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为研究土壤与机具的相互作用,需要测试砂壤土的基本力学特性和物性参数,从而为该类土壤与机具互作机理的研究和相关农业机器的数值化精确设计提供基本的理论参数。利用筛分法测得土壤的质地组成,再通过直接剪切试验和三轴压缩试验,对砂壤土的内摩擦角和粘聚力进行测定;采用试验结合数值分析的方法,对砂壤土的滚动摩擦系数和粘结参数进行测定,并对测试结果进行统计和分析。结果表明:该测试土壤类型为砂壤土,对于含水率和密度为21.8%、1.1g·cm-3的砂壤土,土壤的平均坚实度为57.99N·cm-2,直剪试验测得的内摩擦角和粘聚力均值为18.6°和44.3kPa,而三轴试验测得的数据为10°和43.8kPa。砂壤土与钢的静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.65和0.08;砂壤土间的静摩擦系数为0.176,通过虚拟标定试验得到砂壤土间的滚动摩擦系数为0.22。法向刚度系数为170MN·m-3,切向刚度系数为90MN·m-3,法向临界应力为45kPa,切向临界应力为6kPa时的粘结参数能表征含水率为21.77%的砂壤土。砂壤土的部分力学性能存在差异,主要由于试验仪器的差异造成;摩擦系数采用的是自制的仪器测得的,建议采用高精度的仪器;滚动摩擦系数的测量由于小钢球等差别,建议采取更加新颖的方法;粘结参数的仿真试验因素不够全面,仅考虑了两个因素。该研究还可为相关土壤作业农机具的设计及分析土壤与机械互作机理的研究提供可靠的基础数据参考。 相似文献
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莲藕主藕体弯曲破坏离散元仿真分析 总被引：3，自引：0，他引：3
以鄂莲5号为试验对象,采用单轴压缩试验获取其主藕体弹性模量、剪切模量和泊松比等本征参数,通过摩擦、碰撞试验获取莲藕间及其与钢之间的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数等接触参数。采用Geomagic studio 3D以及Solidworks软件对莲藕主藕体进行三维建模;利用EDEM仿真软件中的Hertz Mindlin with bonding模型,建立莲藕主藕体离散元模型。以莲藕主藕体弯曲破坏结果为对照,以法向粘结刚度、切向粘结刚度、法向临界应力、切向临界应力为影响因素,开展主藕体弯曲破坏离散元单因素和二因子模拟试验。试验结果显示,法向粘结刚度、切向粘结刚度对第一弯曲破坏发生时位移值以及第一峰值影响显著,法向临界应力、切向临界应力影响不显著;在法向临界应力为3.80 MPa、切向临界应力为3.12 MPa时,采用最速下降法分析确定主藕体法向粘结、切向粘结刚度最优解分别为5.814×108、3.450×108 N/m3,据此获得主藕体第一弯曲破坏仿真峰值和位移值分别为269.72 N、7.14 mm,仿真结果相对实测结果误差分别为2.56%、2.00%。 相似文献
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雷胜友 《西南大学学报(自然科学版)》2013,35(8):122-127
笔者进行了两种加筋材料、两种布筋形式下的加筋黄土的三轴剪切试验,发现加筋土的强度随围压、加筋层数、加筋材料的刚度的增大而增大;加筋土强度提高效益数随加筋层数、加筋材料弹性模量的增大而增大,随围压的增大而减小;筋材周向布置时的加筋土强度提高效益数比径向布置时的大;筋材发挥作用的临界轴向应变随着围压的增大而增大,随加筋层数、筋材刚度的增加而减小;加筋土的规格化视粘聚力随规格化加筋间距的增加而减小. 相似文献
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基于Plackett-Burman试验设计与响应面法优化玉米秸秆离散元模型 总被引：1，自引：0，他引：1
