摩天轮结构分析以及风荷载下的受力分析
摩天轮的科技论文
摩天轮的科技论文
摩天轮是当今的游乐场所中必不可少的游乐设施之一，但因其受力特点复杂并且结构形式特殊，因此设计时须对摩天轮结构进行全面的静、动力学分析，并观察该结构是否满足受力和变形等设计要求。
摩天轮的预紧力确定、荷载工况分析及模态分析。
首先要建立摩天轮结构有限元模型，该模型需要在软件中进行建模，结合L 参数化设计语言建立摩天轮的主要部位的有限元模型，合理的施加约束和载荷。
在初始分析阶段，根据相关设计条件确定结构荷载工况，通过软件确定摩天轮的轮辐索结构所需要施加的最小预紧力为，摩天轮轮辐索结构预紧力确定后对摩天轮结构再次进行静力分析和动力分析；然后依据摩天轮所在场地的特性，通过相关规定选择合理的等效静力风载和地震波，对结构进行风载荷分析和地震反应的时程分析。
对摩天轮工作中常见的七种工况进行有限元分析，获得各工况下摩天轮的应力分布情况。
并且观察得到最大应力值为满足设计的安全要求。
浅谈摩天轮的结构设计
浅谈摩天轮的结构设计摘要：高空观览车(即摩天轮)在中国的发展已有三十多年，结构从传统的桁架式衍生出了支臂辐条式、幅条式和无轴式等多种型式。
本文主要简述了摩天轮的四种整体结构设计。
关键词：观览车摩天轮结构设计一、桁架式摩天轮桁架式摩天轮是较早的摩天轮设计理念，结构简单坚固，且容易铺设各种灯具，晚间灯光效果非常美观，比较适合90米以下的中小型摩天轮的设计。
1、支柱支柱根据驱动系统形式而有所不同，机械传动每侧支柱一般采用前二后二结构；液压驱动每侧支柱一般采用前三后一结构。
(1)支柱由管材、加强筋和法兰焊接而成，通过高强度螺栓连接，柱脚多为焊接在基础预埋钢板上。
(2)支柱之间通过多层支管相互连接形成一个整体，具有较好的稳固性和抗风性。
(3)支柱顶座设置安全护栏。
(4)支柱上设置驱动平台和检修爬梯。
2、中心轴中心轴一般分为两种结构，一种是中轴不动，外轴套旋转；一种是整个中心轴旋转。
第一种结构比较复杂但是坚实稳固，而第二种结构相对比较简单但是稳固性没第一种好。
(1)中心轴轴头由35#锻件加工而成，与钢管、幅板和筋板焊接保证整体强度。
(2)选择调心滚子轴承，保证轴向力的传递。
(3)主轴两侧送电用集电环根据中心轴结构不同分为筒形集电环和环形集电环两种。
3、转轮转轮由多组支管横向纵向均通过螺栓连接正面形成蜘蛛网形结构，整体坚实稳固但安装比较烦琐。
(1)各组钢管需经强度计算，并采用高强度螺栓连接。
(2)关键受力部位还需涨线辅助连接。
(3)摩擦圈与转轮通过螺栓连接，对接处现场焊接。
4、驱动系统驱动系统分为机械传动和液压驱动两种。
机械传动结构复杂，启动和停止时震动较大，但安装维护方便；液压驱动结构简单运行平稳，占地较小，但安装维护麻烦。
(1)机械传动系统由螺栓调节使轮胎夹紧摩擦圈，而液压驱动系统通过液压缸使轮胎顶紧摩擦圈。
(2)机械传动系统轮胎为空心轮胎，液压驱动系统轮胎为实心轮胎。
二、支臂辐条式和幅条式摩天轮支臂辐条式摩天轮是近十几年来发展起来的，具有结构简单、经济美观等优点。
天津慈海桥摩天轮结构的稳定性分析
北京科技大学硕士学位论文１绪论１．１摩天轮概述摩天轮，又称巨型观览车，一般是对１００米以上超大型观览车的称呼。
它的诞生经历了较长的历史时期，从早期的游乐轮、圆形旋转轮逐步发展而来的。
