基于ansys环园列车轨道的优化设计

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1、基于ANSYS的环园列车轨道的优化设计赵九峰（武汉顺源游乐设备制造有限公司，湖北武汉430034）摘要：建立了环园列车轨道的力学模型，确定了工作状态下，环园列车轨道受到各种载荷的计算公式；应用ANSYS有限元分析软件，建立环园列车轨道的参数化模型，对轨道的4种设计方案进行了优化设计，为设计人员提出合理建议，得出的结论为环园列车轨道的设计提供了可靠的依据。关键词：环园列车；轨道；参数化；优化设计；ANSYSOptimaldesignofthetrackofCentralParktrainbasedo

2、nANSYSZhaoJiu-fengWuhanShunyuanAmusementEquipmentManufacturingCorporation,Wuhan430034,China;Abstract:EstablishedamechanicalmodelofCentralParktrain,todeterminetheformula ofCentralParktrainbydifferentkindsofloadundertheconditionofworking.Buildparameteri

3、zedmodelofthetrackofCentralParkbyANSYS，4 designschemesofthe track wasoptimizeddesign.TheconclusionofthispaperputsforwardtoreasonablesuggestionsfordesignersandprovidescrediblefoundationforthedesignofthetrackofCentralPark.Keywords:CentralParktrain;track

4、;parametric;optimaldesign;ANSYS0引言在设计过程中，近三四十年发展起来的优化设计技术可使结构参数的选择达到最佳，有限元法可使以前难以定量计算的问题获得极好的解决[1]。利用ANSYS有限元分析软件，在设计阶段可进行多方案的对比，揭示结构各类参数变化对产品性能的影响，并进行设计方案的修改和调整，使产品达到性能和质量上的最优，原材料消耗最低，是高质量、高水平、低成本产品设计与开发的保证[2]。环园列车是一种单轨架空游览车类的游乐设备，深受人民群众的喜爱。轨道承载着整组列车

5、的重量，直接关系着列车运行的平稳性能和安全性能，因此对其进行有限元分析和优化设计是非常必要的[3]。本文应用ANSYS有限元分析软件，建立环园列车轨道的参数化模型，对轨道的4种设计方案进行了优化设计，得出的结论为环园列车轨道的设计提供了可靠的依据。1轨道的载荷特性分析该环园列车的总质量=1.2×104kg（含乘客），为封闭型结构，长度为=20m，高=2.2m，由4节车厢通过5组轮系连接而成，运行速度=2.2m/s。环园列车在高架单轨道上运行，轨道的最小转弯半径=30m，轨道每隔6m有一个立柱支撑。

6、环园列车设备简图如图1所示。图1环园列车与轨道设备简图环园列车的载荷示意图如图2所示。（1）弯道受力分析（2）车厢载荷图2环园列车载荷示意图1.1轨道的离心力环园列车通过弯道行走时，对轨道产生离心力的作用，力学模型如图2所示，则轨道受到列车总的离心力为：.（1）其中：为环园列车的总质量（包括乘人），取值为1.2×104kg；为环园列车运行速度，取值为2.2m/s；为列车轨道的最小转弯半径，取值为30m。经计算总的离心力为1936N。1.2风载露天工作的游乐设备，应考虑风载荷的作用，假定风载荷是沿环

7、园列车最不利的水平方向作用的静力载荷，根据GB8408-2008《游乐设施安全规范》：游乐设施的设计，按最大运行风度=15m/s计算工作状态下的风载荷[4]，计算风压[5]：.（2）其中：为计算风速，取值为15m/s。经计算p为141N/m2。风向与环园列车的侧面垂直时，风载荷沿环园列车最不利的方向，沿此风向的风载荷[5]：.（3）其中：为风力系数，由《机械装备金属结构设计》表3-11，空中悬置的机器房，其值为1.20；为垂直于风向的实体迎风面积，=20×2.2=44m2。经计算F2为7445N。

8、1.3冲击载荷由于来自轨道连接处或磨损后轨道形成的凹坑，环园列车在运行过程中有可能出现冲击，从而产生冲击载荷，设计时一般无法准确计算，因此，在进行强度计算时，其载荷必须乘以冲击系数[4]，则冲击载荷：（4）其中：为冲击系数，环园列车的行驶速度小于10km/h，值为1.1[4]；为重力加速度，值为9.8m/s2。经计算F3为129360N。1.4防倾轮压力设备的抗倾覆稳定性是指设备在自重和外载荷作用下抵抗翻倒的能力，校核抗倾覆稳定性的基本原则是：作用在设备上包括自重在内的各项载荷对危