HDC56海盜船(A級(jí))設(shè)計(jì)計(jì)算書

HDC56海盜船（A級(jí)）

設(shè)計(jì)計(jì)算書

作者：趙九峰

趙九峰：河南平頂山人，09年大連理工大學(xué)工程機(jī)械碩士畢業(yè)，CAD/CAE工程師，仿真

論壇AnsysWB版主；主要從事游樂設(shè)備設(shè)計(jì)、計(jì)算、有限元仿真，3D建模、

CAD制圖、撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、申報(bào)鑒定文件，并對(duì)游樂設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、申

報(bào)鑒定流程提供指導(dǎo)。

1.掌握三維Solidworks的應(yīng)用技能，熟練應(yīng)用Solidworks的鍍金模塊、焊件模

塊和工程圖模塊；

2.熟練使用ANSYS、Workbench等做機(jī)械相關(guān)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)計(jì)算和仿真分析；

3.掌握LS_DYNA的沖擊分析和ADAMS的動(dòng)力學(xué)分析；

4.熟練使用ICEM前處理軟件，勾畫出任意結(jié)構(gòu)的六面體網(wǎng)格。

九峰游樂設(shè)備CAD/CAE工作室

2017年12月

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HDC56海盜船(B級(jí))設(shè)計(jì)計(jì)算書

目錄

第一部分總論.................................................................1

1概述..........................................................................1

2工作依據(jù)....................................................................2

3主要工作內(nèi)容................................................................3

4計(jì)算模型簡化說明與材料參數(shù)...................................................3

4.1計(jì)算模型簡化說明..........................................3

4.2海盜船的材料參數(shù).........................................3

5海盜船載荷特性分析..........................................................5

5.1工作載荷..................................................5

5.2風(fēng)載荷....................................................10

5.3雪載荷和溫度載荷.........................................13

5.4分析工況..................................................14

第二部分整體剛體動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算.............................................16

6剛體動(dòng)力學(xué)分析..............................................................16

6.1概述......................................................16

6.2幾何模型.................................................17

6.3載荷與約束...............................................17

6.4剛體動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果.......................................19

6.5小結(jié)......................................................25

第三部分主體部件分析計(jì)算......................................................26

7傳動(dòng)部件(HDC56.01)..................................................26

7.1有限元模型...............................................26

7.2載荷與約束..............................................26

7.3傳動(dòng)部件分析結(jié)果..........................................27

7.4傳動(dòng)部件焊縫驗(yàn)算........................................31

7.4.1焊縫計(jì)算概述......................................31

7.4.2機(jī)架焊縫計(jì)算.......................................33

7.5軸和銷軸的計(jì)算............................................34

7.5.1概述................................................34

7.5.2驅(qū)動(dòng)摩擦輪軸(HDC56.0102.3.1)....................36

7.5.3搖架轉(zhuǎn)軸(HDC56.0102.1.7)和壓桿連接銷(HDC56.0106)

................................................................37

7.6搖架掛耳(HDC56.0102.1.6)、壓簧底耳(HDC56.0101.4)和壓簧耳板

(HDC56.0103.1.2).............................................39

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7.6.1有限元模型..........................................39

