提高振动筛计算精度与稳定性的方法

    对于大型振动筛的关键部位，采用高阶单元，插值函数是二次函数，则误差和 收敛速度的量级为 3 O ( h )，收敛速度比 4 节点的四面体单元和 8 节点六面体单元收 敛速度 2 O ( h )快一倍。
（2）减小单元尺寸减小单元尺寸，相当于增加了单元的数量，可使有限元解收敛于精确解。单元尺寸减小时，单元的插值函数和边界能够逼近结构的实际场函数和实际边界，物理和几何离散误差都将减小。可以用于控制局部结构细化，获得精确的解。由于振动筛整体的结构比较复杂，建立模型后，对整体结构采用减小单元尺寸的方法，会导致单元数量庞大，计算速度缓慢。对于不重要的结构，采用这种方法，精度提高的有限，显得不经济。对于比较重要的结构如侧板、横梁、激振轴等，在划分网格设定单元尺寸时，先根据经验设定单元尺寸，分析计算结果；减小单元尺寸，再进行计算，比较两次计算结果的差别。如发现局部误差稍大，则再细化局部网格，再次计算。直到符合要求，从而保证有限元模型计算精度的要求。
    （3）划分规则的单元形状 单元形状的好坏将影响模型的局部精度，如果模型中存在较多的形状较差的单 元，则会影响整个模型的精度。 对于计算中会产生应力集中的部位，如两根激振梁上的激振器位置，弹簧支撑 与筛板接触的部分等，选用规则的六面体单元，单元的各个面都是四边形，规整度 较高；对于四面体单元，避免三角形单元的畸变，保证单元各个内角相差不大，以 得到较好的形状，从而减少单元内部应力的误差。
    （4）建立与实际相符的边界条件 如果模型边界条件与实际工况相差较大，计算结果就会出现较大的误差，所以 建模时应尽量使边界条件值与实际值相一致。为了减少边界条件的误差，建立有限 元模型时，直接在 ANSYS 中建立有限元结构模型，减少了由其它 CAD 软件导入ANSYS 中的一些误差；对于结构件之间的相互作用，如管梁与侧板连接处法兰盘 的处理，考虑法兰盘的刚度，引入虚梁，将质量视为零，只考虑其刚度，作用是既 可以将扰力传递到筛体结构上，又不增加结构的质量而改变结构的固有特性；把轴 承简化为套筒结构，将激振力沿激振方向均布在轴承内表面，激振力经轴承传给侧 板，使力学模型很好地反应结构的真实受力状况。
    对于螺栓连接，按实际情况考虑的话，需要建立完整的螺栓连接的模型，螺母 与法兰进行接触分析，采用预紧单元 prets179，垫片采用 inter194。单个的螺栓有限 元模型（四分之一）如图 5-4（a）所示。考虑到整个模型的复杂性，多个螺栓连接 的精确分析模型，会造成有限元单元的急剧增加和局部网格的畸变，最终导致有限 元模型无法求解，因此要简化螺栓连接。本文将螺栓简化为 Beam 梁单元，螺栓连 接的关系简化为多点约束单元 MPC，最后在螺栓的端点施加约束，将其固定。梁单 元的截面就是螺栓的截面，MPC184 为约束单元，其单元属性为刚性梁，简化的螺 栓连接有限元模型如图 5-4（b）所示。经过简化后，结构能很好的反映出螺栓及螺 栓连接的关系，得到较好的结果。
    （5）有限元模型计算单元的选择 该振动筛属于一个空间板梁组合结构，由电动机以自同步方式驱动安装在主梁 上的激振器产生激振力，使振动筛作与水平方向成45 o 的直线运动。对振动筛进行 有限元分析，主体结构采用三维实体单元 SOLID95、SOLID92，弹簧结构采用弹簧 单元 COMBINE14，将激振器简化为集中质量单元 MASS21。