RESEARCH PAPER
Effect of structure of seeds bedding on stress state
 
More details
Hide details
1
Instytut Agrofizyki PAN, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin 27
Publication date: 2020-04-30
 
Acta Agroph. 1998, (12), 3–129
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The spatial arrangement of individual grains forming a bed of granular solids influences the mechanical behaviour of granular material. Several researchers reported reduction of the coordination number and an increase of the void fraction in the region near the wall of containers holding randomly packed beds of uniform spheres. The method of bin filling influences the pressure distribution on the wall as well as the flow pattern which develops at the onset of discharge. Anisotropic behaviour of grain medium was considered to be the reason for damage to silos built in compliance with current codes of practice. It was found that the filling method influences the magnitude of measured values of the stress ratio. The purpose of this study was to examine the influence of particle properties and bedding structure on transmission of stresses in the layer of seeds. A model bin 0.61 m in diameter and 0.62 m high was constructed. Its bottom was divided into five concentric rings. The apparatus allowed for the determination of vertical load on each of the floor rings, vertical wall load and horizontal load exerted by grain on the bin wall. Four methods of bin filling and two types of wall surface (rough and smooth) were tested. The seeds of five species of plants were used as bulk solids filling the bin. The filling method, and individual seed size and shape of the five test materials significantly influenced the radial distribution of vertical pressure on the silo bottom. From a practical point of view, the advantages of circumferential filling as compared to central filling are: lower pressure ratio, maximum of vertical pressure at the bottom centre and lower tangential stress in vertical direction. The characteristics of vertical pressure as the function of the radius was observed to be smooth for the ratio of bin radius to particle dimension higher than one hundred. The change in moisture content of wheat resulted in the change of radial distribution of vertical pressure. The wall of the bin was loaded gravitationally and allowed to move down. The characteristics of shear stress as the function of the radius was found to be dependent on the seed size. The major part of shear stress change took place in the boundary layer along the wall, which thickness was less than ten seed equivalent diameters. The proposed method measures vertical normal pressure averaged over the cross sectional area and the horizontal normal pressure averaged over the perimeter. Simultaneously, it measures the coefficient of wall friction, thus the pressure ratio is determined in a manner consistent with the Janssen formula. The pressure ratio value was found affected by material type, filling method and load history. Analysis of radial variation of vertical pressure can be useful in the verification of assumptions concerning the location of regions of fully developed yield conditions inside the Janssen's differential slice which are frequently considered in the theoretical prediction of the stress ratio.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Wpływ struktury złoża nasion na stan naprężenia
ziarno i nasiona, rozkład nacisku, struktura ściółki, anizotropia, obciążenia silosów
Wiedza o materiale sypkim pochodzi z różnych dziedzin nauki, a jej rozwój podyktowany był potrzebami takich obszarów działalności człowieka jak budownictwo, czy rolnictwo. Materiały sypkie są medium związanym z wieloma operacjami technologicznymi w rolnictwie, przemysłach: przetwórczym, chemicznym, ceramicznym, surowców mineralnych, farmaceutycznym, kosmetycznym, metalurgii, kopalnictwie i geomechanice. W rolnictwie i przemyśle przetwórczym produktów rolnych materiały sypkie wy stępują jako: ziarno i nasiona, nawozy, herbicydy, piaski i gleby, żywność (np. cukier, mąka, sól) i pasze. Opracowanie efektywnych metod projektowania procesów technologicznych wymaga dokładnego zrozumienia właściwości materiałów sypkich oraz mechanizmów przenoszenia sił w ośrodku. Rosnący udział materiałów sypkich w procesach przetwarzania spowodował w ostatnich dwudziestu latach zwiększone zainteresowanie badaniem ich mechaniki. Opublikowano wiele ważnych prac eksperymentalnych i teoretycznych. W Polsce szczególnie wiele badań dotyczących projektowania silosów na materiały sypkie prowadzono na Politechnice Wrocławskiej w zespole założonym przez prof. A. Mitzla. Wyniki prac zespołu opisali w obszernych monografiach Kamiński (1986) i Borcz (1987). Badania ośrodków sypkich prowadzone w Instytucie Podstawowych Problemów Techniki reprezentują prace teoretyczne Z. Mrożą i współautorów. W zakresie analitycznych metod analizy obciążeń silosów należy wymienić monografie Dreschera (1983, 1991). Wyniki badań polskich autorów prezentowane są na cyklicznie organizowanych konferencjach dotyczących projektowania silosów (Wrocław, 1992; Kraków, 1995). Wyniki badań wskazują, że wartości i rozkłady naporu zależą od wielu czynników związanych m. in. z cechami ośrodka sypkiego. Obecnie wpływ wielu z tych parametrów jest pomijany w obliczeniach konstrukcyjnych, co niekiedy powoduje awarie konstrukcji silosów (Kamiński, 1986). Ze względu na specyficzne zastosowania i właściwości materiałów sypkich pochodzenia roślinnego w wielu placówkach naukowych zajmujących się Inżynierią Rolniczą powołano specjalistyczne zespoły badawcze. Również Instytut Agrofizyki PAN w Lublinie od kilku lat bada reakcje roślinnych materiałów sypkich na obciążenia mechaniczne. Inspiracją dla podjęcia omawianych w tym opracowaniu badań były wskazania literatury, że mechaniczne zachowanie się materiału sypkiego zależy od struktury geometrycznej złoża, zaś materiały pochodzenia roślinnego przejawiają specyficzne, odmienne od materiałów mineralnych, właściwości mechaniczne. Niniejsze opracowanie stanowi omówienie zagadnień roli właściwości nasion i struktury warstwy w przenoszeniu naprężeń w złożu, oraz w rozkładzie naporu wywieranego na model silosu. Główny nacisk położono na wyniki prac eksperymentalnych autora prowadzonych w latach 1990-1996.
eISSN:2300-6730
ISSN:1234-4125