早期的游乐轮或者圆形旋转轮多数由木材制成，直径较小，一般为十几米．载客量少，一般为几个到十几个，其旋转是靠人力驱动的嘲。
１．１．１摩天轮的发展概况（１）国外摩天轮的发展第一个摩天轮于１８９３年在芝加哥的世界哥伦比亚博览会被公之于众，它的建造是为了纪念哥伦布首航美洲大陆４００周年，同时也是为了与巴黎在１８８９年落成的法国地标性建筑埃菲尔铁塔一较商下。
摩天轮的学名“费罩斯大转轮”（Ｆｍｉｓｗ｝ｌ咖，来自它的建造者——美国桥梁建筑帅ＧｅｏｒｇｅＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＦｅａ＇ｒｉｓ。
通过观察旋转木马的结构，乔治构思出了这个大转轮。
最终成型的摩天轮高达２６４英尺，花了３８万美元建造。
然而落成后，它凭着乘坐费用赚回了两倍的成本，成了博览会利润晟高的项目。
转轮的直径为２５０英尺，它的车轴长４５英尺，如图１．１所示。
１９０６年，费垦斯大转轮被拆毁。
图１．１费里斯大转轮．２．北京科技大学硕士学位论文第一个摩天轮倾倒之后，有人开始努力造出更大、更好的娱乐摩天轮。
ＷａｌｔｅｒＢ．Ｂｕｓ－ｓｅｔ在１８９５年伦敦东方博览会上，推出的摩天大转轮比费里斯大转轮高了２０英尺，每个轿厢可容纳３０人，这个摩天大转轮的轮轴是垫ｃ、的，如果付额外的钱，乘客可从中走过。
今天这个大转轮仍然矗立在伦敦的欧尔广场。
“伦敦眼”位于泰晤士河南岸，１９９９年年底落成，共由３５个巨大“眼球”组成，如图１．２所示．一次性可承载８００人。
每天运行超过ｌｌ小时。
２０００年以来已有８５０万人次乘坐。
成为伦敦最受外国游客欢迎的收费旅游景点，并成为伦敦永久性标志。
图１．２伦敦眼日本显然是迄今为止最热衷于摩天轮建造的国家，日本有２０多座直径在１００米到１２０米之间的摩天轮。
“钻石与花”是Ｒ本最高的摩天轮，２００１年落成于东京葛西临海公园，总乘客量为４０８人，视野可远达富士山。
摩天轮转动的原理
摩天轮转动的原理摩天轮是一种娱乐设施，它的转动原理是通过电动机驱动轮轴旋转，使座舱上下运动，带动游客体验到高空的刺激和乐趣。
摩天轮的设计与制造涉及到物理、工程学和机械学的原理，下面将详细介绍摩天轮的转动原理。
摩天轮的基本结构是由轮轴、轮辐、座舱和支撑结构组成。
轮轴是摩天轮的核心部件，它通过电动机驱动旋转。
轮辐连接在轮轴上，形成一个大圆环，座舱则悬挂在轮辐上，可以在轮辐上下运动。
摩天轮的转动原理涉及到两个重要的物理概念，即重力和离心力。
座舱悬挂在轮辐上，当轮轴开始旋转时，座舱受到离心力的作用，向外部运动。
离心力的大小与摩天轮的转速和半径有关，转速越快、半径越大，离心力就越大。
座舱也受到重力的作用，向下运动。
重力是地球对物体的吸引力，使得物体向下运动。
座舱受到重力的作用，使得座舱始终保持在轮辐的下方。
当离心力和重力平衡时，座舱就处于平衡状态，保持在一个相对稳定的位置。
摩天轮的转动过程中，电动机不断地向轮轴提供动力，使得轮轴旋转。
轮轴的旋转带动轮辐一起旋转，座舱也随之上下运动。
由于离心力的作用，座舱在轮辐上下运动的过程中，游客可以俯瞰到周围的景色，感受到高空的刺激和乐趣。
摩天轮的转动速度可以根据需要进行控制。
通常情况下，摩天轮的转动速度较慢，以便游客可以充分欣赏周围的景色。
