碰碰車與防撞梁正碰撞工況的瞬態(tài)動力學(xué)分析*

趙九峰

河南省特種設(shè)備安全檢測研究院 鄭州 450000

0 引言

碰碰車是碰碰車類游藝機(jī)中的一種可以任意行駛在固定車場內(nèi)，依靠靈敏的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，車體之間、車體與防撞梁不斷發(fā)生碰撞的游樂設(shè)備。車架邊緣配有起碰撞緩沖作用的緩沖胎，車場四周設(shè)有防撞梁，乘客駕駛碰碰車在車場內(nèi)隨心所欲的橫沖直撞，從中得到極大樂趣。碰碰車的主要安全裝置為安全帶和緩沖胎，安全帶主要防止乘客在游玩時，磕到方向盤上，緩沖胎可顯著降低因?yàn)檐囕v相撞產(chǎn)生的慣性力，減輕過大慣性力對車體的損傷及給乘客帶來的不適[1]。

以結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行瞬態(tài)動力學(xué)分析，考慮碰撞體之間動量交換和慣性效應(yīng)的前提下[2]，用以計(jì)算結(jié)構(gòu)沖擊或快速時變載荷下的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)，研究沖擊載荷對設(shè)備結(jié)構(gòu)的損傷狀況[3]。車架和防撞梁作為碰碰車中經(jīng)常受碰撞沖擊部件，其強(qiáng)度計(jì)算一直是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。碰碰車在運(yùn)行過程中，經(jīng)常承受作用時間很短但幅度很大的碰撞沖擊載荷，傳統(tǒng)的游樂設(shè)施結(jié)構(gòu)計(jì)算中，采用1個放大沖擊系數(shù)考慮碰撞沖擊載荷的影響[4]，設(shè)計(jì)時一般無法準(zhǔn)確計(jì)算；由于碰撞時間短、過程復(fù)雜，樣機(jī)碰撞試驗(yàn)難以精確地測驗(yàn)碰撞過程中的受力變形[5]。為了解決當(dāng)前碰碰車設(shè)計(jì)時碰撞沖擊系數(shù)理論計(jì)算不精確，樣機(jī)碰撞試驗(yàn)又過于昂貴和繁瑣的現(xiàn)狀[6]，以結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用有限元工程分析軟件，模擬碰碰車和防撞梁的正碰撞過程，計(jì)算出碰撞過程中結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力分布情況，以確定碰撞載荷對車架和防撞梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行安全分析與評價，可為碰碰車等游樂設(shè)施的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。……