为了减小免耕播种机防堵装置数值模拟的误差,结合物理试验与仿真试验进行玉米秸秆离散元参数的标定。基于Hertz-Mindlin with bonding 接触模型建立了玉米秸秆离散元模型,以物理试验与仿真试验中临界载荷的相对误差为试验指标进行仿真单轴压缩试验;采用Plackett-Burman试验筛选出具有显著性影响的试验因素;采用Box-Behnken响应面法对玉米秸秆离散元模型进行优化。试验结果表明:接触半径和单位面积切向刚度对试验指标影响极显著(P<0.01),单位面积法向刚度对试验指标影响显著(0.01<P<0.05);玉米秸秆的最优离散元参数为,接触半径1.2 mm、单位面积法向刚度9.361×107 N/m3、单位面积切向刚度9.845×107 N/m3,在此条件下,仿真压缩试验的临界载荷为950.2 N,与物理试验值935.4 N的相对误差为1.58%,验证了参数的可靠性。标定的玉米秸秆离散元模型可用于免耕播种机防堵装置的数值模拟,为防堵装置结构优化改进提供了依据。 相似文献
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将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线. 相似文献
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【目的】研究易溶盐含量和基质吸力对非饱和伊犁黄土强度的影响规律,为伊犁黄土地区工程建设提供参考。【方法】利用水膜转移法将配置好的盐溶液加入原状伊犁黄土土样中,制成3种不同易溶盐含量(5,14,26g/kg)土样,采用非饱和土三轴仪进行3种不同易溶盐含量下控制净围压(100,200,300kPa)和基质吸力(50,100,150kPa)的三轴固结排水剪切试验,测定并分析土样强度的变化规律。【结果】非饱和伊犁黄土的偏应力-轴向应变关系曲线均为硬化型;在相同净围压和基质吸力作用下,易溶盐含量14g/kg非饱和伊犁黄土的强度最高。非饱和伊犁黄土的有效黏聚力随基质吸力的增大而增大,随易溶盐含量的增加呈先增大后减小的趋势,易溶盐含量5,14,26g/kg的非饱和伊犁黄土在50,100,150kPa 3种基质吸力下的有效黏聚力分别为21.30,31.50,40.50kPa,33.10,44.80,58.10kPa和19.70,28.30,36.70kPa。有效内摩擦角随基质吸力的增大基本不变;随易溶盐含量的增加呈先减小后增大的趋势,分别为23.33°,22.35°,23.76°。随着易溶盐含量的增加吸力摩擦角分别为10.76°,14.04°,9.65°,呈先增大后减小的趋势,且增减速率相同。【结论】基于Barcelona模型建立的非饱和伊犁黄土弹塑性模型的剪切屈服面方程,具有可以考虑易溶盐含量和基质吸力两个因素耦合变化的优点,适用于易溶盐含量较高的伊犁黄土。 相似文献
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为了解边坡黄土内在变形机理,利用晋南地区某边坡黄土进行侧限压缩试验和固结排水三轴试验,分析了原状黄土的抗剪强度及压缩模量的变化规律。结果表明,在一定围压作用下,原状黄土抗剪强度随含水量的增大而减小;在一定含水量条件下,原状黄土抗剪强度随围压的增大而增大;在含水量相同的条件下,原状黄土压缩模量随压力区间的增大而增大;在相同的压力区间,原状黄土压缩模量随含水量的增大而减小。 相似文献
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《西北农林科技大学学报(自然科学版)》2020,(4)
【目的】研究易溶盐含量和基质吸力对非饱和伊犁黄土强度的影响规律，为伊犁黄土地区工程建设提供参考。【方法】利用水膜转移法将配置好的盐溶液加入原状伊犁黄土土样中，制成3种不同易溶盐含量（5，14，26 g/kg）土样，采用非饱和土三轴仪进行3种不同易溶盐含量下控制净围压（100，200，300 kPa）和基质吸力（50，100，150 kPa）的三轴固结排水剪切试验，测定并分析土样强度的变化规律。【结果】非饱和伊犁黄土的偏应力 轴向应变关系曲线均为硬化型；在相同净围压和基质吸力作用下，易溶盐含量14 g/kg非饱和伊犁黄土的强度最高。非饱和伊犁黄土的有效黏聚力随基质吸力的增大而增大，随易溶盐含量的增加呈先增大后减小的趋势,易溶盐含量5，14，26 g/kg的非饱和伊犁黄土在50，100，150 kPa 3种基质吸力下的有效黏聚力分别为21.30，31.50，40.50 kPa，33.10，44.80，58.10 kPa和19.70，28.30，36.70 kPa。有效内摩擦角随基质吸力的增大基本不变；随易溶盐含量的增加呈先减小后增大的趋势，分别为23.33°，22.35°，23.76°。随着易溶盐含量的增加吸力摩擦角分别为10.76°，14.04°，9.65°，呈先增大后减小的趋势，且增减速率相同。【结论】基于Barcelona模型建立的非饱和伊犁黄土弹塑性模型的剪切屈服面方程，具有可以考虑易溶盐含量和基质吸力两个因素耦合变化的优点，适用于易溶盐含量较高的伊犁黄土。 相似文献