7.6.2載荷與約束.........................................40

7.6.3應(yīng)力計(jì)算結(jié)果.......................................41

8船體部件(HDC56.02)和吊架部件(HDC56.03)..............................44

8.1有限元模型................................................44

8.2載荷與約束...............................................45

11.5工況1分析結(jié)果...........................................47

8.9工況2分析結(jié)果............................................57

8.5斜吊架連接板(HDC56.0211)和安全繩連接板(HDC56.0210).........67

8.5.1有限元模型..........................................67

8.5.2載荷與約束.........................................67

8.5.3計(jì)算結(jié)果...........................................69

8.6三角吊架軸承套組焊件(HDC56.0302.1)......................71

8.6.1有限元模型..........................................71

8.6.2載荷與約束.........................................72

8.6.3分析結(jié)果.............................................73

8.7吊架部件軸的計(jì)算.........................................74

8.8船體部件焊縫驗(yàn)算..........................................76

8.9吊架部件焊縫驗(yàn)算..........................................77

9支架部件(HDC56.04)..............................................79

9.1有限元模型...............................................79

9.2載荷與約束...............................................80

9.3工況1計(jì)算結(jié)果...........................................82

9.4工況2計(jì)算結(jié)果...........................................86

9.5橫梁保險(xiǎn)繩掛耳(HDC56.0401.3)............................90

9.5.1有限元模型..........................................91

9.5.2載荷與約束.........................................91

9.5.3分析結(jié)果.............................................92

9.6支架部件焊縫驗(yàn)算.........................................93

10主體分析結(jié)果匯總.................................................95

10.1結(jié)果匯總表.............................................95

12.5小結(jié)....................................................98

第四部分座椅與站臺(tái)分析計(jì)算...........................................99

11乘人加速度與安全帶驗(yàn)算.............................................99

12座椅主架(HDC56.0203.1)的計(jì)算.....................................100

12.1有限元模型.............................................100

12.2載荷與約束.............................................101

12.3應(yīng)力計(jì)算結(jié)果...........................................101

13安全杠組焊件(HDC56.0203.2).........................................103

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13.1有限元模型.............................................103

13.2載荷與約束............................................103

13.3應(yīng)力計(jì)算結(jié)果..........................................104

14止轉(zhuǎn)齒輪和止轉(zhuǎn)插銷（HDC56.0203.4/5）.................................106

14.1有限元模型..............................................106

14.2載荷與約束............................................106

14.3應(yīng)力計(jì)算結(jié)果..........................................107

15安全杠轉(zhuǎn)軸（HDC56.0203.2.1）的計(jì)算................................109

16圍欄部件（HDC56.05）的計(jì)算........................................111

16.1有限元模型.............................................111

16.2載荷與約束.............................................112

16.3應(yīng)力計(jì)算結(jié)果...........................................113

17座椅與圍欄焊縫驗(yàn)算..............................................117

18座椅與站臺(tái)分析結(jié)果匯總...........................................119

18.1結(jié)果匯總表..............................................119

18.2小結(jié).....................................................120

第五部分其他類型分析..............................................121

19二次保險(xiǎn)鋼絲繩的計(jì)算............................................121

20海娜的模就析.................................................121

20.1載荷及約束...............................................121

20.2海盜船的模態(tài)分析結(jié)果....................................122

20.3小結(jié)...................................................124

21海盜船立柱支架屈曲分析（HDC56.04）.....................................124

21.1屈曲分析結(jié)果.............................................124

21.2小結(jié).....................................................125

22地震瞬計(jì)算...................................................125

22.1載荷特性分析............................................125

22.2地震作用計(jì)算結(jié)果.........................................127

22.2.1水平地震作用計(jì)算結(jié)果（軸向）......................127

22.2.2水平地震作用計(jì)算結(jié)果（徑向）......................130

22.2.3合成地震作用計(jì)算結(jié)果..............................133

22.3地震計(jì)算結(jié)果匯總.......................................136

23極限風(fēng)載計(jì)算....................................................136

23.1載荷特性分析...........................................136

23.2計(jì)算結(jié)果（軸向極限風(fēng)載）...............................137

23.3計(jì)算結(jié)果（擺動(dòng)方向極限風(fēng)載）...........................139

23.4極限風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果匯總.................................142

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24螺栓的計(jì)算.................................................................143

25電機(jī)的計(jì)算.................................................................144

25.1船體部件傳動(dòng)比驗(yàn)算.............................................144

25.2船體部件驅(qū)動(dòng)電機(jī)驗(yàn)算...........................................144

26電液推桿和制動(dòng)器的校核計(jì)算...............................................145

26.1電液推桿的校核計(jì)算............................................145

26.2制動(dòng)器的校核計(jì)算...............................................145

27帶傳動(dòng)的計(jì)算..............................................................146

28軸承的計(jì)算.................................................................148

28.1帶立座球面球軸承的驗(yàn)算........................................148

28.2深溝球軸承的驗(yàn)算...............................................148

29基礎(chǔ)受力和基礎(chǔ)地腳螺栓的計(jì)算............................................149

30結(jié)論.......................................................................151

