振動(dòng)篩建立模型時(shí)的單元選擇

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在建立振動(dòng)篩有限元模型過(guò)程中，單元的正確選取是個(gè)非常重要的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，單元選擇的時(shí)候要考慮到以下因素：

1.研究對(duì)象所處的學(xué)科領(lǐng)域；

2.研究對(duì)象的有限元模型是否具有對(duì)稱(chēng)性；

3.研究對(duì)象的有限元模型是幾維的；

4.該如何設(shè)定單元的關(guān)鍵字選項(xiàng)；

5.單元實(shí)常數(shù)以及單元截面屬性的設(shè)定；

6.選擇的單元具有或支持哪些計(jì)算功能和特性以及單元的使用限制；

7.如何在有限元模型里把不同的單元連接起來(lái)；

8.單元結(jié)果的輸出。

在以上因素考慮的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì) GDZS2460/2 效率高單元組合振動(dòng)篩的篩框結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，其后決定用三種單元來(lái)建立篩框的有限元模型，它們分別是殼單元中的 shell63、彈簧阻尼單元中的 combin14以及質(zhì)量單元中的 mass21。其中 shell63 單元用來(lái)模擬篩框有限元模型中的薄板和薄殼；ombin14 單元用來(lái)模擬篩框有限元模型中的彈簧；mass21 單元用來(lái)模擬篩框有限元模型中激振器部分的偏心質(zhì)量。

殼單元是結(jié)構(gòu)分析中最常見(jiàn)的單元類(lèi)型之一，當(dāng)構(gòu)件某兩個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)大于另一方向的尺寸時(shí)，可以將這種三維構(gòu)件理想化成二維單元以提高計(jì)算效率。采用殼單元的基本原則是每塊板的表面尺寸不得低于其厚度的十倍，對(duì)于圓柱構(gòu)件來(lái)說(shuō)，使用薄殼理論的基本原則是 r/t 10（其中 r 是圓環(huán)的半徑，t 為圓環(huán)的厚度）。由于振動(dòng)篩篩框結(jié)構(gòu)可以看成是由薄板和梁結(jié)構(gòu)組成的復(fù)雜結(jié)合體，因此在振動(dòng)篩有限元模型的研究過(guò)程中，許多學(xué)者都是采用了殼單元和梁?jiǎn)卧獊?lái)進(jìn)行振動(dòng)篩的有限元分析。但本文認(rèn)為，如將篩框中的圓橫梁和橫梁按照梁?jiǎn)卧獊?lái)處理并不合適。首先，在同一模型中同時(shí)使用殼單元和梁?jiǎn)卧獌煞N單元時(shí)，就必須保證所選用殼單元和梁?jiǎn)卧泄餐墓?jié)點(diǎn)自由度和相同的單元階次，否則就要插入剛度單元來(lái)保證兩種單元的連接處有共同的節(jié)點(diǎn)自由度和相同的單元階次。其次，由于梁?jiǎn)卧谟邢拊Ｐ椭斜怀橄蟪梢粭l直線，因此在振動(dòng)篩的有限元模型中，橫梁與側(cè)板的交界處也就被抽象成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣就無(wú)法確切計(jì)算接觸區(qū)域的應(yīng)力分布。這些方面已有學(xué)者做了充分的論證。再者，本篩的橫梁是由槽鋼和加強(qiáng)筋板焊接而成的，那么使用梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬橫梁的話，如何正確模擬加強(qiáng)筋板將是個(gè)問(wèn)題。另外，經(jīng)過(guò)分析，本篩的圓橫梁、橫梁、加強(qiáng)筋都滿(mǎn)足殼單元的使用原則。綜上所述，為了避免在本模型中同時(shí)使用殼單元和梁?jiǎn)卧獜亩斐捎?jì)算結(jié)果不精準(zhǔn)，本論文將對(duì)整個(gè)篩框結(jié)構(gòu)都采用殼單元建模。

ANSYS軟件單元庫(kù)中提供多種殼單元，以滿(mǎn)足不同的使用要求。我們現(xiàn)在主要選用shell63來(lái)模擬振動(dòng)篩的篩框結(jié)構(gòu)。Shell63單元既具有彎曲能力又同時(shí)具有膜力，可以承受平面內(nèi)載荷和法向載荷。