摩天轮转动时,乘客会体验到一种漂浮感。球形舱展现了醒目的建筑设计,同时还提供了宽敞的内部空间和一览无余的视野。座舱同时也带来了气候控制难题,即防止沙漠温度和日照辐射产生热箱环境。Arup 工程师优化了座舱的空调和玻璃装配设计,为球形面板安装双层玻璃,以限制空调系统的电力需求。
选择合适工具
Arup 通过使用一系列软件包并针对具体目的选择应用程序,将这些设计难题一一克服。在早期设计阶段,选用 McNeel 的 Rhinoceros 自由曲面建模软件进行快速、准确地概念建模。在简化梁单元模型的早期分析中选用 Oasys(Arup 旗下的软件公司)开发的结构设计和分析软件包 GSA Suite。在需要较复杂的 BIM 应用程序时,Arup 选择使用 Bentley 的 Structural Modeler。随着项目的推进,Arup 也逐步开始应用其他程序。
在概念阶段,由于摩天轮的几何结构更加清晰,Arup 使用 GenerativeComponents 创建了一个参数模型。GenerativeComponents 是 Bentley 开发的关联参数建模系统,可实现设计过程的自动化并加速设计迭代。参数模型帮助设定摩天轮几何的所有变量和寻找能够驱动设计的尺寸。然后将摩天轮几何输出至 GSA Suite 以进行结构分析。
分析表明,摩天轮的各个部分在正常运转过程中会经受应力波动。这些断裂临界组件包括轮圈,在 6 点钟方位的应力最大,在 12 点钟方位的应力最小。Arup 使用 Livermore Software Technology Corporation 开发的通用有限元分析程序 LS-DYNA 创建了详细的有限元模型,以确定在每一轮旋转完成时应力的范围和位置。
软件应用程序的数据互用性在精确计算疲劳应力过程中起着决定性作用。例如,详细轮圈模型中包括每个螺钉、管道附件、灯具、出入舱口等。在 Rhinoceros 中创建轮圈模型,传输至 Structural Modeler 以进行设计,导入至 Altair HyperMesh(一种高性能有限元预处理器),最后在 LS-DYNA 中进行分析。此过程显示出需减小应力的各个热点;然后重复此过程。
协调三维设计
Structural Modeler 用来将所有其他第三方产品的输出结果合并为一个全局协调模型。即使是采用达索系统的 SolidWorks 产品创建用于驱动系统的复杂制造模型,也可以通过 Parasolid 导入功能顺利地导入。整体项目协调模型从 Bentley 软件中导出至欧特克 Navisworks 项目评审软件。