附表1海盜船結(jié)構(gòu)分析結(jié)果一覽表..............................................153

附表2海盜船其他類型分析結(jié)果一覽表.........................................157

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第一部分總論

1概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，游樂設(shè)施在人們?nèi)粘Ｉ畹阮I(lǐng)域得到越來越廣

泛的應(yīng)用，海盜船屬于大型游樂設(shè)施海盜船類的一個(gè)品種，游客乘坐在座椅上

往復(fù)擺蕩，令人目眩神迷，驚心動(dòng)魄。

海盜船是一種觀覽車類游藝機(jī)，是一種繞水平軸往復(fù)擺動(dòng)的游樂項(xiàng)目。該

種游藝機(jī)因造型圖同而名稱各異，“海盜船”因?yàn)槠渫庑畏鹿糯１I船而得名,

造型為美洲印第安部落風(fēng)格。

海盜船是既驚險(xiǎn)又刺激的娛樂項(xiàng)目。乘客由上客梯上船，坐在座位上將安

全保護(hù)桿壓到合適的位置，起動(dòng)后從緩慢擺動(dòng)到急速擺動(dòng)，猶如乘客乘船出海

遇到大風(fēng)駭浪，海盜船時(shí)而沖上浪濤之顛，時(shí)而跌落波瀾的谷底驚心動(dòng)魄，既

有趣又刺激，深受乘客喜愛。海盜船的結(jié)構(gòu)簡圖如圖l-lo

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表1-1海盜船的基本信息

設(shè)備名稱海盜船

主體材質(zhì)Q235B

設(shè)計(jì)/制造單位九峰游樂設(shè)備CAD/CAE工作室

單側(cè)最大擺角65°

設(shè)備總高12.5m

乘坐人數(shù)(成人)56人

驅(qū)動(dòng)功率31.5kW

輔助功率6kW

技術(shù)參數(shù)

船底半徑10.0m

最大運(yùn)行速度8.9m/s

設(shè)備總質(zhì)量11.5t

占地面積17X10.3m2

運(yùn)行高度9.Om

2工作依據(jù)

(1)“海盜船”設(shè)計(jì)圖紙(圖紙編號(hào)：HDC56)；

(2)GB8408-2008《游樂設(shè)施安全規(guī)范》；

(3)GB/T18164-2008《海盜船類游藝機(jī)通用技術(shù)條件》；

(4)GB50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》；

(5)GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(6)JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》；

(7)GB5611-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(8)GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》；

(9)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社；

(10)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中國鐵道出版社，張質(zhì)文主編；

(11)《工程力學(xué)》高等教育出版社，范欽珊主編，第二版；

(12)《機(jī)械設(shè)計(jì)》高等教育出版社，濮良貴主編，第二版；

(13)《機(jī)械裝備金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社，徐格寧主編，第二版;

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（14）《起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)》上海交通大學(xué)出版社，董達(dá)善主編。

3主要工作內(nèi)容

1）建立海盜船傳動(dòng)部件、船體部件、吊架部件和支架部件的有限元數(shù)值

分析模型；

2）計(jì)算海盜船傳動(dòng)部件、船體部件、吊架部件和支架部件在滿載、偏載作

用下的應(yīng)力；

3）關(guān)鍵部位（銷軸、關(guān)鍵焊縫）的強(qiáng)度分析及疲勞校核；

4）座椅組件的強(qiáng)度分析及疲勞校核；

5）海盜船主體的模態(tài)分析；

6）海盜船立柱支架的屈曲分析；

7）特殊載荷（風(fēng)載、地震載荷）下的分析；

8）防止傾覆和防止側(cè)滑的計(jì)算；

9）電機(jī)、螺栓和軸承等部件的驗(yàn)算。

4計(jì)算模型簡化說明與材料參數(shù)

4.1計(jì)算模型簡化說明

海盜船主體分析采用板殼單元和梁單元的力學(xué)模型。電機(jī)、座椅、螺栓、

筋板等附屬質(zhì)量產(chǎn)生的載荷，施加在海盜船的整個(gè)鋼架結(jié)構(gòu)上，模擬這些附屬

構(gòu)件對(duì)整個(gè)海盜船主體鋼架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。局部部件分析，考慮模型細(xì)節(jié)

