Расчет аттракциона в программном комплексе APM WinMachine
Биоробот
Расчет аттракциона «Биоробот» проводился по заказу ИП Джикия Г.В.
Аттракцион представляет собой установку, которая обеспечивает общее вращательное движение платформ с сиденьями (свободно вращающимися), а также их подъем и опускание. Аттракцион предназначен для эксплуатации в парках и других зонах массового отдыха населения, для развлечения детей старше 14 лет и взрослых. Аттракцион – бесфундаментный.
Целью расчета является проведение анализа конструкции аттракциона «Биоробот» на прочность, жесткость и устойчивость при действии расчетных нагрузок.
Расчет конструкции аттракциона выполнен в соответствии с требованиями:
- ГОСТ Р 52170 – 2003;
- ГОСТ Р 53130 – 2008;
- ГОСТ 27751-88;
- СП 16.13330.2011.
Прочностной расчет конструкции аттракциона проводился с помощью модуля APM Structure3D, входящего в состав системы APM WinMachine.
Расчет осей проводился с использованием APM Shaft, расчет болтовых соединений с использованием APM Joint. Данные модули так же входят в состав системы APM WinMachine.
Исходные данные
В зависимости от продолжительности действия следует различать постоянные и временные нагрузки на элементы аттракциона.
К постоянным нагрузкам аттракциона относятся собственный вес несущей конструкции, оборудования и вес сидений.
К временным нагрузкам относятся вес пассажиров, гироскопические, динамические, ветровые, снеговые, а также температурные.
В следствии этого расчет аттракциона проводился на следующие нагрузки:
- Собственный вес конструкции;
- Вес посетителей аттракциона;
- Силы инерции вращающихся частей конструкции;
- Силы инерции посетителей;
- Ветер.
Конструкция рассчитана как при эксплуатации с полной загрузкой, так и при частичной загрузке. Расчет конструкции на одностороннее загружение проводилось для случая, когда заняты посадочные места на 1/4 или 3/4 периметра аттракциона.
При равномерном вращении аттракциона возникают центробежные силы инерции. При полной загрузке каждой кабины аттракциона они образуют уравновешенную систему сил. При неполной загрузке аттракциона пассажирами система сил инерции не уравновешена. В этом случае несущие элементы конструкции испытывают дополнительную динамическую нагрузку.
Согласно техническому заданию, эксплуатация аттракциона в дождь, снег и ветер более 10 м/сек запрещена. В связи с этим, снеговыми нагрузками пренебрегли, а расчетное давление ветра на конструкцию определяли в соответствии с ГОСТ Р 52170-2003.
В связи с разным углом наклона площадок к горизонту во время работы аттракциона, рассматривались начальное (нижнее) и конечное (верхнее) положение площадок.
Расчетная модель
Расчетная модель аттракциона формировалась на основе присланных Заказчиком чертежей. Аттракцион представляет собой бесфундаментную сборно-разборную конструкцию. Элементы конструкции были смоделированы пластинчатыми и стержневыми конечными элементами.
Стержневые элементы модели имеют статус балочных элементов, способных воспринимать все виды деформации (растяжение / сжатие, изгиб, кручение). Присвоение поперечных сечений для них осуществлялось в соответствии с имеющейся конструкторской документацией на изделие. Геометрические характеристики сечений задавались из библиотеки стандартных сечений.
В связи с тем, что в расчетной модели не учитывалась масса крепежных элементов, сварных соединений, а также некоторых элементов привода, вес учитывался с надбавкой 20%.
Масса сиденья прикладывается в виде силы в узел центра тяжести сиденья. Все усилия приходящие в центр тяжести сиденья (в том числе инерционные) передавались посредством соединения жесткими вставками центра тяжести сиденья с осью сиденья. Аналогичным образом прикладывался вес от пассажиров и силы инерции.
Результаты расчета
Расчет конструкции проводился на наиболее неблагоприятное воздействие нагрузок.
Для аттракциона были выполнены следующие расчеты:
- Расчет на статическую прочность аттракциона;
- Оценка жесткости и предельной гибкости элементов конструкции;
- Расчет на устойчивость формы;
- Расчет на устойчивость положения;
- Расчет конструкции на усталость;
- Прочностной расчет критических компонентов аттракциона:
- болтовых соединений;
- пальцевых соединений;
- осей.
В результате расчетов на статическую прочность получены опорные реакции, внутренние силовые факторы, напряжения, деформации, возникающие в элементах конструкции при различных комбинациях нагрузок.
При оценке надежности и работоспособности аттракциона выполнен расчет на усталость и анализ соединений и других ответственных узлов.
Расчет аттракциона на устойчивость проводился для случая ее опрокидывания, скольжения и приподнимания.
Оценка предельной жесткости и предельной гибкости производилась для каждого типа элементов в наиболее нагруженной зоне конструкции.
Выполнена оценка усталости при возникновении многократно действующих подвижных нагрузок от вращения самого аттракциона и от вращения сидений.
Итоги выполненного проекта
По результатам проведенных расчетов были сделаны следующие выводы:
- Анализ результатов статического расчета показывает, что при заданных расчетных нагрузках, эквивалентные напряжения, возникающие в элементах аттракциона не превосходят предел текучести (расчетное сопротивление) применяемых материалов, т.е. необходимая прочность обеспечивается.
- Установлено, что при действии расчетных нагрузок во всех случаях нагружений, жесткость конструктивной формы аттракциона обеспечена. Полученные перемещения элементов аттракциона не превышают допускаемые.
Обобщая полученные результаты, можно сделать вывод о том, что конструкция аттракциона способна нести прикладываемые к ней нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации, и не требует дополнительных мер по увеличению прочностных характеристик.
Проведенная работа показала применимость программного комплекса APM WinMachine для решения сложных задач прочностного анализа аттракционов.