而在一些特殊的情况下，如庆典活动或娱乐园区的高峰时段，摩天轮的转动速度可能会加快，以增加游客的体验感和娱乐性。
除了离心力和重力，摩天轮的转动还受到其他因素的影响，如风力和地面的摩擦力。
风力可以对摩天轮的转动产生影响，特别是在暴风雨等恶劣天气条件下，需要采取相应的安全措施来保障游客的安全。
地面的摩擦力也会对摩天轮的转动产生一定的阻力，需要通过润滑剂等措施来减小阻力，确保摩天轮的正常运行。
摩天轮是一种通过电动机驱动轮轴旋转，使座舱上下运动的娱乐设施。
摩天轮的转动原理涉及到离心力、重力以及其他因素的综合作用。
通过合理控制转动速度和采取相应的安全措施，可以确保游客在摩天轮上获得安全、刺激和乐趣的体验。
摩天轮的原理和应用是什么
摩天轮的原理和应用是什么1. 摩天轮的原理摩天轮是一种由大型结构构成的游乐设施，它由一个巨大的轮盘和吊舱组成。
摩天轮的运行原理基于一些基本的物理原理，主要包括以下几个方面：•离心力：摩天轮的工作原理基于离心力。
当摩天轮开始旋转时，轮盘上的各个点都会受到离心力的作用，使得吊舱向外远离中心点。
离心力的大小取决于旋转速度和吊舱距离轴心的距离。
•重力：摩天轮的运动也受到重力的影响。
重力使得吊舱始终向下，使得乘客感受到重力加速度。
重力与离心力共同作用，给乘客带来了旋转和垂直方向上的动感体验。
•平衡力：摩天轮的平衡力是指使得吊舱保持平衡的力。
为了保证乘客安全，摩天轮必须保持平衡，不会倾斜或发生不稳定的情况。
平衡力通过结构设计和重力分布来实现。
2. 摩天轮的应用摩天轮作为一种经典的游乐设施，具有许多不同的应用场景。
以下是摩天轮的几个主要应用：•游乐场和主题公园：摩天轮常常是游乐场和主题公园中的一大亮点。
它们作为标志性的设施吸引着游客，提供了一种观赏景色和享受刺激的方式。
在夜晚，灯光的装饰使得摩天轮成为一个美丽的景观。
•城市地标和旅游景点：一些城市为了吸引游客和提高城市形象，建造了巨大的摩天轮作为地标和旅游景点。
乘客可以在摩天轮上俯瞰整个城市的美景，并欣赏到不同的角度。
•婚礼和庆典：摩天轮被用作一些特殊场合的装饰和活动项目。
特别是在婚礼和庆典中，乘客可以选择在摩天轮上举办浪漫的仪式，享受独特的体验。
•科学研究和工程实践：摩天轮的原理和设计也被广泛应用于科学研究和工程实践中。
研究人员可以通过模拟和分析摩天轮的运动来研究力学和物理学原理。
工程师可以利用摩天轮的概念设计其他结构，如观光电梯和旋转餐厅等。
3. 摩天轮的发展和未来趋势摩天轮作为一种经典的游乐设施，已经有了近两个世纪的历史。
然而，随着科技的进步和人们对刺激和体验的需求不断增长，摩天轮也在不断发展和创新。
•高度和尺寸的增加：近年来，摩天轮的高度和尺寸不断刷新纪录。
摩天轮的工作原理应用
摩天轮的工作原理应用1. 摩天轮的工作原理摩天轮是一种由柱子支撑的巨大旋转装置，通常由若干个封闭的舱室组成，旋转升降而给人以刺激与乐趣。
下面将详细介绍摩天轮的工作原理。
1.1 重力摩天轮的运动是依靠重力的作用。
摩天轮上的舱室受到重力的拉力与轻松相对平衡，使得整个系统能够运转。
1.2 力和平衡摩天轮的悬挂系统使得每个舱室相对于地面保持水平。
这种平衡使得旋转摩擦最小，确保顺畅的运行。
1.3 驱动系统摩天轮的驱动系统通常采用电力。
