大型游樂設施結構件焊縫設計計算分析

劉文正

（中山市金獅游藝機械設備有限公司，廣東中山528459）

1 引言

在現(xiàn)代人們生活中，游樂設施的應用已經(jīng)是必不可少的一項生活應用。作為游樂設施的安全管理者，在部署和安全使用游樂設施的過程中，應該注重對安裝中的焊接因素進行全面控制，這樣才能通過焊接因素的控制，及時處理好相應的焊接管理因素，保障最終的焊接質量。本文通過對游樂設施焊接中的焊縫設計計算分析，及時確定了大型游樂設施在應用中的焊縫設計以及一些焊接中需要注意處理好的要素，這樣才能保障焊接的質量能夠滿足游樂設施的運行安全。由此可見，在當前的游樂設施焊接管理設計中，只有處理好其焊接設計中的計算分析，才能全面提升焊接的效果。

2 研究背景簡介

大型游樂設施的焊接過程中，需要處理的焊接元素較多，需要充分分析焊接元件的結構，保障在焊接元件的結構分析中，能夠及時處理好相應的焊接管理工作。就我國當前的大型游樂設施建設現(xiàn)狀來看，在焊接技術的實施中，還需要進一步進行焊接要素的管理，保障在焊接要素的計算管理分析中，能夠處理好焊接元件的結構與焊縫之間的設計，通過精確的計算分析，能夠處理好焊接中的要素，本文針對大型游樂設施的焊接計算分析主要從焊透率以及焊透仿真兩個方面進行，通過分析直角角焊縫強度來確定焊接中的計算，經(jīng)過公示的代入轉換之后，能夠實現(xiàn)焊接質量的要素控制，由此在這種背景下，開展了針對大型游樂設施的結構件焊縫設計計算[1]。

3 直角角焊縫強度理論計算

大型游樂設施的焊接結構比較復雜，在現(xiàn)實焊接過程中需要處理的焊接接頭樣式比較多，直角角焊縫處理是經(jīng)常遇到的一種焊接形式。比如，飛行塔的旋轉支架以及過山車的輪架等都需要借助直角角焊縫處理，只有處理好焊接中的支架焊縫，才能承受住垂直板的受力支撐。

在直角角焊縫處理中，其受力結構與外圍的拉應力有明顯的關系，通過數(shù)據(jù)的轉換分析，將立板高L定義為100mm，整個板厚10mm，焊縫長度100mm，焊腳尺寸分別為5mm、9mm、13mm、15mm。從整個焊縫中區(qū)域內(nèi)選擇全焊透10mm，非全焊透10mm，假設垂直力為100000N，水平力為100000N[2]。經(jīng)過整合之后的焊縫應力值表述如表1所示。

表1 不同焊縫條件下的結構應力值（MPa）

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在不同的垂直力影響下，全焊透材料的應用結構應力值明顯小于非全焊透結構的應力值。隨著焊腳尺寸的增加，焊縫應力值也逐漸呈現(xiàn)遞減趨勢，相比于全焊透焊縫應力值，非全焊透結構對于焊腳尺寸的變化影響更為顯著。

4 直角角焊縫強度有限元計算

4.1 全焊透焊縫仿真

全焊透仿真是針對ANSYS軟件模型建模提出的一種特殊性計算方法，在該方法的計算中，將Ny和Nx進行了施力控制，選取立板頂部作為受力支撐條件，當T=0時，焊縫為全焊透結構，而焊縫的分布區(qū)域如圖1、圖2所示。

圖1 Ny作用下的焊縫截面應力分布

圖2 NX作用下的焊縫 截面應力分布

由圖2中的受力關系可以看出，當截面面積固定在一定的范圍內(nèi)，其對應的仿真計算結果為1000Mpa，與公式的計算結果相一致，而當應力值小于A區(qū)域內(nèi)的應力值時其對應的焊縫強度也會表現(xiàn)出明顯的不同，在整體的應力值作用下，其對應的應力值集中在B區(qū)域內(nèi)。

4.2 非全焊透焊縫仿真

圖3 是焊接應力N作用力下的焊縫截面應力分布

非全焊透焊縫仿真，其選定的模型尺寸和全焊透模型仿真中的尺寸相同，但是選取的T值為10mm，通過對其受力關系的應用分析，得出在相同條件下的焊接處理中，要想保障焊接應力關系，就應該在某一截面內(nèi)進行特定的應力控制，保障在應力控制下能夠實現(xiàn)計算結果的最優(yōu)化仿真處理。圖3是焊接應力N作用下的仿真計算結果，作用下的仿真計算結果，從圖中可以看出，當選定的尺寸為10mm時，其對應的仿真結果為100MPa，與最終的計算公式結果相同。

由圖3中的作用力受力分布情況可以看出，當垂直應力的分布處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)時，其整體的焊接質量會受到影響，并且在實際焊接過程中由于受力點的分布不均衡，會出現(xiàn)受力的轉換現(xiàn)象，在這種情況下，要想保障焊接的質量，就必須要針對焊接過程中的作用力進行分析，確保在分析之后，能夠實現(xiàn)焊接條件的快速轉變[3]。

4.3 不同焊透率下焊縫集中應力仿真

在大型游樂設施的焊接中，由于焊接中存在不同的焊透率，因此，在這種情況下，需要按照實際的焊接條件，對焊接中的材料焊透率進行分析，確保在分析之后，能夠及時處理好相應的焊接管理因素，不同焊透率下的焊縫應力變化關系，在不同焊透率下的焊縫處理中，其焊縫處理會隨著應力值的變化呈現(xiàn)出遞增趨勢，也就是說隨著應力值的增加，其對應的焊接時間也會相對有所轉變。

5 結語

綜上所述，在現(xiàn)代化游樂設施的結構件焊接中，要想保障其焊接的質量能夠保障游樂設施的應用安全，就應該加強對游樂設施的焊接質量，以及焊接設計進行專門的計算分析，通過計算分析之后，及時確定焊接中的技術應用，保障焊接的質量[4]。通過本文的分析總結，將大型游樂設施構建焊縫設計中的計算分析總結為以下幾點：首先，針對其焊縫強度的理論焊接進行計算；其次，對焊接中的有限元進行換算分析，通過焊透率的仿真分析，及時確定焊接中的技術應用，保障在焊接過程中能夠有效處理好焊接要素，確保游樂設施的焊接安全。