Strength Analysis of the Ferris Wheel

Abstract

This thesis investigates the structural integrity of a Ferris wheel through static structural analysis using the finite element method (FEM), assessing its strength in accordance with EN 1991-1-4 and ČSN EN 13814 standards. The analysis considers multiple loading conditions—including wind forces, self-weight, and passenger loads—simulated in ANSYS Mechanical. The results indicate that stress concentrations at critical locations, particularly the cabin hang bars, exceed the allowable steel yield strength which is 355Mpa with maximum stresses surpassing this limit. Such findings suggest a potential risk of material failure under expected operating conditions. The likely causes include the quality of the material used and the insufficient cross-sectional design of the hang bars, which may not adequately resist the applied loads. To address this, the thesis proposes optimization strategies such as redesigning the cross-section of the hang bars and utilizing higher-strength materials to mitigate stress concentrations and enhance the structure’s safety and durability. Although the current design does not fully meet strength requirements, the study offers valuable insights into the structural behaviour of Ferris wheels and presents recommendations for improving design efficiency while ensuring regulatory compliance.

Tato bakalářská práce zkoumá strukturální integritu ruského kola prostřednictvím statické analýzy pevnosti pomocí metody konečných prvků (FEM), hodnotí jeho pevnost podle norem EN 1991-1-4 a ČSN EN 13814. Analýza zohledňuje různé zatěžovací podmínky, včetně větrných sil, vlastní hmotnosti a zatížení pasažéry, které byly simulovány v ANSYS Mechanical. Výsledky ukazují, že koncentrace napětí na kritických místech, zejména na zavěšení kabin, překračují přípustnou mez kluzu oceli 355 MPa, přičemž maximální napětí tuto mez překračuje. To naznačuje potenciální riziko selhání materiálu za normálních provozních podmínek. Mezi příčiny patří kvalita použitého materiálu a nedostatečný průřez zavěšení kabin, který nemusí dostatečně odolávat aplikovaným zatížením. Práce navrhuje optimalizační strategie, jako je přepracování průřezu zavěšení kabin a použití materiálů s vyšší pevností, které by snížily koncentrace napětí a zlepšily bezpečnost a trvanlivost konstrukce. I když současný návrh nevyhovuje plně požadavkům na pevnost, studie poskytuje cenné poznatky o chování ruských kol a přináší doporučení pro zlepšení efektivity návrhu a zajištění souladu s předpisy