驱动摩天轮运行的电动机连接到摩天轮的主轴上，通过转动主轴来带动整个摩天轮的旋转。
1.4 导轨系统摩天轮的舱室通常沿着一条环形导轨运行。
导轨系统会提供额外的支撑和稳定性，以确保摩天轮的安全运行。
2. 摩天轮的应用摩天轮不仅是一种游乐设施，还广泛应用于其他领域。
下面将介绍摩天轮在不同领域中的应用。
2.1 旅游景点摩天轮通常作为旅游景点的一部分而建造。
由于其巨大的体量和旋转的特点，摩天轮可以提供全景的视野，使游客能够俯瞰周围的风景。
2.2 城市标志摩天轮往往可以成为一个城市的标志性建筑。
它的独特外观和引人注目的旋转运动，使其成为一个城市的象征和地标。
2.3 广告宣传摩天轮可以被用作广告宣传的媒介。
例如，在摩天轮的外部可以张贴广告牌，这样每次摩天轮旋转时，都会吸引游客的注意力，提高广告的曝光度。
2.4 科学研究摩天轮在科学研究中也有一定的应用。
例如，通过摩天轮的运动可以模拟重力环境，用于研究重力对人体以及其他物体的影响。
2.5 娱乐活动当然，最主要的用途是作为一种娱乐活动。
摩天轮上的乘客可以体验到旋转和升降的刺激感，享受欢乐和快乐。
3. 摩天轮的发展趋势随着科技的发展和人们对娱乐需求的增加，摩天轮也在不断发展和创新。
下面将介绍一些摩天轮的发展趋势。
3.1 更大更高摩天轮的大小和高度一直在不断增加。
人们希望能够提供更加壮观的视野和更刺激的体验。
3.2 超越旋转一些摩天轮开始探索超越传统旋转的运动方式，如倾斜、旋转加速等，以提供更加丰富的感官刺激。
摩天轮匀速圆周运动受力分析
摩天轮匀速圆周运动受力分析
⒈如何分析匀速圆周运动中受力
以做匀速圆周运动的物体为研究对象①重力②弹力（轻绳和轻杆不同，杆会在最高点给物体支持力）③摩擦力④场力
⒉非匀速圆周运动的受力
匀速圆周运动中，物体所受合外力等于向心力；非匀速圆周运动中，物体所受合外力的一个分力等于向心力，别的分力就是改变速度的力。
分析过程同上
⒊向心力为什么一定指向圆心
力与速度的方向在同一条直线上时，力只改变速度的大小，不改变速度的方向；力与速度方向成角度但不等于90°时，力既改变速度的大小又改变速度的方向；力与速度的方向成90°时，力不改变速度的大小，只改变速度的方向。
向心力的作用是改变速度的方向，所以向心力与速度方向垂直，而速度方向沿切线方向，所以向心力指向圆心
⒋向心加速度为什么不改变速度大小
向心力始终垂直于速度，在速度方向上没有分量。
向心力产生的向心加速度只是指向圆心
是角速度和半径决定了向心力，向心力是效果力，不是真正的力，受力分析时都不算上它的
⒌向心力是什么
向心力是当物体沿着圆周运动时，指向圆心的合外力作用力。
（做圆周运动的物体，向心力是一种拉力，方向随着物体在圆周轨道上的运动而不停改变，此拉力沿圆周半径指向圆心，产生指向圆心的加速度，所以根据力的效果命名为向心力）
⒍向心加速度是什么
质点作曲线运动时，指向瞬时曲率中心的加速度。
向心加速度反映圆周运动速度方向变化快慢，向心加速度只改变速度方向，不改变速度大小。
以上速度，都是指圆周运动的线速度。
摩天轮结构分析以及风荷载下的受力分析
摩天轮结构分析以及风荷载下的受力分析【摘要】：以摩天轮为例，建立力学受力模型，分析摩天轮各部分受力以及强度条件对材料的选择，以及在几种风速作用下对摩天轮的受力分析，判断停运风速。
