大型游乐设施结构件焊缝设计计算分析

刘文正

（中山市金狮游艺机械设备有限公司，广东中山528459）

1 引言

在现代人们生活中，游乐设施的应用已经是必不可少的一项生活应用。作为游乐设施的安全管理者，在部署和安全使用游乐设施的过程中，应该注重对安装中的焊接因素进行全面控制，这样才能通过焊接因素的控制，及时处理好相应的焊接管理因素，保障最终的焊接质量。本文通过对游乐设施焊接中的焊缝设计计算分析，及时确定了大型游乐设施在应用中的焊缝设计以及一些焊接中需要注意处理好的要素，这样才能保障焊接的质量能够满足游乐设施的运行安全。由此可见，在当前的游乐设施焊接管理设计中，只有处理好其焊接设计中的计算分析，才能全面提升焊接的效果。

2 研究背景简介

大型游乐设施的焊接过程中，需要处理的焊接元素较多，需要充分分析焊接元件的结构，保障在焊接元件的结构分析中，能够及时处理好相应的焊接管理工作。就我国当前的大型游乐设施建设现状来看，在焊接技术的实施中，还需要进一步进行焊接要素的管理，保障在焊接要素的计算管理分析中，能够处理好焊接元件的结构与焊缝之间的设计，通过精确的计算分析，能够处理好焊接中的要素，本文针对大型游乐设施的焊接计算分析主要从焊透率以及焊透仿真两个方面进行，通过分析直角角焊缝强度来确定焊接中的计算，经过公示的代入转换之后，能够实现焊接质量的要素控制，由此在这种背景下，开展了针对大型游乐设施的结构件焊缝设计计算[1]。

3 直角角焊缝强度理论计算

大型游乐设施的焊接结构比较复杂，在现实焊接过程中需要处理的焊接接头样式比较多，直角角焊缝处理是经常遇到的一种焊接形式。比如，飞行塔的旋转支架以及过山车的轮架等都需要借助直角角焊缝处理，只有处理好焊接中的支架焊缝，才能承受住垂直板的受力支撑。

在直角角焊缝处理中，其受力结构与外围的拉应力有明显的关系，通过数据的转换分析，将立板高L定义为100mm，整个板厚10mm，焊缝长度100mm，焊脚尺寸分别为5mm、9mm、13mm、15mm。从整个焊缝中区域内选择全焊透10mm，非全焊透10mm，假设垂直力为100000N，水平力为100000N[2]。经过整合之后的焊缝应力值表述如表1所示。

表1 不同焊缝条件下的结构应力值（MPa）

由表1中的数据可以看出，在不同的垂直力影响下，全焊透材料的应用结构应力值明显小于非全焊透结构的应力值。随着焊脚尺寸的增加，焊缝应力值也逐渐呈现递减趋势，相比于全焊透焊缝应力值，非全焊透结构对于焊脚尺寸的变化影响更为显著。

4 直角角焊缝强度有限元计算

4.1 全焊透焊缝仿真

全焊透仿真是针对ANSYS软件模型建模提出的一种特殊性计算方法，在该方法的计算中，将Ny和Nx进行了施力控制，选取立板顶部作为受力支撑条件，当T=0时，焊缝为全焊透结构，而焊缝的分布区域如图1、图2所示。

图1 Ny作用下的焊缝截面应力分布

图2 NX作用下的焊缝 截面应力分布

由图2中的受力关系可以看出，当截面面积固定在一定的范围内，其对应的仿真计算结果为1000Mpa，与公式的计算结果相一致，而当应力值小于A区域内的应力值时其对应的焊缝强度也会表现出明显的不同，在整体的应力值作用下，其对应的应力值集中在B区域内。

4.2 非全焊透焊缝仿真

图3 是焊接应力N作用力下的焊缝截面应力分布

非全焊透焊缝仿真，其选定的模型尺寸和全焊透模型仿真中的尺寸相同，但是选取的T值为10mm，通过对其受力关系的应用分析，得出在相同条件下的焊接处理中，要想保障焊接应力关系，就应该在某一截面内进行特定的应力控制，保障在应力控制下能够实现计算结果的最优化仿真处理。图3是焊接应力N作用下的仿真计算结果，作用下的仿真计算结果，从图中可以看出，当选定的尺寸为10mm时，其对应的仿真结果为100MPa，与最终的计算公式结果相同。

由图3中的作用力受力分布情况可以看出，当垂直应力的分布处于一种稳定的状态时，其整体的焊接质量会受到影响，并且在实际焊接过程中由于受力点的分布不均衡，会出现受力的转换现象，在这种情况下，要想保障焊接的质量，就必须要针对焊接过程中的作用力进行分析，确保在分析之后，能够实现焊接条件的快速转变[3]。

4.3 不同焊透率下焊缝集中应力仿真

在大型游乐设施的焊接中，由于焊接中存在不同的焊透率，因此，在这种情况下，需要按照实际的焊接条件，对焊接中的材料焊透率进行分析，确保在分析之后，能够及时处理好相应的焊接管理因素，不同焊透率下的焊缝应力变化关系，在不同焊透率下的焊缝处理中，其焊缝处理会随着应力值的变化呈现出递增趋势，也就是说随着应力值的增加，其对应的焊接时间也会相对有所转变。

5 结语

综上所述，在现代化游乐设施的结构件焊接中，要想保障其焊接的质量能够保障游乐设施的应用安全，就应该加强对游乐设施的焊接质量，以及焊接设计进行专门的计算分析，通过计算分析之后，及时确定焊接中的技术应用，保障焊接的质量[4]。通过本文的分析总结，将大型游乐设施构建焊缝设计中的计算分析总结为以下几点：首先，针对其焊缝强度的理论焊接进行计算；其次，对焊接中的有限元进行换算分析，通过焊透率的仿真分析，及时确定焊接中的技术应用，保障在焊接过程中能够有效处理好焊接要素，确保游乐设施的焊接安全。