胡亮

（廣州海山娛樂(lè)科技有限公司，廣東廣州511400）

基于ANSYS/Workbench水滑梯極限風(fēng)載荷強(qiáng)度校核

胡亮

（廣州海山娛樂(lè)科技有限公司，廣東廣州511400）

近年來(lái)，水上游樂(lè)行業(yè)發(fā)展迅猛，水滑梯作為水上游樂(lè)園中最常見(jiàn)的設(shè)備，其安全性尤為受到重視，水滑梯的設(shè)計(jì)文件鑒定資料中需要有關(guān)于極限風(fēng)載荷工況下主要受力零部件的強(qiáng)度校核。傳統(tǒng)的水滑梯結(jié)構(gòu)校核方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，關(guān)鍵在于水滑梯的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，不能準(zhǔn)確計(jì)算加載在水滑梯表面上的風(fēng)載荷。得益于數(shù)值分析方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，引入了有限元法對(duì)水滑梯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，計(jì)算出了傳遞給水滑梯表面的風(fēng)載荷，并進(jìn)行了相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。

水滑梯；ANSYS/Workbench；流固耦合；強(qiáng)度校核

水滑梯屬于特種設(shè)備中大型游樂(lè)設(shè)施水上游樂(lè)設(shè)施水滑梯系列，等級(jí)為B級(jí)，需通過(guò)中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院關(guān)于水滑梯的設(shè)計(jì)文件鑒定[1]，其中就包含對(duì)水滑梯在設(shè)備安裝地50年一遇的最大風(fēng)載荷工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。

本文以寬滑梯為例，其主要組成部分如圖1所示，主要由平臺(tái)、玻璃鋼滑道、鋼結(jié)構(gòu)支撐、混凝土基礎(chǔ)、落水池等部分組成。本文基于ANSYS/Workbench軟件平臺(tái)，對(duì)寬滑梯在極限風(fēng)載荷工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了校核。

1 寬滑梯模型

寬滑梯鋼結(jié)構(gòu)支撐通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)焊接或螺栓連接方式固定于基礎(chǔ)，滑梯入口件通過(guò)螺栓固定于鋼結(jié)構(gòu)/混凝土平臺(tái)，玻璃鋼滑道間通過(guò)螺栓連接，玻璃鋼滑道與鋼結(jié)構(gòu)支撐通過(guò)螺栓連接。本文認(rèn)為滑梯零部件間屬于綁定約束，且鋼結(jié)構(gòu)支撐與混凝土基礎(chǔ)、入口件與鋼結(jié)構(gòu)/混凝土平臺(tái)是固定約束。本文簡(jiǎn)化了不影響整體計(jì)算的局部特征，包括連接螺栓及螺栓連接孔、不重要的圓角和倒角、去掉立柱底部筋板等。

寬滑梯中滑道所用材料為玻璃鋼，簡(jiǎn)化為均勻材質(zhì)計(jì)算，密度為1.8×103kg/m3，彈性模量為7.3×109Pa，泊松比為0.25，拉伸強(qiáng)度為78 MPa；結(jié)構(gòu)支撐所用材料為Q235B。

2 極限風(fēng)載荷流固耦合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

寬滑梯受風(fēng)面主要是滑道表面部分，根據(jù)流固耦合單向耦合法，在滑梯的四周建立長(zhǎng)方體40 m×40 m×90 m的風(fēng)場(chǎng)，模型如圖2所示。在Fluid Flow（fluent）中設(shè)置進(jìn)口風(fēng)速為37 m/s，進(jìn)出口壓力都為0，空氣溫度為25℃，計(jì)算得出風(fēng)場(chǎng)對(duì)滑道壁面施加的壓力載荷，然后傳遞給Static Structural中滑道表面，施加在滑道表面的極限風(fēng)載荷如圖3所示。

圖2 流體模型

圖3 滑道表面風(fēng)載荷

圖4 寬滑梯整體的變形量和玻璃鋼滑道、鋼結(jié)構(gòu)支撐的von-Mises應(yīng)力

從而在Static Structural中可以計(jì)算出寬滑梯在極限風(fēng)載荷作用下結(jié)構(gòu)的受載情況，寬滑梯整體的變形量和玻璃鋼滑道、鋼結(jié)構(gòu)支撐的von-Mises應(yīng)力如圖4所示。

3 結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，在極限風(fēng)載荷作用下，寬滑梯最大變形量為31.0 mm，寬滑梯玻璃鋼滑道最小安全系數(shù)為n=78/7.7=10.1，寬滑梯鋼結(jié)構(gòu)支撐最小安全系數(shù)為n=375/77.9=4.8，寬滑梯玻璃鋼滑道和鋼結(jié)構(gòu)支撐強(qiáng)度都滿(mǎn)足許用安全系數(shù)[n]≥3.5，所以，寬滑梯在極限風(fēng)載荷工況下的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。有限元計(jì)算方法是一個(gè)可用于極限風(fēng)載荷工況下水滑梯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的有效手段。

［1］邵學(xué)博.基于ANSYS的機(jī)翼的流固耦合分析［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2012.

〔編輯：張思楠〕

O241.82

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.108

2095－6835（2017）14－0108－02