大摆锤动力学分析报告

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1、.大摆锤是常见的游乐设施，通过整体结构分析，得到大摆锤的整体及各个部件的结构应力。然而大摆锤的很多工况是不能简化成静力学的，需有动力学解之。模态分析是动力学分析的基础，大摆锤的悬臂按照一定周期摆动，需对大摆锤的整体结构进行模态分析，这样在产品设计之前可以预先避免可能引发的共振。大摆锤的立柱是受压缩的细长杆件，当作用的载荷达到或超过一定限度时就会屈曲失稳，除了要考虑强度问题外，还要考虑屈曲的稳定性问题。图（a）游乐场中大摆锤示意图图（b）大摆锤整体模型图1大摆锤示意图对大摆锤整体结构强进行动力学评价与分析，分别计算大摆锤转盘在满载和偏载工况下，大摆锤悬臂摆动，对整个结构的影响；以及悬臂的摆

2、角在120°、90°和45°时立柱的结构应力；大摆锤立柱的屈曲分析；悬臂驱动制动分析；整体结构的模态分析。为顺利安全的生产运行提供数据支持。2主要工作内容（1）建立整体的动力学分析模型，计算满载和偏载工况下，立柱的受力情况；（2）计算大摆锤悬臂摆角在120°、90°和45°时立柱的结构应力强度；（3）悬臂驱动制动分析，以及驱动制动对立柱的影响；（4）大摆锤整体的模态分析；（5）大摆锤立柱的屈曲分析。3大摆锤的刚体动力学分析3.1材料参数整体结构材料：Q235钢。材料力学参量为：材料密度为=7.85t/m。3.2几何模型使用通用结构分析软件ANSYSWorkbenchEnvironment

3、(AWE)14...0多物理场协同CAE仿真软件，对大摆锤的整体进行建模，分别建立立柱、悬臂、大转盘建，并在软件中进行装配，如图3所示。（a）大摆锤整体结构（b）转盘局部结构（c）　大摆锤悬臂（d）大摆锤立柱图2大摆锤整体装配模型3.3载荷与约束立柱的底板固定在地方面，因此在立柱底板与地面之间，施加固定（Fixed）约束，模拟底板与地面之间的紧固连接。在重力作用下，悬臂绕转筒中心轴转动，在悬臂的横臂的内表面和立柱固定筒之间，施加旋转幅（Revolute），模拟悬臂绕横梁转动。在悬臂摆动的过程中，大转盘同时绕着悬臂的中轴线转动，转动的角速度为1.07rad/s。悬臂与大转盘之间，施加旋转幅

4、（Revolute），模拟大转盘绕悬臂的转动。悬臂在整个摆动周期内，受到地球重力的作用，做周期性的摆动，施加标准..的重力加速度，方向为Ｙ的负向。载荷与约束如图5所示。（a）整体的载荷与约束（b）转盘施加1.07rad/s的角速度图3大转盘载荷与约束示意图3.4刚体动力学分析结果使用通用结构分析软件ANSYSWorkbenchEnvironment(AWE)14.0中的刚体动力学分析模块RigidDynamics，对大摆锤进行动力学分析。为了模拟满载和偏载对立柱的影响，分两种工况对大摆锤进行分析。设定分析时间为20s。工况1：满载时，大摆锤的动力学响应；工况2：偏载时，大摆锤的动力学响应

5、。为了模拟启动制动对立柱的影响，模拟启动制动分析，启动制动时间为0.5s，角速度变化为0.13r/s。设定完成后，对启动制动进行动力学分析。3.4.1工况1：满载时，大摆锤的动力学响应在满载工况下，大摆锤的悬臂和转盘，在重力作用下，绕转筒做左右摆动，整个摆动过程如图4所示。箭头表示立柱上部受到悬臂摆动过程中的反作用力。..（a）大摆锤运动状态1（b）大摆锤运动状态2（c）大摆锤运动状态3（d）大摆锤运动状态4（e）大摆锤运动状态5（f）大摆锤运动状态6图4工况1大摆锤动力学分析中摆动状态图悬臂在摆动过程中，立柱受到悬臂的反作用力，三个方向的反作用力及总的反作用力如图5（a）所示，悬臂受到

6、总的反作用力最大为658.55K..N，总的反作用力最大值与Y向反作用力的最大值重合，表明大摆锤运动到底部时，受到的反作用力主要由Y向反作用力提供，大摆锤运动到底部时，受到的载荷最大。Z向的反作用力最大为0.000386KN，由于为满载，Z向始终保持平衡，反作用力几乎为零。具体数据见附表1。（a）立柱反作用力的载荷时间曲线（b）立柱受到Z向反作用力的载荷时间曲线图5工况1立柱受到悬臂的反作用力曲线图3.4.2工况2：偏载时，大摆锤的动力学响应在偏载工况下，大摆锤的悬臂和转盘，在重力作用下，绕转筒做左右摆动，整个摆动过程如图6所示。箭头表示立柱上部受到悬臂摆动过程中，反作用力的大小。..（

7、a）大摆锤运动状态1（b）大摆锤运动状态2（c）大摆锤运动状态3（d）大摆锤运动状态4（e）大摆锤运动状态5（f）大摆锤运动状态6图6工况2大摆锤动力学分析中摆动状态图悬臂在摆动过程中，立柱受到悬臂的反作用力，三个方向的反作用力及总的反作用力如图7（a）所示，悬臂受到总的反作用力最大为574.43K..N，总的反作用力最大值与Y向反作用力的最大值重合，表明大摆锤运动到底部时，受到的反作用力主要由Y向反作用力提供，大摆锤运动到底部时，