摘要：现代人们生活水平逐渐提升，越来越多人喜欢到游乐园中，通过一些游乐设施来愉悦自己的生活。作为保障游乐设施使用安全，焊接 在整个游乐设施的设计、制造、安装中，具有重要作用。鉴于此，论文针对大型游乐设施结构件焊缝设计计算分析进行了专门的分析，希望 能够为大 型游乐设施结构件焊缝设计计算提供参考性建议。
关键词：大型游乐设施；结构件；焊缝设计；计算
引言
大型游乐设施具有多样化的结构样式，且呈现出较为复杂的受力，对安全的要求较高，焊接是连接各个组成结构的重要依托，焊接质量的好 坏会直接关系到游乐设备的安全性能。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。
1研究背景
大型游乐设施具有结构形式多样、受力复杂、安全要求高的特点，其中焊接是结构的主要连接方式，焊接质量好坏直接关系到设备安全可靠 性。目前针对承压类特种设备的相关焊接标准要求及计算方法相
当完善，但针对机电类特种设备的相关焊接标准要求和计算方法有待完善。机电类特种设备，尤其是大型游乐设施，其结构焊缝主要承受交 变动载荷，受力工况较承压类特种设备更加复杂和多样。目前现有的焊缝设计和计算无论是手工校核还是有限元建模仿真均不能合理的指导 焊缝的优化设计，如对重要焊缝进行手工计算时无法计算应力集中大小及位置，而有限元建模大多采用整体建模，不考虑具体焊缝的焊透情 况和焊脚高度，因此造成焊缝仿真应力和实际应力存在差别。
2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。经过整合之后的焊缝应力值表述如表1所示。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。
3直角角焊缝强度有限元计算
（一）全焊透焊缝仿真计算
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，焊缝则表示为全焊缝透结构。
从焊缝截面应力分布情况来看，在立板本体的截面应力区域，其仿真计算的结果显示为100MPa，且与公式计算出的结果保持一致的。立板本 体截面应力区域，其应力的大小随着立板两侧向中心呈现出逐渐降低的趋势，且立板外侧与焊缝截面交汇处已经形成了应力聚集区域。以全 焊透焊缝为依据，根据其垂直拉力和水平弯矩作用下应力集中计算结果显示，全焊透焊缝在拉力的条件下，聚集区域的应力值随着焊脚尺寸 的增大而逐渐变小，进而发生较小幅度的变化，这种现象说明，进行全焊透焊缝时，其焊脚尺寸对焊缝拉力的集中应力所产生的影响较小。 不论焊脚的尺寸为多少，焊缝与立板交汇处之间总是具备着应力集中的现象，且焊缝的应力值会随着应力集中的位置而逐渐向下降低。
（二）非全焊透焊缝仿真计算
其模型尺寸与上述所用模型保持一致，但是，其中的T=10mm,未经过焊缝焊透，未经焊透部分的长度应当与立板厚度保持在相等的程度，在 垂直向拉力（Ny）水平力（Nx）单独产生作用的条件下，立板本体截面的应力区域，则显示出的仿真计算结果为100MPa，与公式计算出的结 果也是一致的。在立板截面弯应力的变化区域，其应力值随着立板外侧向内呈现出逐渐降低的趋势。另外，两种焊缝受拉和受弯的焊缝方式 ，其应力值的聚集区域是相同的。在拉力的作用条件下，应力值的聚集区域会随着焊缝高度的增加而缩减至47%和51%，其降低的幅度是一致 的。但是，在弯应力的作用条件下，则随着焊缝高度的增加而减少至25%和47%。根据上述计算结果显示，在弯曲应力的作用下，焊缝外侧的 应力集中区域，其应力值的变化会根据焊脚高度而发生不是十分明显的改变，且焊缝内侧的应力值集中区域，其显示的应力值会随着焊脚高 度而发生较为敏感的变化情况，其焊脚的高度一旦增加，在一定程度上可以有效地降低未经焊透部位的应力集中化。拉力的作用条件下，其 未经焊透的焊缝部位内侧所产生的应力值要明显高于外侧的应力值集中区域，一旦焊缝失去其效果，那么最初就是在焊缝内部开始进行的， 因此我们无法从外侧对这一趋势进行预测的发现，而在弯曲应力的作用下，其外侧集中的应力值则要高于内侧所集中的应力值，所以在这个 时候，其焊缝失效的现象则会最初表现在外侧。
（三）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。
通过对不同焊脚尺寸和不同焊透率焊缝在拉力或弯矩作用下进行仿真计算分析，可以得出如下结论：
1）焊缝的应力集中总是存在，重要焊缝的计算应考虑集中应力的影响，不能对焊缝建模进行简化处理，并通过结构优化，转移应力集中点 或减小集中应力；
2）对直角焊缝，焊透率低的焊缝在垂直拉力作用下其失效位置容易从焊缝内部开始，无法检测发现，提高焊缝焊透率和增加焊脚高度有利 于减小焊缝内部应力集中，重要焊缝要采用全焊结构；
3）对于直角焊缝，弯应力作用下焊缝失效容易从焊缝外部开始；
4）未焊透焊缝焊脚高度不应小于材料本体厚度。
4结束语
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。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。
参考文献
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论文作者:李广强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/17
标签：应力论文; 游乐设施论文; 结构论文; 拉力论文; 直角论文; 区域论文; 截面论文; 《基层建设》2018年第20期论文;