NFX|摩天轮风载分析

1模型建立

用SolidWorks 做完模型完成后，即可进入分析的前处理准备阶段。midas NFX是一款专门针对机械行业的有限元分析软件．软件内置了把多种国内国外常用的材料库，标准库， 型材库，同又可以进行索单元分析，可以大幅设计师提高计算效率， 提升产品设计的迭代速度。进行钢结构设计时， 适时导入midas NFX,就可以实现使用计算机完成摩天轮的结构优化设计。在导入midas NFX之前， 应对根据结构的受力特点，对3D模型进行简化处理。具体到本案例， 在不影响风载力学分析结果的前提下， 将护栏， 驱动， 梯子，平台， 筋板等非必要零件忽略。将吊舱简化为远程集中质量点， 并施加远程载荷模拟风载。

2 前处理

将简化好的线框模型导入midas NFX中。将每一种规格的型材分别建立对应1D截面线性特性，然后划分网格（相同规格的型材一定要放在一起，并且根据型材命名网格名称，在后面的风载荷加载时可以方便的选择同类的杆件）。立柱轮缘可以采用梁单元，中心轴采用实体单元， 钢索采用索单元进行网格化， 每根钢索划分为一个单元（因为索单元不可传递扭矩，特征与杆单元类似， 若采用默认参数划分多个单元，计算时会出现自由度报错)，最后,根据先前计算好的下料长度设置索单元的预紧力参数．

根据国标GB/T18164-2020 《观览车类游乐设施通用技术条件》要求。摩天轮需要根据安装所在地进行极限风载计算，内陆地区基本风压按照50 年一遇风载选取；对于海边和台风地区， 基本风压宜按照100 年一遇风载选取。

为保证设备的安全可靠， 我公司MTL6602 摩天轮按照最严工况100 年一遇风载要求进行产品设计和强度校核。同时风高变化系数也根选择糙度A类地形来得到更高的系数值， 使产品可以适应更多的地形，提高抗风能力。

由GB/T 50009-2012 《建筑结构载荷规范》可以查询到非工作极限风载计算公式；

根据这四个参数的特点， 和μz这两个与高度相关联。利用midas NFX的函数功能，将μz 这两个随度高度变化的变量相乘，用离散点插值生成函数的方法，生成基于高度的连续变化分层风压函数。μsWO 这两个参数为固定值，只和钢结构的长度风向投影相关。可以用梁单元载荷对每一类的杆件分别加载。在梁单元载荷选项框里选中刚刚生成的变化函数，同时选择延风力方向投影。相对于传统的在不同高度分层用平均值的方法加载， 由于风压利用插值计算的方法是随高度是连续变化的， 更加趋近于真实工况， 可以较为精确地模拟加载风载。

摩天轮的应力分析结果如图3图4所示。通过对计算结果的对比分析可以看出，最大应力出现在在风向垂直转盘的工况下的立柱部分。最大应力为130.56MPa, 小于Q235B 材料235MPa的屈服强度。安全系数I.79, 安全富余量79%， 符合GB8408-2018 《大型游乐设施安全规范》中极限风载下不出现屈服的规定。并且具有较高的储备强度。

5结语

应用有限元分析软件Midas NFX对MTL6602摩天轮钢结构进行了非工作状态极限风载分析，证明了MTL6602 摩天轮在极限风载的非工作工况下,结构强度均满足国家相关规定要求， 在此基础上对同类摩天轮的进一步优化设计有一定的指导意义和参考价值。

参考文献：

[1]GB 8408-2018 大型游乐设旋安全规范[S]北京：中国标准出版社， 2018.

[2]GB/T 18164-2020 观览车类游乐设备通用技术条件[S]北京：中国标准出版社，2020

[3]GB/T 50009-2012 建筑结构载荷规范[S]北京：中国标准出版社，2012.

论文来源：

midas NFX在摩天轮应用上：

七、midas NFX具有荷载组合功能和结果组合功能，能满足线性和非线性分析

八、midas NFX支持混合单元模型(多尺度模型)，及进行运动学仿真等高端分析

九、midas NFX支持弹性材料、弹塑性材料、超弹性材料、复合材料

十、midas NFX支持多物理场（流-固-热），以及优化设计（轻量化）

运动学仿真

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