浅析有限元法在水滑梯构造剖析上的应用

　　有限元剖析是运用与数学近似的办法对实在物理体系(几许和载荷工况)进行模仿的，是用较简略的疑问替代杂乱疑问后再求解的办法。水滑梯的轨道、外型是不规则的，致使构造和组合荷载剖析适当杂乱。确保滑梯构造在各种荷载工况的效果下的安满是至关重要的，单单依托传统的工程力学、资料力学核算的误差适当大，且许多时分会呈现无法套用理论的状况。因而，在滑梯构造剖析时引进了有限元法剖析。
　
　1 有限元单元法
　　现在，流行的CAE剖析软件首要有Nastran、Marc和Cosmos等。本公司运用的是Ansys。
　
　2 水滑梯构造剖析的特色
　　水滑梯是供游人滑行的设备，其构造的安全性、稳定性非常重要。其归于大型游乐设备中的水上游乐设备，归于特种设备的领域，等级为B级，每台套设备均要经过我国特种设备检察院的检查、检查和验收，出具合格证后方可运用。水滑梯大多数装置在室外，自然环境对滑梯构造的影响很大。因而，在滑梯规划阶段，有必要对其构造进行强度、刚度、疲劳强度、稳定性、抗倾覆性和防侧滑性核算剖析，到达相应标准请求的安全系数，编写正规的核算阐明书，并由我国特种设备检察院具有相应天资的工程师审阅，出具判定报告后方能投产。首套设备有必要由我国特种设备检察院专业的、具有相应天资的工程师现场查验，出具型式试验报告后方能运用和批量生产。
　
　 对水滑梯构造进行核算剖析时，有必要思考持久荷载、活荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载和冲击荷载。持久荷载在水滑梯中通常为滑梯的自重;活荷载指乘坐人自身的荷载和水荷载(活动水);风荷载分为作业状况荷载和非作业状况荷载，游乐设备的规划中按最大运转风速15 m/s核算作业状况的风荷载，非作业状况按设备装置地50年一遇的最劲风荷载核算;雪荷载按设备装置地50年一遇的最劲风荷载核算;核算地震载荷时，按设防烈度8度，适当于规划根本加速度0.2 g核算;核算冲击荷载时，游乐设备在运动过程中有也许呈现冲击，规划时通常无法准确核算。因而，在进行强度核算时，其持久荷载和活荷载有必要乘以冲击系数K.在水滑梯中依据其最大速度，选用冲击系数相应的冲击系数。
　　因而，作业状况时应思考持久荷载、活荷载、风荷载、冲击荷载;非作业状况时应思考持久荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载。
　
　3 有限元法在水滑梯构造剖析上的使用
　　水滑梯构造包含玻璃钢滑道、钢构造、混凝土根底三大多数。鉴于水滑梯构造的特殊性、重要性、杂乱性，在水滑梯结
　　构剖析上引进了有限元办法。引进后，彻底改变了传统剖析办法，使受力剖析更准确、更全部，其首要效果为校核和优化规划。我公司选用的软件是Ansys，运用通用有限元法校核了多种工况下设备的强度。在软件中，采取了beam单元、Shell单元对构造进行近似简化，图1为简化后的有限元模型。
　　在有限元模型资料类型能够界说玻璃钢滑道、钢构造的原料，依据单元的资料性质、形状、尺度、节点数目、方位及其意义等，可找出单元节点力和节点位移的关系式。依据滑梯构造剖析的请求，别离选用滑梯的作业状况和非作业状况各自的荷载对滑梯的不一样方位进行加载，得出滑梯的变形和应力值。经过资料的力学特性，能够得出各部位、零件的受力值、位移值、应力值，并套用相应的几许方程和物理方程，得出受力构件的应力值、扰度，与相应的标示值比照(包含安全系数)，进而得出结论是不是合格。假如不合格，则调整该部位零件的构造、原料和标准。以下为已审阅合格的滑梯构造剖析实例(只抽取一小部分)。
　
　3.1 全体剖析
　　首要校核玻璃钢滑道和立柱强度，表1列出了2种资料的特点，在有限元模型资料类型界说中表现。
　　
3.2 载荷剖析
　　自重：滑道最大速度为16.44 m/s(能量守恒定律核算)，即得冲击系数K=2，在软件加荷载时活载荷和持久载荷(构造重力)应乘以冲击系数2.
　　水重：滑槽半径r=0.4 m，滑槽水膜深度h=0.008 m，核算得水重为40 N/m。依据GB/T1 8168—2008规定，因滑道内活动水的荷载<0.20 N/m，按0.2 kN/m的2倍均布加载。
　　侧向风载：运转工况为最大运转风速V=15 m/s，根本风压为140 N/m2，施加于侧向(最不利方向)。
　　乘客：单人身体滑行750 N(标准规定)。
　　惯性力：疏忽滑行阻力，高差H=16 m，依据能量守恒，最大速度为16.44 m/s。最低点半径约为12 m，离心加速度a=2.25 g，因而滑道受到最大载荷(叠加冲击系数)F=1.47 kN。
　　加载阐明：状况1～3为固定加载，为了便利剖析，用最大载荷F替代乘客滑行到不一样方位的载荷，成果更为保存。
　　
3.3 加载和剖析核算
　　别离取5个典型方位进行惯性力加载
　
　3.4 成果剖析
　　综上5个状况所述，正常运转工况下最大变形量为20 mm;玻璃钢滑道的最大应力为23 MPa，发生在与高平台中段衔接的方位;钢构造最大应力为83 MPa，发生在立柱、支臂与滑道的衔接方位。经过对玻璃钢刚度、强度校核、钢构造强度校核、立柱的刚度核算校核和立柱的稳定性核算，其成果均契合技术标准请求。


　　4 结束语
　　有限元法适用于水滑梯中的各种杂乱构造，成为了卓有成效的工程剖析手法之一。其根据水滑梯构造的特殊性、重要性、杂乱性，彻底改变了传统剖析办法，使受力剖析更准确、更全部，更利于滑梯构造校核和规划优化。