过山车轨道的设计要经过繁杂的工序，好的过山车轨道设计不仅仅要满足乘客对刺激性 的需求，更要保证乘客的安全。对过山车轨道进行力学性能分析是必不可少也是最最重要的 工序之一。只有保证良好的力学性能，才能保证过山车运行时的安全性，甚至可以延长过山 车的使用寿命。

有限元分析是一种将我们所看到的现实世界的事物利用一定的数学方法进行模拟的技 术。例如，把过山车轨道的立柱划分为许多小的单元和节点，我们可以将这些单元和节点组 成的系统近似看作实际的物理系统。它的整体思路是将问题进行简化，用一定数量的被称作 有限元的小区域去代替原系统，对每一个小区域求出一个合适的解，进而推导出整个区域总 的满足条件，得到最终的解。这个解虽然不是精确解，但依旧有很好的参考价值。因为在大 多数工程实际问题当中，想得到完全精确的解几乎是不可能的，所以将有限元分析引入工程 中可以使研究设计事半功倍。

本文基于有限元分析的理论和方法，经过建模、动态仿真、有限元计算等步骤，对某一 过山车进行力学性能的计算与评估，并希望得到较为准确的评估结果。

1。2 国内外过山车发展现状

1。2。1 国外发展现状

1。2。2 国内发展现状

1。2。3 过山车国内外研究现状

1。3 本文主要内容及组织结构

本文首先建立轨道和支撑结构的有限元分析模型，然后按列车对轨道管、轨道支撑管、 立柱结构的最不利位置分工况加载，得到结构的强度分析结果，最后给出优化方案。论文具 体安排如下：

一、主要说明选题的背景及意义，介绍了国内外过山车的发展现状和存在的困难，最后 给出论文结构。

二、采用 PROE 和 HyperMesh 建立轨道、轨枕和立柱结构的物理模型。 三、采用 HypreMesh 建立离散模型，并完成 ANSYS 前处理。 四、提取动力学仿真结果，划分工况并得到要加载的数据。 五、加载计算，提出轨道和支撑立柱设计的合理性分析。 六、提出优化设计方案，对当前工作进行总结和为未来工作进行展望。

2 物理模型建立

2。1 轨道模型建立

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利用 ProE 建立轨道模型曲线，可采用从文件输入的方式，具体格式为“open arclength begin section begin curve”。利用此方法可以节省建立轨道曲线所使用的时间。但要注意，此 时的轨道曲线是不闭合的，需要在断点处进行连接缝合，以形成完整的轨道结构曲线。

图 2。1 轨道模型曲线

2。2 立柱模型建立

利用 ProE 加载所有立柱底端点的坐标，可采用文件输入的方式，具体格式为“open arclength    begin section    begin curve”。

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图 2。2 立柱坐标

加载完成后，将立柱底端的点与支撑管的点相连，使立柱尽可能与地面垂直。在立环最 外侧切线处增加两条立柱。

图 2。3 立柱与轨道模型图

将该曲线导入 HyperMesh 中，修正那些不垂直与地面的立柱。具体操作为：