NFX|过山车仿真分析
过山车几乎是所有游乐场必不可少的大型游乐设备，它带给人的刺 激感和愉悦感是其他游乐设施无法超越的。随着科技的快速发展，过山车种类呈多样化，其设计也更科学化、信息化和复杂化。过山车未来的发展趋势将会更坏、更复杂和更刺 激，这也对其整体结构的安全性提出了更高的要求。《大型游乐设施安全规范》GB8408-2018对过山车应力计算的要求：1.过山车静止状态时应能够承受非工作状态风载、雪载,使其结构不产生永久变形；2.通过对过山车结构进行工作状态满载应力计算,使其安全系数满足标准要求。 midas NFX 是集结构、热、流体和优化设计于一体的多物理场有限元仿真分析软件，可以解决结构的静强度、刚度、稳定性、以及动强度、刚度，和优化（轻量化）设计及多体动力学。本文主要以过山车的轨道及支撑通过有限元分析满足安全指标要求。 过山车轨道主要由左右轨道管、支撑管、枕轨、及各型钢支撑件构成，轨道中的构件均为细长构件，力学简化为梁单元进行模拟，另外需对轨枕处进行一定简化，将原本的矩形支撑改为三角支撑。
BIM类CAD及三维CAD如何导入NFX
此模型因仅有1D单元，使用1D单元自动网格划分即可第五步载荷及边界条件
对轨道的分析主要分为工作状态下及非工作状态下的分析。工作状态的工况为满载时，小车分别运行到轨道支撑跨度较大以及小车对轨道的约束力较大的情况。各工况中，均考虑轨道自身重力的影响。根据实际情况，对轨道的支撑件的底部施加固定约束。重力及约束情况
分析
风载荷如下计算
该载荷为面载荷，需要先转换为等效线载荷才能施加在梁单元上，转换方法为将上值与梁的宽度相乘。因此，模型中不同的梁，所施加的线载荷大小也有所区别。另外容易看出，该轨道对于Y方向风载的等效作用面明显大于X方向风载，故Y向风是相对危险的条件。
风载荷的施加
Y轴正向风载下的计算结果如图。整个轨道的最大等效应力为19.6MPa，小于材料的屈服极限235MPa，因此在非工作风载作用下不会发生永久变形。 轨道中的最大位移发生在最高立柱的中上部位，数值为9.39mm，其中Y轴分量为8.95mm，可见位移以Y向为主。经分析，当模型中仅加载重力时，该处同样是位移最大部位，数值约为5.82mm，而Y轴分量为5.51mm。位移主要都是受重力影响，而非列车的作用力所导致。
Y轴负向风载下，风载引起的轨道位移部分抵消了重力的效果，因此可以看到模型中的最大位移不再位于立柱上，而出现在了立环顶部。
在静止状态下游乐设施应能承受雪载荷，积雪厚度不超过80mm时，施加在游乐设施总体表面上的雪载荷，按照0.2kN/m2雪压进行计算。同上，将该面载荷转换为线载荷，再施加到模型中的梁单元上。
雪载的载荷和约束
雪载下的位移云图
NFX支持反应谱荷载规范，通过设计地震分组，防烈度等级，场地分类，通过查表得到反应谱曲线
根据GB50011，钢结构高度不大于50m时，阻尼比取0.04对过山车轨道进行的地震作用分析主要为水平地震荷载（X、Y方向）
采用SRSS方法，对X向、Y向的地震荷载响应进行组合满载时强度刚度校核
过山车满载运行时的轨道工况主要分为两种情况。第一种为对列车运行到轨道支撑跨度较大的部位进行强度刚度校核；另一种为对列车在立环、飘环及螺旋环等加速度较大的位置进行强度刚度校核。以保证轨道在整个运行过程中有足够的强度及刚度。
过山车满载运行时，轨道除自身重力作用外，还受到来自列车轮轨的作用力。
通过提取轮组的约束力施加到轨道的节点上。根据GB8408-2018，对永久载荷和活载荷的冲击系数2。为了验证枕轨处简化的合理性，在本工况下，将列车下方的若干处轨枕替换为更接近实际结构的矩形梁，如图。并观察轨道在相同载荷下的应力和位移情况。
列车下方枕轨的精细建模局部枕轨替换后，模型的最大等效应力依然出现在相同位置的支撑管与轨枕的接头部位
可见，对载荷集中处的局部轨枕进行精细建模后，分析所得的应力极值与位移极值均略大于简化模型，但差别较小，特别是所关心的应力极值仅相差0.4%。因此，简化模型是可靠的，只要确保各工况下由简化模型给出的分析结果都具有一定的安全裕度，那么实际结构也应是足够安全的。
工况二
工况三
列车垂直加速度大时，会对轨道产生较大的作用力，因此对轨道进行强度校核。取列车行进到轨道立环、飘环、螺旋环时Z向加速度最大的时刻对轨道进行强度校核
工况六
工况八
轨道管接头强度校核
根据以上分析，轨道管的最大应力出现在工况八中。从该工况的最大应力部位截取包含接头的一段轨道，对其进行细化建模并校核接头强度
由于只考虑局部模型，此处可采取较为细化的网格，以更精确地表征接头部位的应力情况。采用以二阶六面体为主的混合单元对模型进行有限元离散，以保证管道沿壁厚方向有两层单元。
不考虑轨道的整体 位移对局部强度的影响，在该段轨道管的两端施加固定约束。两个接头间建立双向滑动类型接触，螺栓连接用刚性单元进行等效，车轮对轨道的作用力以均布方式施加在管道受力侧。为了全面考察列车前进过程中的轨道接头强度情况，分别在三个不同部位施加载荷，并逐一进行强度校核。
NFX|摩天轮仿真分析
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