振动筛建立模型时的单元选择

在建立振动筛有限元模型过程中，单元的正确选取是个非常重要的问题。一般来说，单元选择的时候要考虑到以下因素：

1.研究对象所处的学科领域；

2.研究对象的有限元模型是否具有对称性；

3.研究对象的有限元模型是几维的；

4.该如何设定单元的关键字选项；

5.单元实常数以及单元截面属性的设定；

6.选择的单元具有或支持哪些计算功能和特性以及单元的使用限制；

7.如何在有限元模型里把不同的单元连接起来；

8.单元结果的输出。

在以上因素考虑的基础上，通过对 GDZS2460/2 效率高单元组合振动筛的筛框结构进行研究，其后决定用三种单元来建立筛框的有限元模型，它们分别是壳单元中的 shell63、弹簧阻尼单元中的 combin14以及质量单元中的 mass21。其中 shell63 单元用来模拟筛框有限元模型中的薄板和薄壳；ombin14 单元用来模拟筛框有限元模型中的弹簧；mass21 单元用来模拟筛框有限元模型中激振器部分的偏心质量。

壳单元是结构分析中最常见的单元类型之一，当构件某两个方向的尺寸远大于另一方向的尺寸时，可以将这种三维构件理想化成二维单元以提高计算效率。采用壳单元的基本原则是每块板的表面尺寸不得低于其厚度的十倍，对于圆柱构件来说，使用薄壳理论的基本原则是 r/t 10（其中 r 是圆环的半径，t 为圆环的厚度）。由于振动筛筛框结构可以看成是由薄板和梁结构组成的复杂结合体，因此在振动筛有限元模型的研究过程中，许多学者都是采用了壳单元和梁单元来进行振动筛的有限元分析。但本文认为，如将筛框中的圆横梁和横梁按照梁单元来处理并不合适。首先，在同一模型中同时使用壳单元和梁单元两种单元时，就必须保证所选用壳单元和梁单元有共同的节点自由度和相同的单元阶次，否则就要插入刚度单元来保证两种单元的连接处有共同的节点自由度和相同的单元阶次。其次，由于梁单元在有限元模型中被抽象成一条直线，因此在振动筛的有限元模型中，横梁与侧板的交界处也就被抽象成一个节点，这样就无法确切计算接触区域的应力分布。这些方面已有学者做了充分的论证。再者，本筛的横梁是由槽钢和加强筋板焊接而成的，那么使用梁单元来模拟横梁的话，如何正确模拟加强筋板将是个问题。另外，经过分析，本筛的圆横梁、横梁、加强筋都满足壳单元的使用原则。综上所述，为了避免在本模型中同时使用壳单元和梁单元从而造成计算结果不精准，本论文将对整个筛框结构都采用壳单元建模。

ANSYS软件单元库中提供多种壳单元，以满足不同的使用要求。我们现在主要选用shell63来模拟振动筛的筛框结构。Shell63单元既具有弯曲能力又同时具有膜力，可以承受平面内载荷和法向载荷。