【关键词】：摩天轮结构分析风荷载稳定性1.摩天轮的简单介绍：摩天轮是一种大型转轮状的机械建筑设施。
摩天轮游艺机是目前国内外最高大，最壮观的超大型游乐设施。
通常也是游乐场所的标志性设备，作为绕水平轴旋转的观赏车类游艺机，其设备机体庞大，结构宏伟造型美观舒适，并具有集观赏及美化观景和游人乘坐于一体的功能，目前世界上著名的摩天轮有“伦敦眼”、“南昌之星”。
图1 伦敦眼图2 南昌之星2.摩天轮的主要结构（以本文所采用的北京朝阳公园摩天轮为例）：摩天轮结构主要由轮缘，轮辐锁，轮轴，轮毂，A型塔架已经拱形桁架组成。
整个结构示意如图3所示：轮缘分内外两层，内轮缘杆件为130*20钢管。
外轮缘杆件为圆管与方钢管组合截面660*30+HW400*400，内外轮缘之间为空间三角桁架，48个座舱通过支撑连接在外轮缘。
内轮与轮毂之间通过钢索盘由四十根140钢索交错连接。
轮轴为2250*300的铸钢件。
整个摩天轮由A型支架支撑另有2*4根120稳定索作为摩天轮的稳定支撑。
桁架拱为摩天轮提供侧向支撑，支撑驱动和导向系统以及作为防暴风固定装置。
构件截面型号以及材料如表1.引用自《北京摩天轮设计验算与分析轮盘主要形式有刚性，柔性和刚柔相结合等形式。
刚性结构形式是指轮盘全部采用桁架结构体系；柔性结构是指轮盘采用钢缆索体系；刚柔相结合体系是指轮盘结构以缆索为主并设置一定数量的桁架。
随着高强度缆索的发展与应用，为了使结构外观轻盈，现多采用刚缆索体系以及缆索和桁架相结合的体系，例如“伦敦眼”和“新加坡飞轮”等摩天轮。
柔性巨型摩天轮中刚性轮缘和柔性轮辐索的主要优势在于张紧的轮辐索为轮缘提供连续支撑构成一个自平衡的体系，而索内的拉力被转化为圆形轮缘内的环形拉力，充分发挥了拉锁材料高强抗拉的优点和圆形轮缘结构环向受压的特点。
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摩天轮结构分析以及风荷载下的受力分析
【摘要】：以摩天轮为例，建立力学受力模型，分析摩天轮各部分受力以及强度条件对材料的选择，以及在几种风速作用下对摩天轮的受力分析，判断停运风速。
【关键词】：摩天轮结构分析风荷载稳定性
1.摩天轮的简单介绍：
摩天轮是一种大型转轮状的机械建筑设施。
摩天轮游艺机是目前国内外最高大，最壮观的超大型游乐设施。
通常也是游乐场所的标志性设备，作为绕水平轴旋转的观赏车类游艺机，其设备机体庞大，结构宏伟造型美观舒适，并具有集观赏及美化观景和游人乘坐于一体的功能，目前世界上著名的摩天轮有“伦敦眼”、“南昌之星”。
图1 伦敦眼
图2 南昌之星
2.摩天轮的主要结构（以本文所采用的北京朝阳公园摩天轮为例）：
摩天轮结构主要由轮缘，轮辐锁，轮轴，轮毂，A型塔架已经拱形桁架组成。
整个结构示意如图3所示：轮缘分内外两层，内轮缘杆件为130*20钢管。
外轮缘杆件为圆管与方钢管组合截面660*30+HW400*400，内外轮缘之间为空间三角桁架，48个座舱通过支撑连接在外轮缘。
内轮与轮毂之间通过钢索盘由四十根140钢索交错连接。
轮轴为2250*300的铸钢件。
整个摩天轮由A型支架支撑另有2*4根120稳定索作为摩天轮的稳定支撑。
桁架拱为摩天轮提供侧向支撑，支撑驱动和导向系统以及作为防暴风固定装置。
构件截面型号以及材料如表1.