（軸、焊縫等），利用經(jīng)典力學(xué)公式，進(jìn)行局部分析的理論核算。

4.2海盜船的材料參數(shù)

海盜船部件在Solidworks軟件中進(jìn)行精細(xì)化建模并提取質(zhì)量，如表4-lo

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表4-1海盜船主要部件及質(zhì)量

序號(hào)部件名稱圖號(hào)數(shù)量材料單重(Kg)總重(Kg)

1傳動(dòng)部件HDC56.01HDC56.011Q235B15621562

船體龍骨組焊件HDC56.02011Q235B1024

船體甲板組焊件HDC56.02021Q235B421

船體部件

2HDC56.0203/6/2950

HDC56.02座椅組件8Q235B420

9

中間柵欄組件HDC56.02051Q235B115

三腳架組焊件HDC56.03012Q235B415

吊架部件

3三角吊架軸承套組件HDC56.0302245621056

HDC56.03

吊架檢修平臺(tái)組件HDC56.03032Q235B56

支架部件橫梁組焊件HDC56.04011Q235B564

41985

HDC56.04立柱支架組件HDC56.04302Q235B161

5站臺(tái)總裝HDC56.05HDC56.051Q235B17521752

主體結(jié)構(gòu)材料：Q235B鋼；銷軸的材料為：45#鋼；螺栓采用高強(qiáng)螺栓

(1=800MPa)。材料力學(xué)參量為：彈性模量E=2X10'MPa,泊松比y=0.3。

由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社，游樂設(shè)施主要材料性能參數(shù)如表4-2

所示。

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表4-2主要材料性能表

強(qiáng)度設(shè)計(jì)值屈服強(qiáng)度破斷強(qiáng)度彎曲疲勞極限扭轉(zhuǎn)疲勞極限

厚度或直徑

牌號(hào)0.1O.6b0-1T-1

(mm)

(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)

<16215235180105

>16~40205225180105

Q235B390

>40~60200215180105

>60^100190205180105

45#<100\360660270165

(軸類調(diào)質(zhì))100?200\345610240140

20鋼<16\24517599

(結(jié)構(gòu)用無縫16~30\23543016998

鋼管)>30\22516696

5海盜船載荷特性分析

5.1工作載荷

海盜船的船體部件和吊架部件，在傳動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)輪作用下沿橫臂的中心軸

線做往復(fù)擺動(dòng)，座椅安裝在船體上，隨著整個(gè)船體做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。把整個(gè)船體和

乘人當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)考慮，載荷作用示意圖如圖5T所示：

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mg

圖5-1海盜船載荷示意圖

如圖5T,船體(包含乘人)從最高點(diǎn)下落過程中，下落高度：

H=R(cos6-cos55。)(5-1)

其中：R一船底的回轉(zhuǎn)半徑，取最大值10.0m；

。一吊架中心線與豎直方向的夾角，即擺角。

下落過程中，僅受到重力的作用，機(jī)械能守恒：

2

mgH=-^mv1(5~2)

其中：出一船體(包含乘人)擺動(dòng)部分的簡化質(zhì)量；

B一標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，lO.Om/s?；

%—船體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。

海盜船在擺動(dòng)過程中，繞著吊架上銷軸中心軸線，做圓周運(yùn)動(dòng)，由圓周運(yùn)

動(dòng)的向心力公式：

(5-3)

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沿吊架中心線方向上，擺動(dòng)部分受到重力和船體的拉力，如圖5T,則：

（5-4）

其中：J一吊架的拉力。

聯(lián)立公式（5-1）、（5-2）、（5-3）和（5-4）可得：

耳=〃zg（3cos。一2cos43。）（5-5）

船體部件在整個(gè)擺動(dòng)周期（驅(qū)動(dòng)完成后），僅受到重力和向心力作用，公

式（5-5）表明，擺角夕=0°,即船體運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，受到（3-2cos65°）g=1.85g

的加速度，屬于物理學(xué)中的超重現(xiàn)象，重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，懸臂部件受

