室内过山车轨道和立柱结构应力分析文献综述

 2022-11-06 10:11

文 献 综 述:

素有“游艺机之王”的过山车是大型游乐园的必备设施,深受青少年的喜爱。随着人们求新、求异、求变心理和消费需求的多元化,过山车正朝着更高、更快、更刺激的方向发展。在过山车高速行驶的过程中,以及山车不断翻滚的过程中,人们会提心吊胆。在过山车整个项目的建设过程中,其设计环节、施工环节、试验环节等都十分重要,尤其是过山车的设计环节。过山车的设计决定了过山车整体工程的质量,尤其是过山车轨道和立柱的设计,在设计过山车轨道时,轨道的力学性能分析是设计的最重要参考之一,不仅仅决定了过山车的安全性,而且决定了项目的使用寿命,通过对轨道的合理设计和力学性能分析,可以对项目安全性和经济利益做出可靠的评估。

本次毕设拟从HX301型过山车入手,HX301型过山车,属于中型过山车,轨道长度450米,含一个立环、一个螺旋环,一个水平环,轨道最高处约22米;车一列,共4节车厢(含车头),每节载客4人,共载客16人/次;运行一周时间约90秒;运行最高速度约60公里/小时;装机功率80KW;占地面积约80米*35米。

根据列车总图,按轨道和轮组的运动约束关系建立列车的仿真模型。在两车体间设置3个相互垂直的柱铰;在桥壳和车体间设置垂直柱铰;设列车前进方向的左侧双车轮接触轨道,两车轮与桥壳的转动用水平面内的横向柱铰模拟;另一侧的车轮组与桥壳在水平面的横向设置滑动约束。列车总质量4144kg,乘员的总质量为:70kgtimes;16=1120kg,合计为5264kg,作用位置在各节车的几何中心。

从文献中可以得知,不同的载荷工况都是通过列车载荷对轨道作用的不同体现的。有风、无风工况下,列车运动状态对结构计算应力的影响在2%之内,所以列车运行对于轨道的计算载荷的读取只选择在无风状态工况下。但是进行有限元分析时,需根据不同工况增加风载荷对于结构的影响。要建立轨道和支撑结构的有限元分析模型,需要按列车对轨道管、轨道支撑管、立柱结构的最不利位置分12个工况加载,得到结构的强度分析结果。

根据实际结构定义所有单元的力学属性,并施加约束。根据运动学和动力学分析结果确定列车对轨道的载荷。其他载荷按GB8408-2008和GB50009的相关规定计算。按列车对轨道管、轨道支撑管、立柱结构的最不利位置分12个工况加载,得到结构的强度分析结果。根据有限元分析结果并参照GB8408-2008中对游乐设施的相关规定分析该设施结构的性能。

过山车每节车厢包含左、右两个轮架,每个轮架上装有两个行走轮,主要起承重作用,两个侧导轮和一个下导轮, 主要起导向作用,保证车辆不脱离轨道。实际上车轮和轨道 之间是碰撞接触关系,但是因为碰撞接触问题用软件处理起 来非常复杂,运算效率和精度很低,且常会发散,加之过山车运动的复杂性,采用碰撞接触来定义轮轨关系,计算极为困难试验表明,这种约束不但保证车辆始终沿轨道运动,而且模拟精度可满足工程要求,运算效率很高。

除此之外,还有对立柱的分析。立柱是加工中心最关键的受力构件,它的强度、 刚度好坏将直接影响到机床的精度和寿命。若采用常规算法进行线形设计计算,则不易给出准确的计算结果,且无法了解立柱各部位的受力状态和变形情况。导致的结果虽然增加了结构重量,浪费材料,并且难以提高产品的设计质量和水平。随着计算机与软件技术的日益普及和应用,有限元分析等现代结构分析方法己受到工程设计人员的广泛 认同和采用,并取得了显著的技术经济效益。本文采用ANSYS有限元软件分析某卧式加工中心立柱,

为结构的合理设计与改造提供了可靠的理论依据 。通过有限元方法对立柱进行分析, 并进一步讨论了结构的改进方法使其各部位应力尽量分布均匀、合理,提高强度和刚度,对提高立柱的寿命、加工精度、避免立柱断裂有很好的指导意义。

模型的建立,立柱模型的建立是用三维建模软件PRO/E建立的。大小与尺寸是严格按照图纸尺寸进行,综合考虑计算精度的影响及有限元模型的计算规模,根据圣维南原理,对部分局部特征如倒角、凸台等进行了适当的简化。进行静力计算时,为使计算变得相对容易, 是将立柱模型导入ANSYS之后,在ANSYS平台中建立模型。

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