30米观览车结构的安全性分析-学位论文.doc
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1、本科生毕业论文论 文 题 目30米观览车结构的安全性分析姓名顾 睿 洋指导教师沈 纪 苹学院名称城市轨道交通学院年级/专业2010级车辆工程论文提交日期2014年5月目 录摘要.1ABSTRACT.2第1章 绪论.31.1 观览车发展概况.3 1.1.1 观览车的兴起.3 1.1.2 国外观览车建设概况.3 1.1.3 我国观览车建设概况.4 1.1.4 观览车的发展趋势.4 1.2 观览车的结构体系以及施工方法.5 1.2.1 观览车的结构体系.5 1.2.2 观览车的施工方法.61.3 国内外研究现状.61.4 本文研究的主要内容、目标.6第2章 30米观览车的结构分析及建模过程.82.1
2、 观览车结构分析.8 2.1.1 技术要求.8 2.1.2 结构分析.82.2 建模.9 2.2.1 SolidWorks软件介绍.9 2.2.2 建模过程.92.3 本章小结.13III第3章 静力学分析.143.1 有限元方法和ANSYS Workbench概述.143.2 模型基本信息.14 3.2.1 模型简化.14 3.2.2 导入几何模型.15 3.2.3 添加材料信息.16 3.2.4 设定接触选项.17 3.2.5 设定网格划分参数并进行网格划分.17 3.2.6 选择分析类型.18 3.2.7 施加载荷和约束.18 3.2.8 设定求解(结果参数).19 3.2.9 求解并观
3、察求解结果.193.3 不同工况结果分析.19 3.3.1 满载工况.20 3.3.2 1/2偏客载工况.21 3.3.3 1/4偏客载工况.23 3.3.4 满载+15m/s风载工况.25 3.3.5 极限风载工况.26 3.4 本章小结.29第4章 模态分析.304.1 模态分析概述.30 4.1.1 模态分析原理.30 4.1.2 模态分析作用和目的.304.2 观览车结构的模态分析.31 4.2.1 模态分析步骤.31 4.2.2 模态分析振型图.31 4.3 本章小结.33第5章 总结与展望.34 5.1总结.34 5.2展望.34参考文献.36致谢.37附录1 任务书附录2 中期检
4、查表附录3 文献综述附录4 外文文献资料、中文翻译稿附录5 答辩记录表附录6 成绩评定表苏州大学本科生毕业设计(论文)摘 要随着经济发展、人民生活水平提高,游乐业得到了飞速发展。观览车作为典型的大型游乐设施在游乐园占据着重要地位。观览车与人群直接接触,常常是游乐园游人最为集中的地方。一旦发生事故传播面和影响都非常大,而且随着观览车向着大型化发展,其安全性显得尤为突出。近些年由于观览车运行管理不当或故障引起的事故时有发生,有些甚至导致人身伤亡,有必要建立完善的检测机制以确保设施能够安全运行。本文以30米观览车为研究对象,在结构分析、建模基础上进行有限元分析,通过施加不同载荷模拟不同工况下观览车运
5、行安全与否,主要研究内容和结论如下:1、结构分析和建模。通过阅读文献了解观览车主要结构,针对具体给定的30米观览车零件图建立三维实体模型。2、静力学分析。根据力学分析要求对实体模型行简化,得到有限元模型,通过施加不同载荷模拟不同工况,计算应力应变、总位移,得出极限风载下依然满足结构强度、刚度要求。其中中心轴、前后立柱支架第一层、转盘外圈这些部位应力应变和总位移较大。3、模态分析。对观览车的固有频率进行分析,确定不同载荷作用下的振型以及结构上的不稳定环节。通过对不稳定因素的分析,避免不稳定结构的设计。关键词:观览车;强度;刚度;模态;ANSYS;SolidWorks- 1 -苏州大学本科生毕业设
6、计(论文)Safety Analysis of 30m Ferris Wheels StructureABSTRACTWith the development of economics and the improvement of peoples living standards, amusement industry has been rapidly developed. As a typical large-scale recreational facilities, ferris wheel occupies an important position in amusement park
7、. Theses facilities are in direct contact with the crowd. Once the accidents occured, the impact is very large. And with high-speed development of large-scale ferris wheel, its security is particularly important. Accidents or failures in the management in recent years often occured and cause some pe
8、ople injury. Its necessary to establish a sound detection mechanisms to ensure the safe operation of facilities. In this paper, we take 30 m Ferris wheel for the study. Based on the structural analysis and modeling, we analyse structures safety by applying different loads in different conditions. Ma
