Analisi strutturale dei binari di un roller coaster

This thesis aims to study and compare different construction solutions for some essential elements that make up the structure of a roller coaster, such as tracks and capitals. Specifically, the study aims to analyze current construction choices and components and compare them with alternative solutions, some entirely innovative and others already used in the industry. The work was divided into global analyses of entire attractions carried out with the help of specific software, AUTOCAD and STRAUS7, and detailed local analyses using ANSYS WORKBENCH, ANSYS MECHANICAL and ANSYS SPACE CLAIM. In particular, for the capitals, a bottom-up approach was used to understand how the choice of one solution over another primarily influenced reactions, stresses and deformations, eventually leading to the overall evaluation of the entire attraction. The structural engineering evaluations were all fatigue analyses and verifications, both global and detailed, using nominal and hotspot approaches. For the track analysis, however, an opposite approach was chosen, from global to detailed, to focus on the detailed study only when the right configuration for that specific layout was found. The study was conducted within the technical office of the Roller Coaster Business Unit of Zamperla SPA, in collaboration with Stress Analysis Engineers, using software and approaches commonly used in roller coaster design.

Questa tesi si propone di studiare e comparare diverse soluzioni costruttive di alcuni elementi essenziali che compongono la struttura di un roller coaster, come binari e capitelli. In particolare, lo studio si propone di analizzare le attuali scelte costruttive e componenti e di compararle con soluzioni alternative, alcune del tutto innovative altre già utilizzate nel settore. Il lavoro si è distinto in analisi globali di intere attrazioni svolte con l’ausilio di software specifici, AUTOCAD e STRAUS7, e di analisi locali di dettaglio con l’utilizzo di ANSYS WORKBENCH, ANSYS MECHANICAL e ANSYS SPACE CLAIM. In particolare, per i capitelli si è usato un approccio dal dettaglio al globale, per capire come la scelta di una o l’altra soluzione costruttiva in primis influenzasse reazioni, tensioni e deformazioni fino ad arrivare poi alla valutazione complessiva dell’intera attrazione. Le valutazioni a livello ingegneristico strutturale sono state tutte analisi e verifiche a fatica, globali e di dettaglio, con approcci nominale e di hotspot. Per l’analisi dei binari, invece, si è scelto un approccio contrario, dal globale al dettaglio, in modo da proseguire con lo studio di dettaglio solo nel momento in cui si fosse trovata la giusta configurazione per quello specifico tracciato. Lo studio si è svolto nel contesto dell’ufficio tecnico della Business Unit Roller Coaster di Zamperla SPA, affiancato dagli Stress Analysis Engineers, utilizzando software e approcci quotidianamente utilizzati nell’ambito della progettazione dei roller coaster.