到的載荷最大。因此，僅對(duì)擺角I=0°時(shí)，海盜船擺動(dòng)部件進(jìn)行分析計(jì)算。則

海盜船擺動(dòng)的總質(zhì)量（忽略吊架部件的質(zhì)量）：

加=（g+38叫）（5-6）

其中：叫一船體和吊架部件質(zhì)量（表4T,P4）,3530kg；

加，一乘人質(zhì)量700N/人，則：%=支=則=71.4kg,保守計(jì)算取

'g9.8

75kg；

數(shù)據(jù)代入公式（5-5）得：

滿載時(shí)吊架的拉力：

耳=（3530+38x72）x9.8x（3cos00-2cos550）=113777N；

偏載時(shí)吊架的拉力（單側(cè)19人）：

=（3530+19x72）x9.8x（3cos00-2cos550）=88937N；

滿載時(shí)船體總重量3530+56X75=6266kg,偏載時(shí)船體總重量3530+19X

75=4898kg,最大速度為&9m/s（相當(dāng)于角速度9.53r/min）。

則滿載時(shí)海盜船的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

J=mR2=6266x8.422=444237Kgm2（5-7）

則偏載時(shí)海盜船的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

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/=小收=4898x8.422=347551Kgm2

由于海盜船為單擺力學(xué)類型，分6次驅(qū)動(dòng)，達(dá)到最大速度，模擬海盜船在

整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的各種參數(shù)?？偟尿?qū)動(dòng)時(shí)間為18s。

則滿載時(shí)海盜船的驅(qū)動(dòng)扭矩：

,Jn442129x9.53

T=----=-----------=24511Nvm(5-8)

9.55r9.55x18

則偏載時(shí)海盜船的驅(qū)動(dòng)扭矩：

丁Jn347251x9.53

T=----=-----------=19251Nm

9.55/9.55x18

海盜船的載荷示意圖如圖5-2所示。

最大驅(qū)動(dòng)扭矩T=24511Nm,對(duì)應(yīng)半徑R=10.0m,則摩擦驅(qū)動(dòng)力:

T24511

F=L=SU=2911N(5-9)

qR8.42

驅(qū)動(dòng)輪輪胎與船底的摩擦系數(shù)/=0.6,則對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪壓緊力:

F2911

F.=」=——=4852N(5-10)

'f0.6

力的方向向下。

根據(jù)杠桿原理，搖架掛耳處的載荷:

(5-11)

其中:〃一搖架掛耳到支點(diǎn)的距離，有圖紙HDC56.01可知，值為1246mln；

萬一驅(qū)動(dòng)輪到支點(diǎn)的距離，有圖紙HDC56.01可知，值為757mm。

根據(jù)杠桿原理，推動(dòng)器處的載荷：

皂=2948x280=2948N(5-12)

"d280

其中：c一搖架掛耳到立桿的距離，有圖紙HDC56.01可知，值為290mm；

4一推動(dòng)器到立桿的距離，有圖紙HDC56.01可知，值為290mm。

則立桿承受的載荷為:2X2948=5896NO

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圖5-2驅(qū)動(dòng)載荷示意圖

海盜船屬于旋轉(zhuǎn)類設(shè)備。最大的旋轉(zhuǎn)速度(線速度)為最低點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度：

%=j2gR(cos"cos55°)(5-13)

=x9.8x8.42X(cos。-cos55°)=8.9m/s

由《游樂設(shè)施安全規(guī)范》釋義第4.2.3.2節(jié)：同類別的游樂設(shè)施采用同一

沖擊系數(shù)，顯然是不合理的，因此，以速度大小確定沖擊系數(shù)是比較科學(xué)的；

有的游樂設(shè)施其乘人部分有公轉(zhuǎn)也有自轉(zhuǎn)，還可能同時(shí)有升降，我們稱之為組

合運(yùn)動(dòng)，其速度的取值應(yīng)取幾種運(yùn)動(dòng)合成速度的最大值。

根據(jù)GB8408-2008《游樂設(shè)施安全規(guī)范》中表1：海盜船的速度最大值大于

5m/s,同時(shí)小于10m/s,通過插值，可取搖頭飛椅的沖擊系數(shù)為K=l.436,保

守計(jì)算,取K=L5。

設(shè)備的自重為永久載荷(其中乘人用質(zhì)量單元模擬，等效為永久載荷)，

在沖擊載荷作用下，等效的重力加速度為：

g'=gK=10.0X1.5=14.7m/s?(5-14)