9、in contents and conclusions are as follows: 1.Structural analysis and modeling. By document study we know main structure of Ferris wheel, and build three-dimensional solid model of specific given 30m Ferris wheel.2.Static analysis. According to requires of mechanics analysis, we simplify the model a
10、nd get the finite element model. By applying different loads to simulate different conditions,we get the results of stress、strain and total deformation and analyse the strength and stiffness of structural.3. Modal analysis. By natural frequency analysis of ferris wheel, we determine the vibration mo
11、de and the unstable part of the structure under different loads. By analysis of instability, we can avoid unstable structure in design.Keywords : Ferris wheel;Strength;Stiffness;Modal;ANSYS;SolidWorks- 2 -苏州大学本科生毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 观览车发展概况1.1.1 观览车的兴起世界上最早的观览车于1893年在美国建成,由美国著名钢结构设计师George Ferris设计。该观览
12、车为与法国埃菲尔铁塔竞争而特意在芝加哥世博会前建造,共264英尺高,重达46.5吨,有36个乘用车厢,每个车厢可容纳40至60人,旋转一周20分钟,由两个1000马力的蒸汽引擎带动和超大的空气制动停止。该观览车在当时引起了很大轰动,不但吸引数以万计的游客前来参观、乘坐,而且为当地带来相当可观的经济收入。这也是之后观览车在世界各地游乐园中占据重要位置的原因。正是由于George Ferris的成功,日后人们皆以Ferris Wheel来称呼这种设施。1.1.2 国外观览车建设概况 19世纪除了George Ferris设计的摩天轮外,还有维也纳摩天轮。该摩天轮兴建于1897年,是为了向皇帝费朗茨
13、约瑟夫一世的金禧庆典献礼,总高64.75米,包含30个座舱,是维也纳最受欢迎的旅游景点。当然其他国家也相继建造摩天轮,如法国、日本、英国、新加坡等。图1.1为英国伦敦眼,图1.2为新加坡摩天观景轮。 图1.1 英国伦敦眼 图1.2 新加坡摩天观景轮日本目前在运营之中的摩天轮超过130个,几乎每个大都市都将其作为一个著名景观,如横滨的著名取景宇宙时钟21摩天轮、千叶的葛西临海公园钻石与花摩天轮、福冈的天空之梦福冈等。曾经拥有世界第一高度的观景摩天轮英国伦敦眼建成后名噪一时,其独特魅力也延续至今。该摩天轮位于泰晤士河畔,于1999年底建成开放,有135米高,共设32个座舱,内部设有空调,每个座舱大
14、约可以承载15名游客。每次乘坐伦敦眼的游客可以享受30分钟的愉快时光,在其最高处也能够俯瞰伦敦全景。此外还有新加坡的摩天观景轮、法国的巴黎摩天轮等,都是当地的地标之一。1.1.3 我国观览车建设概况我国观览车在上个世纪80年代才陆续开始建造。相比国外观览车的发展情况,无论是从高度、直径或是载客量来说我国观览车的技术指标都很小,在游乐设施中也不能占到举足轻重的地位,吸引的客流量也很少。但是随着现代化的进程,人们生活水平的提高,休闲娱乐设施的更新,越来越多的摩天轮已成为或正在成为城市的重要景点,特别是最近15年内建成的摩天轮规模都很大。我国首座高度达百米以上的大型摩天轮上海大转盘于2002年建成开
15、幕,该摩天轮的建成标志着我国摩天轮设施建设步入高速化和大型化。之后相继有众多独创性的摩天轮问世,例如全球第一个采用桁架钢索结构的哈尔滨游乐园摩天轮,拥有世界上最高倾斜轨道的摩天轮广州塔摩天轮;中国曾建第一高、已建第二高的摩天轮南昌之星(如图1.3所示);世界最大、国内唯一的无辐式摩天轮常州摩天轮,世界最大的水上观景摩天轮苏州摩天轮(如图1.4所示);技术难度最大的跨河桥梁永乐桥摩天轮等。 图1.3 南昌之星 图1.4 苏州摩天轮1.1.4 观览车的发展趋势伴随着社会的发展、科技的进步,观览车的建造水平不断提高。曾经很长时间内位居世界最大摩天轮宝座的、观景摩天轮设计先驱、距地总高达135米的英国
16、伦敦眼在2006年被我国南昌市的南昌之星超过,南昌之星总高160米。然而不久之后的2008年3月份,新加坡建成的总高165米的摩天观景轮便将世界第一的宝座收入囊中,可见世界各地摩天轮的建设日新月异,似有争先恐后之感。当然上述涉及到的摩天轮只是冰山一角,还有众多大型摩天轮正在筹建,并都将陆续挑战世界之最的头衔。除了高度不断增加之外,舒适性、安全性、平稳性越来越成为当今摩天轮设计考虑的重要指标,而亲民的票价也使其逐渐成为人们出门游玩的主要选择之一。自摩天轮诞生以来,其独特的游乐、观光方式吸引了无数游客。摩天轮适合各种各样的年龄和社会阶层,由于其运营成本较低、载客量大的特点,可以带来十分显著的经济和
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