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过山车动力学建模与仿真

作　者: 张继云
导　师: 杜群贵
学　校: 华南理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 过山车轨道建模动力学方程虚拟样机
分类号: TS952.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
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内容摘要

过山车是游乐场、主题公园等游乐场所必不可少的一种大型滑行类游乐设备，深受广大游客的喜爱，正因为如此，越来越多的企业都投入到游艺机的设计生产制造中，都在努力设计生产出娱乐性更高，安全性更好的过山车。然而，国内在滑行车类游乐设施起步比较晚，对于过山车的减震系统参数选择及轨道设计也只停留在比较低的水平，这严重影响到产品的开发周期及公司在市场中的竞争力,本文就是针对这一问题陆续展开的。为了分析车轮刚度阻尼和轨道形状等因素对过山车安全性的影响，本文通过分析过山车的运动规律，依据拉格朗日第二类方程建立过山车的三自由度动力学模型，在这一模型，包含了过山车的垂向、俯仰以及侧倾三个方向的自由度，然后利MATLAB编程求解建立的动力学方程。为了验证所建立的过山车动力学方程的正确性，以某公司设计生产的摩托过山车为例，将其轨道关键点坐标以及车轮刚度和阻尼等动力学参数代入方程进行求解，并将这一结果与摩托过山车的动力学仿真分析结果进行对比，分析结果表明，所建立的动力学方程是可行的，从而能够为过山车的开发设计提供理论依据。接着本文对4D过山车的开发设计进行了探索。4D过山车有四根轨道，驱动轨和行走轨间距的变化引起座舱3600的转动，本文利用向量的方法在已获得行走轨关键点坐标的基础上建立了驱动轨，这个轨道建立方法能很方便的根据行走轨的变化而改变驱动轨和行走轨之间的距离，提高轨道开发效率。用SolidWorks建立4D过山车的三维模型，并导入到ADAMS软件中，添加适当的约束和载荷，系统地建立了4D过山车的虚拟样机模型，进行动力学仿真，得到了速度、加速度、摩擦力以及关键零部件的受力曲线，可以为过山车的关键零部件的结构强度分析提供依据。4D过山车是一种比较复杂的滑行类游乐设备，其仿真分析方法具有较强的推广性，能够为其它大型滑行过山车的开发设计提供借鉴与指导作用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-21
  1.1 大型滑行类游乐设备的发展  10-12
  1.2 国内外过山车发展现状  12-14
    1.2.1 国外过山车的发展现状  12-13
    1.2.2 国内过山车发展现状  13-14
  1.3 过山车的国内研究现状  14-15
  1.4 过山车的分类  15-17
  1.5 传统的过山车的设计方法  17-19
  1.6 选题意义  19-21
第二章过山车动力学建模  21-31
  2.1 动力学的建立方法  21-22
  2.2 过山车三自由度动力学模型的建立  22-30
    2.2.1 运动学分析  24-27
    2.2.2 动力学分析  27-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章摩托过山车方程解与仿真结果对比分析  31-39
  3.1 虚拟样机技术  31-32
  3.2 摩托过山车虚拟样机的建立  32-35
  3.3 动力学方程解与仿真分析结果对比  35-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 4D 过山车的建模  39-49
  4.1 轨道的建模  39-42
    4.1.1 过山车路轨的结构  39-40
    4.1.2 行走轨的建立  40
    4.1.3 驱动轨的建立  40-42
  4.2 车体模型的建立  42-46
  4.3 4D 过山车 ADAMS 模型的建立  46-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章 4D 过山车动力学仿真  49-69
  5.1 施加约束  49-53
  5.2 载荷的施加  53-59
  5.3 仿真结果与分析  59-62
    5.3.1 模型的检验  59-60
    5.3.2 求解器的选择  60-61
    5.3.3 确定仿真步长  61-62
  5.4 仿真结果分析  62-68
  5.5 本章小结  68-69
结论与展望  69-70
参考文献  70-73
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果  73-74
致谢  74-75
附件  75

过山车动力学建模与仿真

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