獲得最佳秩序和共同效益。為使產品、過程或服務適合其用途，標準化活動可以有一個或多個目的，且這些目的可能相互重疊。

圖2 稻谷堆壓縮密度隨儲藏時間變化的測量值與模擬值對比

由圖2可知，稻谷堆壓縮密度的模型預測值(虛線)與實驗測定值之間的相對誤差低于0.07%，RMSE的值在0.348 3～1.798 8 kg/m3之間，誤差較小，所以該模型可以用于計算稻谷堆隨儲藏時間與豎直壓應力變化的密度值。

3.2 平房倉中各稻谷層的平均豎直壓應力

選定平房倉內稻谷堆長26 m、寬24 m、高9 m(重力未施加，糧堆無壓縮狀態)。

將平房倉中的稻谷堆平均地分為9層，每層的厚度為1米(重力未施加)。使用有限元軟件ABAQUS求解稻谷堆修正劍橋模型計算出平房倉中稻谷堆的豎直壓應的力三維分布值。由稻谷堆的豎直壓應力的三維分布值計算出各稻谷層的平均豎直壓應力如表3中的第2列數據所示。

2018年秋天，一批有才華有情懷的文友在訂戶相對集中的市縣牽頭設立了五十多個《星火》讀者驛站，把星火燎原的祝愿變成了隱約可見的現實。

表3 平房倉中不同儲藏時間不同糧層下稻谷堆糧層密度/kg/m3

3.3 平房倉中稻谷堆密度與糧層深度及儲藏時間關系

依據各稻谷層的豎直壓應力值(表3中的第2列數據)，由式(12)計算出平房倉中稻谷堆不同儲藏時間的各糧層的平均密度，見表3。

依據表3中各稻谷層的密度值和質量計算出不同儲藏時間各稻谷層的深度值，見表4。

表4 平房倉中不同儲藏時間下不同糧層下稻谷堆的糧堆深度/m

由表3、表4中的數據特性，設平房倉內稻谷堆壓縮密度與儲藏時間及糧層深度的關系模型為：

學生動手操作后，師生一道總結得到判定方法2：兩角及其夾邊分別相等的兩個三角形全等(簡寫為：“角邊角”或“ASA”).判定方法3：兩角分別相等且其中一組等角的對邊也相等的兩個三角形全等.(簡寫為“角角邊”或“AAS”)

ρ=ρ0+(ρmax-ρ0)(1-eah3+bh2+ch+d)

(13)

式中：ρ為稻谷堆密度/kg/m3；ρ0為稻谷堆表層密度/kg/m3；ρmax稻谷堆底層密度/kg/m3；h為稻谷堆糧層深度/m。

依據表3中的數據，平房倉中稻谷堆的表層密度與儲藏時間ln(T)擬合線性方程為：

ρ0=566.94+1.678ln(T)

(14)

式中：T為平房倉中稻谷堆的儲藏時間/月。

依據表3中的數據，平房倉中稻谷堆底層與儲藏時間ln(T)擬合線性方程為：

ρmax=578+1.908ln(T)

(15)

將式(13)轉化為式(16)為：

(16)

依據表3、表4中的數據，以ln[1-(ρ-ρ0)/(ρmax-ρ0)]為縱坐標、h為橫坐標作曲線圖，擬合線性方程得到a,b,c,d的值分別是-0.011 8, 0.108 5,-0.678 2, 0.687 5。

將a,b,c,d的值和式(14)、式(15)代入式(13)，可得稻谷堆密度ρ與儲藏時間T及糧層深度h的關系模型為：

ρ=566.94+1.678ln(T)+(11.06+0.129ln(T)(1-e-0.011 8h3+0.108 5h2-0.687 2h++0.687 5))

(17)

由式(17)計算的預測值與實驗測定值見圖3。

圖3 稻谷堆壓縮密度隨儲藏時間、糧層深度變化的實驗值與預測值對比

從圖3可見，經式(17)計算得到的稻谷平均糧層密度(預測值)與試驗測定的密度對比發現，兩者相對誤差小于0.05%，其RMSE的值在0.181 5～0.934 2 kg/m3之間, 誤差較小，則該模型可以用來預測平房倉中稻谷堆不同儲藏時間、不同糧層深度下的糧層密度。

3.4 平房倉中稻谷堆高的沉降

平房倉中最底層的深度等于堆高。依據表4,以最底層的深度為縱坐標，儲藏時間為橫坐標繪出稻谷堆高的沉降曲線如圖4所示。

圖4 稻谷堆糧堆高度隨儲藏時間的變化關系

由圖4可知，隨著儲藏時間增加，稻谷堆高逐漸減小，但堆高減小幅度越來越小，沉降曲線最終趨于平緩。稻谷堆儲藏在平房倉中，在儲藏初期稻谷堆內的孔隙率較大。隨著儲藏時間的增加，稻谷堆持續受到壓應力作用，稻谷堆持續被壓縮，導致其孔隙率越來越小，稻谷堆越壓越實，其體積逐漸減小直至趨于恒定，從而導致堆高度減小幅度越來越小直至高度趨于恒定值。

4 結論

稻谷堆的壓縮密度隨最大主應力的增加而增大，隨儲藏時間的增加而增大。稻谷堆密度關于儲藏時間和最大主應力的關系模型為：

平房倉中稻谷層密度隨糧層深度的增加而增大，隨儲藏時間的增加而增大。平房倉中稻谷層密度關于儲藏時間和糧層深度的關系模型為：

ρ=566.94+1.678ln(T)+(11.06+0.129ln(T)(1-e-0.011 8h3+0.108 5h2-0.687 2h++0.687 5))。

平房倉中稻谷堆高隨儲藏時間的增加而降低，且堆高降低幅度越來越小，最后堆高趨于穩定值。