基于ANSYS/Workbench水滑梯極限風載荷強度校核

胡亮

（廣州海山娛樂科技有限公司，廣東廣州511400）

基于ANSYS/Workbench水滑梯極限風載荷強度校核

胡亮

（廣州海山娛樂科技有限公司，廣東廣州511400）

近年來，水上游樂行業發展迅猛，水滑梯作為水上游樂園中最常見的設備，其安全性尤為受到重視，水滑梯的設計文件鑒定資料中需要有關于極限風載荷工況下主要受力零部件的強度校核。傳統的水滑梯結構校核方法已經不能滿足要求，關鍵在于水滑梯的結構形狀復雜，不能準確計算加載在水滑梯表面上的風載荷。得益于數值分析方法和計算機技術的發展，引入了有限元法對水滑梯的結構進行強度校核，計算出了傳遞給水滑梯表面的風載荷，并進行了相對應的結構應力分析。

水滑梯；ANSYS/Workbench；流固耦合；強度校核

水滑梯屬于特種設備中大型游樂設施水上游樂設施水滑梯系列，等級為B級，需通過中國特種設備檢測研究院關于水滑梯的設計文件鑒定[1]，其中就包含對水滑梯在設備安裝地50年一遇的最大風載荷工況下的結構強度校核。

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、玻璃鋼滑道、鋼結構支撐、混凝土基礎、落水池等部分組成。本文基于ANSYS/Workbench軟件平臺，對寬滑梯在極限風載荷工況下的結構強度進行了校核。

1 寬滑梯模型

寬滑梯鋼結構支撐通過現場焊接或螺栓連接方式固定于基礎，滑梯入口件通過螺栓固定于鋼結構/混凝土平臺，玻璃鋼滑道間通過螺栓連接，玻璃鋼滑道與鋼結構支撐通過螺栓連接。本文認為滑梯零部件間屬于綁定約束，且鋼結構支撐與混凝土基礎、入口件與鋼結構/混凝土平臺是固定約束。本文簡化了不影響整體計算的局部特征，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，簡化為均勻材質計算，密度為1.8×103kg/m3，彈性模量為7.3×109Pa，泊松比為0.25，拉伸強度為78 MPa；結構支撐所用材料為Q235B。

2 極限風載荷流固耦合結構強度分析

寬滑梯受風面主要是滑道表面部分，根據流固耦合單向耦合法，在滑梯的四周建立長方體40 m×40 m×90 m的風場，模型如圖2所示。在Fluid Flow（fluent）中設置進口風速為37 m/s，進出口壓力都為0，空氣溫度為25℃，計算得出風場對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載荷如圖3所示。

圖2 流體模型

圖3 滑道表面風載荷

圖4 寬滑梯整體的變形量和玻璃鋼滑道、鋼結構支撐的von-Mises應力

從而在Static Structural中可以計算出寬滑梯在極限風載荷作用下結構的受載情況，寬滑梯整體的變形量和玻璃鋼滑道、鋼結構支撐的von-Mises應力如圖4所示。

3 結論

根據以上計算結果，在極限風載荷作用下，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為n=78/7.7=10.1，寬滑梯鋼結構支撐最小安全系數為n=375/77.9=4.8，寬滑梯玻璃鋼滑道和鋼結構支撐強度都滿足許用安全系數[n]≥3.5，所以，寬滑梯在極限風載荷工況下的強度滿足要求。有限元計算方法是一個可用于極限風載荷工況下水滑梯結構強度校核的有效手段。

［1］邵學博.基于ANSYS的機翼的流固耦合分析［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2012.

〔編輯：張思楠〕

O241.82

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.108

2095－6835（2017）14－0108－02