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5.2風(fēng)載荷

根據(jù)GB8408-2008《游樂設(shè)施安全規(guī)范》中4.2.2.7節(jié)：風(fēng)載荷分為工作

狀態(tài)載荷和非工作狀態(tài)載荷；游樂設(shè)施的設(shè)計(jì)，按最大運(yùn)行風(fēng)速15m/s計(jì)算工

作狀態(tài)下的風(fēng)載荷；在靜止?fàn)顟B(tài)應(yīng)能承受當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)提供的風(fēng)載荷。

由《起重機(jī)機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)》：計(jì)算風(fēng)載荷時(shí)，認(rèn)為它是一種任意方向作用

的水平力，工作狀態(tài)風(fēng)載荷是正常工作情況下所能承受的最大計(jì)算風(fēng)載荷，非

工作狀態(tài)下風(fēng)載荷是非正常工作情況下受到的最大計(jì)算風(fēng)載荷。

根據(jù)GB50009-2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》7.1.1的規(guī)定，計(jì)算主要承重結(jié)

構(gòu)時(shí)，垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

wk=P:usu：w0(5-15)

其中：唯一風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值；

片一高度z處的風(fēng)振系數(shù)，

式中：J—對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)《載荷規(guī)范》附錄E.1.1,基本自振

周期取大值；

7；=(0.007-0.013)//=0.013x10=0.13

貝=。14x0.132=0.00237kNs7m2,根據(jù)表7.4.3可知

對(duì)于地面粗糙度B類地區(qū)應(yīng)按基本風(fēng)壓代入，即0.0024kNs7m1

利用線性插值法，得：

I57—147

^^1.47+—~—x(0.0033-0.01)=1.4

0.02-0.01''

同理，非工作風(fēng)載時(shí)，4=1.57

。一脈動(dòng)影響系數(shù)，總高度和寬度比值近似為1,根據(jù)《載荷

規(guī)范》表7.4.4-3,10m時(shí)，取0.46；

。一型振系數(shù)，如圖5.3所示，保守計(jì)算，取最大值為1.0；

4—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，如圖5-4所示。

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表F.0.2高聳結(jié)構(gòu)的振型系數(shù)

相對(duì)高度振型序號(hào)

z/H1234

0.10.02-0.090.23-0.39

0.20.06-0.300.61-0.75

0.30.14-0.530.76-0.43

0.40.23-0.680.530.32

0.50.34-0.710.020.71

0.60.46-0.59-0.480.33

0.70.59-0.32-0.66-0.40

0.80.790.07-0.40-0.64

0.90.860.520.23-0.05

1.01.001.001.001.00

圖5-3高聳結(jié)構(gòu)的振型系數(shù)

1.4x0.46x1.0

綜上,工作風(fēng)載時(shí):A=1+=1.6

1.0

1.57x0.46x1.0

非工作風(fēng)載時(shí):住=1+=1.7

1.0

保守計(jì)算，月取值2.0。

4—風(fēng)荷載體型系數(shù)，海盜船船體、吊架和支架?？紤]到海盜船的

主體結(jié)構(gòu)為桁架結(jié)構(gòu)，因此可類比《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》表7.3.1中

第32項(xiàng)來計(jì)算體型系數(shù)。

A71

側(cè)向擋風(fēng)系數(shù)。=2=3=0.15（4為海盜船的靜投影面積；A

A140

為海盜船的輪廓面積），考慮到吊架、橫梁等因素影響，取。=0.2。

海盜船主體結(jié)構(gòu)由圓管桿件構(gòu)成，則體形系數(shù)3,所以，體形系

數(shù)%=〃0=L3XO.2=0.260

風(fēng)壓高度變化系數(shù)，海盜船的高度12.5m,地面粗糙可類比

7.2.1中的B類（稀疏的城鎮(zhèn)和城市郊區(qū)），查下表可得不同

高度下的牝，10m取1.0,風(fēng)壓高度變化系數(shù)，如圖5.4所示。

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離地面或地面粗糙度類別

海平面高度（m）ABCD

51.171.000.740.62

101.381.000.740.62

151.521.140.740.62

201.631.250.840.62

301.801.421.000.62

401.921.561.130.73

502.031.6711.250.84

602.121.771.350.93

702.201.861.451.02

802.271.951.541.11

902.342.021.621.19

1002.402.091.701.27

1502.642.382.031.61

2002.832,612.301.92

2502.992.802.542.19

3003.122.972.752.45

3503.123.122.942.68

4003.123.123.122.91

.>4503.123.123.12

圖5-4風(fēng)壓高度變化系數(shù)

