DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 08. 019
张永，刘辉，张弛. 基于ADAMS柔性体应力历程谱的游乐设施结构疲劳寿命计算［J］ . 机电工程技术，2020，49（08）：63-65.
基于ADAMS柔性体应力历程谱的游乐设施结构疲劳寿命计算
张永，刘辉，张弛
（华强方特（深圳） 智能技术有限公司， 广东深圳518000）
摘要：对于长期循环重复固定交变载荷的游乐设备，研究了一种适合于工程广泛应用的疲劳寿命计算方法。使用ADAMS数值软件进行游乐设施的虚拟样机仿真，针对重要零部件建立柔性体有限元仿真计算模型、获取恶劣受力部位的应力历程谱，通过雨流计数法得到应力谱的幅值、均值和循环次数统计结果，并依据修正零件的S-N 曲线函数和线性累计损伤公式进行零件最终疲劳寿命计算。相较于传统复杂的理论和软件计算方法，该方法输入载荷谱易获取、操作流程简便易集成，且完全依据真实的游乐设备运行荷载工况进行计算，疲劳寿命预测结果精确可靠。
关键词： ADAMS；应力历程谱；雨流计数法；S-N 曲线；线性累计损伤
中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1009－9492 ( 2020 ) 08－0063－03
Fatigue Life Calculation of Amusement Device Based on ADAMS Flexible Body
Stress History Spectrum
Zhang Yong，Liu Hui，Zhang Chi
（Fantawild Hytechnology INC, Shenzhen, Guangdong 518000, China）
Abstract: For the amusement equipment with long-term cycle and repeated fixed alternating load, a fatigue life calculation method suitable for wide engineering applications was studied. ADAMS software was used to simulate the virtual prototype of amusement rides. The finite element simulation model of flexible body was established for important parts, and the stress history spectrum of the bad stressed parts was obtained. The statistical results of the amplitude, mean value and cycle times of the stress spectrum were obtained by rain flow counting method. The parts were finished according to the modified S-N curve function and linear cumulative damage formula fatigue life calculation. Compared with the traditional complex theory and software calculation method, the input load spectrum of the method is easy to obtain, the operation process is simple and easy to integrate, and the calculation is based on the real operating load conditions of amusement equipment, and the fatigue life prediction results are accurate and reliable.
Key words: ADAMS; stress history spectrum; rain-flow counting method; S-N curve; linear cumulative damage
引言
游乐设施是承载游客人身安全的高度危险工作设备，针对游乐设施的结构安全，通常会借助CAE计算机仿真软件进行精细化的模拟分析和应力应变测试等实物测试验证，再根据材料的力学性能对结构的强度进行评估。强度失效只是游乐设施结构失效的一种，其他如疲劳、失稳等也是影响结构安全的主要因素。实际运行中，许多设备在正常工作状态下需要承受循环交变载荷，对于这种情形，即使设备具有足够的静态强度，并且不会产生共振，也会在长期的循环受力过程中出现疲劳损伤，导致设备的损坏。
为防止结构发生疲劳损坏，大型游乐设施国标规范[1]规定，游乐设备重要零部件均需要进行疲劳分析计算。如何对受力复杂多变的游乐设备进行疲劳寿命分析，或者找到精准普适的分析方法，成为该行业的一个研究热点。本文基于游乐设备静强度安全系数高、运行周期内重复固定载荷曲线等特点，研究了一种适合于工程应用、便捷可靠的疲劳寿命分析计算方法。借助虚拟样机仿真技术，在设备设计阶段即可进行零部件的疲劳寿命预测，为游乐设备的安全设计提供评估手段。
结束语
本文研究了结构疲劳理论，确定了基于线性累计损伤理论的游乐设施疲劳寿命计算方法，并逐一攻克了该计算方法的各流程技术难点，如雨流计数法和材料、零件的S-N 曲线等，开发形成可使用的程序语言脚本。通过结合具体项目将游乐设施疲劳寿命计算方法进行了详细示范，为游乐设施领域的疲劳寿命计算提供切实可行的思路方法和技术支撑。
本文所用方法简单方便，便于在工程上广泛应用，但文中所采用的线性累计损伤理论假定累计损伤度和载荷顺序无关，与试验不符。当载荷较小而材料韧性较高时，疲劳寿命计算结果不会产生较大的误差；反之，建议可以采用更复杂更精确的非线性累计损伤理论对文中的方法流程进行优化，以取得更加精确的疲劳寿命计算结果。