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以天然黄土为对象,采用在不同含水率和剪切速率下的固结不排水剪(CU)三轴试验,研究剪切速率对结构性黄土力学性质的影响。发现天然黄土的不同力学性状受剪切速率的影响各异。在高剪切速率下,天然黄土的应力应变关系曲线产生应变软化现象;随剪应变率的增大,峰值强度、凝聚力C呈现先增大后减小的特征;但是内摩擦角受剪切速率的增加,其值呈现减少趋势。 相似文献
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龙勇云 《山东农业大学学报(自然科学版)》2020,51(4)
为了更加准确地预测平面磨削表面的接触刚度,本文提出一种基于分形理论接触刚度的计算方法。采用分形表面对砂轮的表面形貌进行表征,结合机床运动学与切削理论,实现了平面磨削表面形貌的仿真,并采用有限元方法对平面磨削仿真表面进行接触分析。最后探讨了砂轮表面形貌参数分形维数与尺度系数对平面磨削粗糙表面接触刚度的影响。仿真结果显示,平面磨削表面接触刚度的数值随着接触压力的增大而逐渐增大,两者之间呈现非线性关系并且不同分形参数下的变化趋势相同;在相同接触压力的条件下,平面磨削表面接触刚度随分形维数的增大而逐渐增大,随着尺度系数的增加而逐渐减小。 相似文献
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罗卫华 《湖南农业大学学报(自然科学版)》2010,37(8):12-16
首先分析了加筋土颗粒接触面处的单元剪切刚度矩阵，并考虑土体剪切破坏的应力特点，引入莫尔库伦强度准则对加筋土体的微元强度进行度量，从而建立了模拟加筋土体滑移变形过程的统计损伤本构模型.在此基础上，进而提出一种较完备的，且参数少、物理意义明确的模型参数确定方法.最后，通过与常规直剪试验曲线的对比分析，发现该模型能够模拟加筋土体的滑移变形特性，并进而探讨了土体抗剪强度随法向应力的变化规律，从而验证了模型的合理性. 相似文献
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【目的】研究黄土丘陵区典型农作物玉米和谷子生育期内土壤临界剪切力的季节变化特征及其影响因素,以期为该区的粮食安全生产和土壤侵蚀过程模型建立提供参考依据。【方法】以黄土丘陵区玉米地和谷子地为研究对象,在6组不同的水流剪切力条件下(τ=5.71—17.18 Pa),借助坡面径流冲刷试验测定土壤的分离能力,结合土壤侵蚀过程WEPP模型,利用线性回归方法推求土壤临界剪切力(τ_c),分析了玉米和谷子生育期内土壤临界剪切力的季节变化规律。【结果】黄土丘陵区玉米和谷子生育期内土壤临界剪切力具有明显的季节变化规律(P0.05),整体呈上升趋势。玉米地τ_c表现为先降低后升高再降低又升高的季节变化模式,变化范围为1.51—4.89Pa,平均值为3.0 Pa,最小值(1.51 Pa)出现在五叶期,最大值(4.89 Pa)出现在收获期;谷子地τ_c表现为先降低后升高的季节变化模式,变化范围为1.06—6.53 Pa,平均值为2.93 Pa,最小值(1.06 Pa)出现在幼苗期,最大值(6.53 Pa)出现在成熟期。玉米地和谷子地土壤临界剪切力的季节变化由土壤黏结力、初始含水量等土壤属性的季节变化和作物根系生长所致。两种作物地的土壤临界剪切力与土壤黏结力、初始含水量和作物根重密度间呈正相关关系。在玉米和谷子生育期内,利用土壤黏结力、初始含水量和作物根重密度可以较好地模拟两种作物地土壤临界剪切力的季节变化(R~20.74,NSE0.72)。【结论】作物根系、土壤黏结力和初始含水量等的季节变化是影响玉米地和谷子地土壤临界剪切力季节变化的主要因素。土壤临界剪切力与根重密度、土壤黏结力和初始含水量间呈正相关关系。用根重密度、土壤黏结力和初始含水量等参数能够较好地模拟玉米地和谷子地土壤临界剪切力的季节变化。 相似文献
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本文通过对人工制备的不同盐浓度的盐渍土的抗剪强度及其指标进行研究发现:随着土样中可溶性盐浓度的增加,土的粘聚力约呈线性下降的趋势,内摩擦角近似呈线性上升趋势.土样中的可溶性盐浓度在不同范围内变化时,其抗剪强度的变化趋势分别由粘聚力或内摩擦角决定.土祥的可溶性盐浓度与土样的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角之间存在非常强的函数关系. 相似文献