引用自《北京摩天轮设计验算与分析
轮盘主要形式有刚性，柔性和刚柔相结合等形式。
刚性结构形式是指轮盘全部采用桁架结构体系；柔性结构是指轮盘采用钢缆索体系；刚柔相结合体系是指轮盘结构以缆索为主并设置一定数量的桁架。
随着高强度缆索的发展与应用，为了使结构外观轻盈，现多采用刚缆索体系以及缆索和桁架相结合的体系，例如“伦敦眼”和“新加坡飞轮”等摩天轮。
柔性巨型摩天轮中刚性轮缘和柔性轮辐索的主要优势在于张紧的轮辐索为轮缘提供连续支撑构成一个自平衡的体系，而索内的拉力被转化为圆形轮缘内的环形拉力，充分发挥了拉锁材料高强抗拉的优点和圆形轮缘结构环向受压的特点。
在柔性巨型摩天轮的结构中，竖向荷载包括恒载，活载，由轮缘通过轮盘下垂方向一定范围内的轮辐索传递至轴套，这些荷载再经由轴套的下轴承船只轴芯，并由支撑轴芯的钢架柱传递至基础。
轮缘为空间三角桁架结构，主要包括一根内轮缘弦杆，两根外轮缘弦杆，轮缘间斜腹杆，外轮缘横撑杆和外轮缘斜撑杆，矫厢支架与轮缘相连接，柔性巨型摩天轮的结构图如图3
图3
预应力拉索的引入使得柔性巨型摩天轮结构具有明显的非线性特征，初始态预应力决定了结构受力性，又辐射状拉索和立体桁架组成的轮盘机构提供了强大的抗侧和抗扭钢度，柔性巨型摩天轮结构稳定，性能良好，塑性发展机制理想，最终破坏表现为强度破坏，弹塑性极限承载能力比较大，能满足摩天轮正常运行和暴风状态的要求。
3 摩天轮的结构分析
对于桁架部分采用架单元，由于辐条只承受轴向拉伸，因此采用杆单元进行模拟，轮毂采用壳单元将所有单元看做弹塑性材料，，弹性模量为206*100000000KPa。
泊松比为 0.3.材料的屈服极限为2235000kpa.影响整体稳定稳定性的因素主要有预应力，恒载荷次之，风载荷和其他形式的活载荷。
当结构开始加载时轮辐索和稳定索轴力较小刚性较低，但刚性结构的刚度大，结构整体刚度也大。
4：缆索预应力分析
摩天轮的自重导致上半部分轮辐索拉力减少，下半部分轮辐索拉力增加；风荷载导致迎风面的轮辐索拉力增加，背风面的轮辐索拉力减少，在仅考虑初始预应力的作用下轮辐索中的拉力均匀的增加到初始态张拉值。
因此正常状态下，轮辐索的内力分布大体上是从0度到 180度逐渐增大。
轮辐索和轮缘构件的受力形态如图 4所示。
图中t表示拉力c表示压力。
图 4
5 各种荷载的影响
5.1恒荷载(DL)
摩天轮结构自重由程序自动计算，约7 700 t；
节点板与减震器重量简化为节点荷载，外轮96×
1．5 t=144 t，内轮48×1．25 t=60 t；客舱自重48×
1．8 t=86．4 t。
5.2活荷载(LL)
客舱乘客自重0．75 kN／人，40人／客舱。
5.3预应力(PS)
轮辐拉索3 800 kN，平衡拉索3 000 kN。
5.4风荷载(WL)
北京地区100年一遇基本风压W。
=0.5kN／m2，
作用于摩天轮的风荷载标准值为Wk=BuuWo
将风压按结构高度分为4个区间(区问划分如图5)，每个区间按最高处计算得到的基本风压值施加于结构。
摩天轮正常工作极限风速为V=15 m／s，对应的风压为W。
，=0．14 kN／m2，考虑到结构的重要性和特殊性，风荷载标准值取为W。
=0．18 kN／m2，用于正常运转状态结构的位移验算，分别按0。
，90。
和450风向角计算。
图5
在有X向风荷载时，结构最大位移出现在摩天轮的顶端，将使摩天轮本身受X向水平荷载作用发生相对于轴部的位移和轮轴本身的水平荷载作用下的位移。
同时按照国家规定，游艺系统运行的最大风速为15m/s，相当于基本风压0.141KN/m。
运行时的风压与基本风压的比值为0.282。
90度方向的风荷载即垂直于大轮面的风。
计算结果表明，0摄氏度大风产生的应力是0摄氏度满载产生应力的2.3倍，所以大风状态要谨慎运行，做好停止运行。
【结语】：本文对摩天轮结构进行了简要介绍，并分析了其稳定性机制与受力特点：摩天轮为高空桁架结构，受风力影响大，为安全起见，当风速大于15M/S 时，最好停运。
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