提高振動篩分機提高計算精度與穩(wěn)定性的方法

    大型振動篩的結構比較復雜，為減小模型誤差，提高計算精度及可靠性，采用 以下幾種方法。
    （1）提高單元階次
    插值函數(shù)階次增加更能逼近復雜的真實函數(shù)，幾何離散誤差也較線性單元小。
    振動篩分機的側板和小側板的動應力特性比較重要，形狀也比較復雜，因此劃分網(wǎng) 格采用 10 節(jié)點四面體結構實體單元 SOLID92（如圖 5-2），它是在三維線性四面體 單元的基礎上建立起來的一種高階單元。與 4 節(jié)點的四面體單元相比，10 節(jié)點四面 體單元更適合于精度要求較高、邊界較為復雜的模型。

    振動篩分機的橫梁和超靜定結構中的六根管梁也是動態(tài)設計中需要重點關注的部 件，為保證求解精度，采用 20 節(jié)點六面體單元 SOLID95，如圖 5-3 所示。該單元 是在 8 節(jié)點六面體單元的基礎上建立起來的一種高階單元，與 8 節(jié)點的六面體單元 相比，20 節(jié)點的六面體單元更適合于精度要求較高的模型。

    對于大型振動篩的關鍵部位，采用高階單元，插值函數(shù)是二次函數(shù)，則誤差和 收斂速度的量級為 3 O ( h )，收斂速度比 4 節(jié)點的四面體單元和 8 節(jié)點六面體單元收 斂速度 2 O ( h )快一倍。
    （2）減小單元尺寸
    減小單元尺寸，相當于增加了單元的數(shù)量，可使有限元解收斂于精確解。單元 尺寸減小時，單元的插值函數(shù)和邊界能夠逼近結構的實際場函數(shù)和實際邊界，物理 和幾何離散誤差都將減小。可以用于控制局部結構細化，獲得精確的解。
    由于振動篩分機整體的結構比較復雜，建立模型后，對整體結構采用減小單元尺寸 的方法，會導致單元數(shù)量龐大，計算速度緩慢。對于不重要的結構，采用這種方法， 精度提高的有限，顯得不經(jīng)濟。對于比較重要的結構如側板、橫梁、激振軸等，在 劃分網(wǎng)格設定單元尺寸時，先根據(jù)經(jīng)驗設定單元尺寸，分析計算結果；減小單元尺 寸，再進行計算，比較兩次計算結果的差別。如發(fā)現(xiàn)局部誤差稍大，則再細化局部 網(wǎng)格，再次計算。直到符合要求，從而保證有限元模型計算精度的要求。
    （3）劃分規(guī)則的單元形狀
    單元形狀的好壞將影響模型的局部精度，如果模型中存在較多的形狀較差的單 元，則會影響整個模型的精度。
     對于計算中會產(chǎn)生應力集中的部位，如兩根激振梁上的激振器位置，彈簧支撐 與篩板接觸的部分等，選用規(guī)則的六面體單元，單元的各個面都是四邊形，規(guī)整度 較高；對于四面體單元，避免三角形單元的畸變，保證單元各個內角相差不大，以 得到較好的形狀，從而減少單元內部應力的誤差。
    （4）建立與實際相符的邊界條件
    如果模型邊界條件與實際工況相差較大，計算結果就會出現(xiàn)較大的誤差，所以 建模時應盡量使邊界條件值與實際值相一致。為了減少邊界條件的誤差，建立有限 元模型時，直接在 ANSYS 中建立有限元結構模型，減少了由其它 CAD 軟件導入ANSYS 中的一些誤差；對于結構件之間的相互作用，如管梁與側板連接處法蘭盤 的處理，考慮法蘭盤的剛度，引入虛梁，將質量視為零，只考慮其剛度，作用是既 可以將擾力傳遞到篩體結構上，又不增加結構的質量而改變結構的固有特性；把軸 承簡化為套筒結構，將激振力沿激振方向均布在軸承內表面，激振力經(jīng)軸承傳給側 板，使力學模型很好地反應結構的真實受力狀況。
    對于螺栓連接，按實際情況考慮的話，需要建立完整的螺栓連接的模型，螺母 與法蘭進行接觸分析，采用預緊單元 prets179，墊片采用 inter194。單個的螺栓有限 元模型（四分之一）如圖 5-4（a）所示。考慮到整個模型的復雜性，多個螺栓連接 的精確分析模型，會造成有限元單元的急劇增加和局部網(wǎng)格的畸變，最終導致有限 元模型無法求解，因此要簡化螺栓連接。本文將螺栓簡化為 Beam 梁單元，螺栓連 接的關系簡化為多點約束單元 MPC，最后在螺栓的端點施加約束，將其固定。梁單 元的截面就是螺栓的截面，MPC184 為約束單元，其單元屬性為剛性梁，簡化的螺 栓連接有限元模型如圖 5-4（b）所示。經(jīng)過簡化后，結構能很好的反映出螺栓及螺 栓連接的關系，得到較好的結果。

    （5）有限元模型計算單元的選擇
    該振動篩分機屬于一個空間板梁組合結構，由電動機以自同步方式驅動安裝在主梁 上的激振器產(chǎn)生激振力，使振動篩作與水平方向成45 o 的直線運動。對振動篩進行 有限元分析，主體結構采用三維實體單元 SOLID95、SOLID92，彈簧結構采用彈簧 單元 COMBINE14，將激振器簡化為集中質量單元 MASS21。