基于ANSYS/Workbench水滑梯极限风载荷强度校核

胡亮

（广州海山娱乐科技有限公司，广东广州511400）

基于ANSYS/Workbench水滑梯极限风载荷强度校核

胡亮

（广州海山娱乐科技有限公司，广东广州511400）

近年来，水上游乐行业发展迅猛，水滑梯作为水上游乐园中最常见的设备，其安全性尤为受到重视，水滑梯的设计文件鉴定资料中需要有关于极限风载荷工况下主要受力零部件的强度校核。传统的水滑梯结构校核方法已经不能满足要求，关键在于水滑梯的结构形状复杂，不能准确计算加载在水滑梯表面上的风载荷。得益于数值分析方法和计算机技术的发展，引入了有限元法对水滑梯的结构进行强度校核，计算出了传递给水滑梯表面的风载荷，并进行了相对应的结构应力分析。

水滑梯；ANSYS/Workbench；流固耦合；强度校核

水滑梯属于特种设备中大型游乐设施水上游乐设施水滑梯系列，等级为B级，需通过中国特种设备检测研究院关于水滑梯的设计文件鉴定[1]，其中就包含对水滑梯在设备安装地50年一遇的最大风载荷工况下的结构强度校核。

本文以宽滑梯为例，其主要组成部分如图1所示，主要由平台、玻璃钢滑道、钢结构支撑、混凝土基础、落水池等部分组成。本文基于ANSYS/Workbench软件平台，对宽滑梯在极限风载荷工况下的结构强度进行了校核。

1 宽滑梯模型

宽滑梯钢结构支撑通过现场焊接或螺栓连接方式固定于基础，滑梯入口件通过螺栓固定于钢结构/混凝土平台，玻璃钢滑道间通过螺栓连接，玻璃钢滑道与钢结构支撑通过螺栓连接。本文认为滑梯零部件间属于绑定约束，且钢结构支撑与混凝土基础、入口件与钢结构/混凝土平台是固定约束。本文简化了不影响整体计算的局部特征，包括连接螺栓及螺栓连接孔、不重要的圆角和倒角、去掉立柱底部筋板等。

宽滑梯中滑道所用材料为玻璃钢，简化为均匀材质计算，密度为1.8×103kg/m3，弹性模量为7.3×109Pa，泊松比为0.25，拉伸强度为78 MPa；结构支撑所用材料为Q235B。

2 极限风载荷流固耦合结构强度分析

宽滑梯受风面主要是滑道表面部分，根据流固耦合单向耦合法，在滑梯的四周建立长方体40 m×40 m×90 m的风场，模型如图2所示。在Fluid Flow（fluent）中设置进口风速为37 m/s，进出口压力都为0，空气温度为25℃，计算得出风场对滑道壁面施加的压力载荷，然后传递给Static Structural中滑道表面，施加在滑道表面的极限风载荷如图3所示。

图2 流体模型

图3 滑道表面风载荷

图4 宽滑梯整体的变形量和玻璃钢滑道、钢结构支撑的von-Mises应力

从而在Static Structural中可以计算出宽滑梯在极限风载荷作用下结构的受载情况，宽滑梯整体的变形量和玻璃钢滑道、钢结构支撑的von-Mises应力如图4所示。

3 结论

根据以上计算结果，在极限风载荷作用下，宽滑梯最大变形量为31.0 mm，宽滑梯玻璃钢滑道最小安全系数为n=78/7.7=10.1，宽滑梯钢结构支撑最小安全系数为n=375/77.9=4.8，宽滑梯玻璃钢滑道和钢结构支撑强度都满足许用安全系数[n]≥3.5，所以，宽滑梯在极限风载荷工况下的强度满足要求。有限元计算方法是一个可用于极限风载荷工况下水滑梯结构强度校核的有效手段。

［1］邵学博.基于ANSYS的机翼的流固耦合分析［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012.

〔编辑：张思楠〕

O241.82

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.108

2095－6835（2017）14－0108－02