—基本風(fēng)壓值。工作狀態(tài)下，風(fēng)速為15m/s,對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓為140N/m2

（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，風(fēng)壓=140N/m2）；非工作狀態(tài)下，根據(jù)GB50009

《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》，中國沿海地區(qū)（包括海南島）50年一

2

遇的風(fēng)壓值為700N/mo

以上數(shù)據(jù)代入公式（5-15）求的：

工作狀態(tài)下的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

%=見〃，牝%=2.0X0.26X1.0X140=75.8N/m2；

非工作狀態(tài)下的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

吸=隹"也吸）=2.0X0.26X1.0X700=468N/m2；

海盜船上受到的風(fēng)載荷：入尸嗎4（5-16）

數(shù)據(jù)代入公式（5-16）,求得：

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工作狀態(tài)下的側(cè)向風(fēng)載荷：Fv,=75.8X21=1529N；

非工作狀態(tài)下的側(cè)向風(fēng)載荷：

工=468X21=9828N；

非工作狀態(tài)下的擺動(dòng)方向風(fēng)載荷（擺動(dòng)方向的靜投影面積為17.5m?）：

FW=468X17.5=8190N；

風(fēng)載作為外載荷，施加在海盜船最不利的方向（由于是對(duì)稱旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，施

加在迎風(fēng)面積最大方向上，工作狀態(tài)下，船體可自由擺動(dòng)，因此工作狀態(tài)僅考

慮側(cè)向風(fēng)載荷影響，非工作狀態(tài)下，考慮側(cè)向和擺動(dòng)方向風(fēng)載荷影響）。

5.3雪載荷和溫度載荷

由《游樂設(shè)施安全規(guī)范》：游樂設(shè)施的設(shè)計(jì)，在靜止?fàn)顟B(tài)下應(yīng)能承受雪載

荷，積雪厚度不超過80mm時(shí)，施加在游樂設(shè)施總體表面的雪載荷，按照

0.2KN/m2的雪壓進(jìn)行計(jì)算。釋義：該條主要針對(duì)積雪面積比較大的游樂設(shè)施。

W=辱3（5-17）

其中：F，一雪壓，按照0.2KN/m2計(jì)算；

七一頂棚的投影面積。

由于海盜船沒有頂棚結(jié)構(gòu)，故不需要考慮雪載荷。

游樂設(shè)備一般情況下不考慮溫度載荷，由《起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)》：對(duì)跨度超

過30m的超靜定結(jié)構(gòu)，則應(yīng)當(dāng)考慮因溫度變化引起的結(jié)構(gòu)件膨脹或收縮受到約

束所產(chǎn)生的載荷。海盜船的底座寬度大約14m,故不需要考慮溫度載荷。

地震載荷分析，見23節(jié)。

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5.4分析工況

海盜船運(yùn)行過程中，整體主要結(jié)構(gòu)受到離心力、重力、沖擊載荷等作用，需

分不同的工況，由海盜船結(jié)構(gòu)可知，僅在滿載（即有乘人）并運(yùn)行到最低點(diǎn)時(shí)，

受到載荷最大，計(jì)算海盜船傳動(dòng)部件、船體部件、吊架部件主體及局部的受力

狀況。

建立有限元模型，施加載荷約束，在高性能計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)

設(shè)備的運(yùn)行特性，海盜船主體分為傳動(dòng)部件、船體部件、吊架部件、支架部件、

座椅分析和其它類型分析等。

由以上載荷分析計(jì)算，海盜船共分為5種工況進(jìn)行計(jì)算，各工況說明見表

5-1,分別對(duì)各工況進(jìn)行計(jì)算校核。

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