Науковий вісник НГУ

Cтатична континуальна модель сипучого матеріалу для похилої частини бункера

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №1 2025

Останнє оновлення: 25 лютого 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 53

Authors:

А. В. Радкевич, orcid.org/0000-0001-6325-8517, Чжецзян Гуанша професійно-технічний університет будівництва, м. Дон’ян, Китайська Народна Республіка; Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д. О. Банніков*, orcid.or, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її./0000-0002-9019-9679, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна

Х. Ву, orcid.org/0000-0003-0857-6883, Чжецзян Гуанша професійно-технічний університет будівництва, м. Дон’ян, Китайська Народна Республіка, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Х. Ченг, orcid.org/0009-0004-7648-9348, Чжецзян Гуанша професійно-технічний університет будівництва, м. Дон’ян, Китайська Народна Республіка, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (1): 048 - 054

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-1/048

Abstract:

Мета. Отримання аналітичної закономірності розподілу тиску сипучого матеріалу на основі класичної моделі Янсена для похилої випускної частини бункерної ємності з довільною формою поперечного перерізу.

Методика. У роботі використовувався комплекс методів дослідження, що включає науковий аналіз і синтез наявної технічної інформації стосовно чинних у світі нормативних і фахових підходів до визначення тиску від сипучого матеріалу в ємнісних конструкціях. Також застосовувалися методи комп’ютерного моделювання на базі чисельного методу будівельної механіки – методу скінчених елементів. Аналіз роботи конструктивних варіантів проводився із використанням проєктно-обчислювального комплексу SCAD (Україна). Окремим напрямом у роботі були конструкторські розробки, що включали методи інженерної оцінки точності й достовірності отриманих результатів.

Результати. Отримано аналітичний вираз для визначення вертикального тиску сипучого матеріалу, що відображає в замкненому вигляді закономірності його розподілу для випадку прямолінійної похилої жорсткої стінки випускної частини бункерної ємності з довільною формою поперечного перерізу. Величина тиску сипучого матеріалу, відповідно до цього виразу, перевищує в кількісному відношенні величину тиску за відомими аналітичними моделями. Це дає підстави вважати, що при завантаженні бункерної конструкції відбувається зміна структури сипучого матеріалу, яка описується в літературі як його розпушування.

Наукова новизна. Проведені дослідження дозволили вперше встановити закономірності розподілу тиску сипучого матеріалу при статичній роботі бункерної конструкції із прямолінійними похилими стінками. Отриманий вираз структурно являє собою добуток двох ступеневих функцій, в яких показником є вирази, що відтворюють геометрію випускної частини бункерної конструкції та матеріал виготовлення його бічних стінок.

Практична значимість. Отриманий вираз дозволяє розрахувати вертикальний і, за необхідності, нормальний тиск сипучого матеріалу для прямолінійних похилих стінок бункерних конструкцій. Доведене суттєве підвищення тиску у міру збільшення глибини бункера, що у випадку розвантаження ємності має призводити до руйнування статичної форми укладки сипучого матеріалу. Розроблена модель Янсена є основою для більш детального врахування характеристик сипучого матеріалу, таких як щільність укладки або кут укладки.

Ключові слова: сипучий матеріал, модель Янсена, бункер, хопер, ємність

References.

1. Carson, J., & Craig, D. (2015). Silo design codes: Their limits and inconsistencies. Procedia Engineering, 102, 647-656. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.157.

2. EN 1991-4 (2006). Eurocode 1. Actions on structures. Part 4: Silos and Tanks. Brussels: European Committee for Standardization. Retrieved from https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1991.4.2006.pdf.

3. DIN 1055-6:2005-03 (2005). Actions on structures. Part 6: Design loads for buildings and loads in silo bins. Berlin: Deutsches Institut für Normung. Retrieved from https://ru.scribd.com/document/530599186/DIN-1055-6-2005-Silo.

4. ACI 313-97 (1997). Standard practice for design and construction of concrete silos and stacking tubes for storing granular materials. American Concrete Institute, Farmington Hills. Retrieved from http://civilwares.free.fr/ACI/MCP04/313_97.pdf.

5. ANSI/ASAE EP433 DEC 1998 (R2011) (2011). Loads exerted by free-flowing grain on bins. American Society of Agricultural and Biological Engineers, St. Joseph MI. Retrieved from https://pdfcoffee.com/ansi-asabe-ep433-dec1988-r2011-3-pdf-free.html.

6. AS 3774-1996 (1996). Loads on bulk solids containers. Standards Australia, Homebush, NSW. Retrieved from https://pdfcoffee.com/as-3774-pdf-free.html.

7. DBN V.2.2-8-98 (1998). Enterprises, buildings and structures for grain storage and processing. Kyiv: DergBUD of Ukraine. Retrieved from https://e-construction.gov.ua/laws_detail/3187336869633328368?doc_type=2.

8. GB 50322-2011 (2011). Code for design of grain steel silo. Chine. Retrieved from http://www.szelec.cc/zb_users/upload/2023/12/202312191702994834274375.pdf.

9. EN 1993-4-1 (2007). Eurocode 3. Design of steel structures. Part 4-1: Silos. Brussels: European Committee for Standardization. Retrieved from https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1993.4.1.2007.pdf.