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长输油气管道在一般地段埋地敷设,当经过季节性斜坡冻土区时,由于冻融引起的坡体蠕滑作用导致管道产生附加应力。通过安装管道轴向应变传感器可监测坡体蠕滑作用导致的管道轴向应力变化,但开展管道强度评价时,需要明确管道应变监测初始应力,由于应力检测技术多在实验室环境下使用,工程上并不成熟,目前行业内一般通过有限元建模计算方法获取管道应变监测初始应力。以涩宁兰一线某穿越斜坡季节性冻土地貌埋地管道为例,介绍了位于季节性冻土区的管道当前面临的主要风险、土体位移分布形式与位移的确定,以及季节性冻土区斜坡体位移作用下管道的受力和变形情况。采用向量式有限元方法,利用空间梁单元和非线性土弹簧模型对灾害点管道进行了数值模拟,并得到管道现状应力分布,为确定管道本体应变监测截面位置、估计管道现状应力分布及管道安全评价提供依据。 相似文献
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为抗震设计的墙板计算提供新的计算方法,基于已有的微观及宏观计算模型和纤维模型概念,建立了用于研究速成墙板等组合墙体的非线性分析的宏观纤维计算模型,即每个墙体单元由宏观纤维子单元和宏观剪切子单元组成,分别抵抗轴力、弯矩及剪力。推导了模型的单元刚度矩阵和各杆件的刚度。运用计算模型对4块满灌混凝土石膏板进行了推覆分析,并与试验结果进行了比较,表明该模型具有较好的精度。 相似文献
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依据比奥(Biot)固结理论,应用总拉格朗日(Total Lagrangian)方法建立考虑大变形的应力场控制方程;引入应力-温度耦合损伤模型作为冻结状态下的高温冻土本构模型,以未冻水含量为耦合节点建立水热力耦合模型;通过冻结粉质黏土的升温三轴压缩试验验证模型的有效性,分析水热力耦合模型与应用小应变假设的模型的差异。结果表明:水热力耦合模型经过引入高温冻土应力-温度耦合损伤本构模型,冻结状态初始融化阶段预测结果与试验曲线较吻合。在变形加速至缓慢变形过渡阶段(1.5~2.5 h),模拟结果与试验曲线存在一定差异,但整体可有效预测高温冻结粉质黏土的融化固结过程。考虑大应变状态的水热力耦合模型,对融化变形的预测精度优于应用小应变假设的模型。根据模拟结果,分析水热力三场的相互作用关系、冻土融化固结过程,高温冻土外部升温状态下,边缘融化部分形成排水通道,加速上部土体水分排出。 相似文献
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以含水率为95%的落叶松生材为研究对象,将纵向、弦向和径向定义为3个弹性对称主轴,将材料看作是正交各向异性体,分别采用电测法单向压缩试验和三点弯试验得到了材料的12个弹性常数。按美国试验与材料协会制定的试验标准（ASTM标准）进行加工制备,由压缩试验得到了材料3个主轴方向的弹性模量和RT面内的剪切模量,测定得到的弹性模量与泊松比基本满足Maxwell定理,说明通过电测法测定得到的数据可靠有效。通过三点弯试验得到了LT和LR面内的剪切模量,对试验数据线性回归分析知,高跨比的平方与抗弯弹性模量的倒数到的相关系数分别为0.99和0.94,说明数据的测定与计算合理有效。为应力波在落叶松活立木中传播的数值模拟研究提供模型参数。 相似文献
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土壤试样单轴压缩试验与离散元法模拟对比研究 总被引：3，自引：2，他引：1
土壤是典型的松散介质,利用粘连的颗粒离散元模型模拟土壤聚团的行成及破裂一直是散体力学的热点之一。本研究详细描述了利用带粘连的颗粒离散元模型制备土壤聚团的方法,利用粘连颗粒离散元模型对土样单轴压缩试验进行数值模拟分析,将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:试验与模拟得到的压缩曲线走势吻合,均呈拟线性上升,达到峰值后光滑下降;试验和模拟得到的土壤压缩时的强度极限分别为21.5和24 kPa,模拟值高于试验值11.6%。 相似文献