10. Oleksiienko, S., Yushchenko, S., Rudenko, M., & Grechka, V. (2021). Project of prismatic bunker structure and estimation of accepted solutions efficiency. Technical sciences and technologies, 4(26), 33-42. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2021-4(26)-33-42.

11. DSTU-N B EN 1991-4:2012 (2012). Eurocode 1. Actions on structures. Part 4. Bunkers and tanks. Kyiv: DP “UkrNDNZ”. Retrieved from https://uscc.ua/uploads/page/images/normativnye%20dokumenty/dstu/proektuvannya-mk-mizhnarodna-gilka-standarty/dstu-n-en-1991-4.pdf.

12. Alkhdour, A., Tiutkin, O., Bannikov, D., & Heletiuk, I. (2023). Substantiating the parameters for a non-circular structure of the mine shaft under construction in a heterogeneous rock massif. IOP Conference Series: Earth and Environmental, 1156(1), 012008. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1156/1/012008.

13. Makhinko, A., & Makhinko, N. (2023). Comparative analysis of actions on silos according to DBN “Enterprises, buildings and structures for storage and processing of grain’ and DSTU EN “actions on structures: Silos and tanks”. AIP Conference Proceedings, 2678, 020012. https://doi.org/10.1063/5.0118659.

14. Shimanovsky, O., Makhinko, A., Makhinko, N., Vorontsov, O., & Kordun, O. (2024). Probabilistic analysis of elevated steel silos for seismic resistance. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1376(1), 012019. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1376/1/012019.

15. Bannikov, D. O., & Tiutkin, O. L. (2020). Prospective directions of the development of loose medium mechanics. Science and Innovation. 16(2), 42-50. https://doi.org/10.15407/scin16.02.045.

16. Bannikov, D. O. (2011). Analysis of the causes of accidents of steel capacitive structures for bulk materials. Metallurgical and Mining Industry, 3(5), 243-249.

17. Dakov, D., Georgiev, V., & Boiadjieva, R. (2022). Failures of steel silos for grain storage ‒ fortuity or underestimated risk. IABSE Congress Nanjing 2022 Bridges and Structures: Connection, Integration and Harmonisation, 1-7. https://doi.org/10.2749/nanjing.2022.1617.

18. Hezentsvei, Y., & Bannikov, D. (2020). Effectiveness evaluation of steel strength improvement for pyramidal-prismatic bunkers. EUREKA: Physics and Engineering, 2020(2), 30-38. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001146.

19. Lapenko, A., Makhinko, A., & Makhinko, N. (2017). To the question of structural analysis of silo structures made of high-strength steels. Collection of scientific works of the Ukrainian State University of Railway Transport, 170, 85-92. https://doi.org/10.18664/1994-7852.170.2017.111295.

20. Bannikov, D., Tiutkin, O., Hezentsvei, Y., & Muntian, A. (2024). Controlling the dynamic characteristics of steel bunker containers for bulk materials. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1348(1), 012002. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1348/1/012002.

21. Liu, R., & Li, D. A. (2024). Study on the impact of low-frequency random loading and unloading on silo structures. Applied Sciences, 14, 5687. https://doi.org/10.3390/app14135687.

22. Mahamid, M., Gaylord, E. H., & Gaylord, C. N. (Eds.) (2020). Structural Engineering Handbook (5 ^th ed). McGraw-Hill, 896. Retrieved from https://books.google.com.ua/books/about/Structural_Engineering_Handbook_Fifth_Ed.html?id=wuneDwAAQBAJ&redir_esc=y.

23. Dikteruk, M. G., Kravchyuk, V. T., Zasluzennii, A. S., & Chovnyuk, Y. V. (2018). Investigation of free-flowing bulk material’s movement laws at vertical vessels (silos/bunker): monitoring of static stress state and analysis of efflux by the second form at the general definition of a problem. HNTU Herald: Mathematical Modeling of Physical and Technological Processes and Technical Systems, 1, 3(66), 55-73. Retrieved from file:///C:/Users/DIMA/Downloads/Vkhdtu_2018_3(1)__9.pdf.

24. Bofang, Z. (2018). The finite element method: fundamentals and applications in civil, hydraulic, mechanical and aeronautical engineering. Singapore: John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd. https://doi.org/10.1002/9781119107323.

25. Zienkiewicz, O. C., Taylor, R. L., & Fox, D. D. (2014). The finite element method for solid and structural mechanic. 7^th edition. Elseveir LTD. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/book/9781856176347/the-finite-element-method-for-solid-and-structural-mechanics.

26. Gandia, R. M., de Paula, W. C., de Oliveira Junior, E. A., Rodrigo, G. H., Padín, Á. R., Vegas, A. T., Gomes, F. C., & Rodríguez, P. J. A. (2022). Effect of the hopper angle of a silo on the vertical stress at the cylinder-to-hopper transition. Agronomy, 12, 830. https://doi.org/10.3390/agronomy12040830.

27. Horabik, J., & Molenda, M. (2017). Distribution of static pressure of seeds in a shallow model silo. (1998). Institute of Agrophysics. 31, 167-174. https://doi.org/10.1515/intag-2016-0038.

• < Попередня
• Наступна >