Page 18 - 《真空与低温》2025年第4期

李帅勇等：CRAFT 磁体平台 6 kW@4.5 K 氦制冷机大型卧式真空绝热冷箱设计与应力分析 433

在吊装工况下，冷箱筒体受到的最大等效应力 率，计算结果如表 3 所列。
为 80.22 MPa，最大变形量为 2.35 mm，最大等效应 壳体结构的模态形状主要变形都发生壳体上
力作用在设置入孔的位置，最大变形量出现在第二 部设备安装孔的位置，其中主要是透平膨胀机设备
节筒体的低温阀门设备安装处。计算结果满足冷 的安装孔，在四到七阶时比较明显，具体的位移情
箱的强度设计要求，在加工过程中，要注意入孔以 况如图 10 所示。在实际的制造过程中，可以对透
及设备安装孔处的加工质量。 平膨胀机的几个设备安装孔用补强圈、整锻件补

强或者局部加厚等补强措施做好开孔补强工作。
4 冷箱结构地震分析

地震时所产生的动态载荷会引起冷箱外壳和 表 3 冷箱壳体模态分析结果
内部低温设备的相对振动，使冷箱结构和部件产生 Tab. 3 Modal analysis results of cold box shell
[3]
变形，造成不利影响 。地震分析的方法有很多， 阶数 频率/Hz
主要有静力理论、响应谱理论、直接动力理论，本 1 10.36
文采用响应谱分析的方法进行计算。响应谱分析 2 22.45
[14]
需要先进行冷箱结构的模态分析 。 3 30.41

4.1 冷箱结构模态分析 4 36.90
5 37.48
在模态分析过程中，采用约束模态分析。理论
6 38.49
上，计算的阶数越多，质量参与系数越接近于 1，说
7 38.86
明计算的结果越准确。但是计算的阶数越多，对应 8 42.81
的频率越大，在实际的工程应用中，不存在如此高 9 43.16
[15]
频率的情况 ，因此，仅取前 12 阶。以正常工况下 10 46.44
的载荷情况为基础，设置为模态分析的预应力，在 11 47.52
鞍座处予以固定约束，计算前 12 阶模态的固有频 12 50.03

Type: Total deformation Type: Total deformation
Frequency: 36.901 Hz Frequency: 38.861 Hz
Unit: mm Unit: mm
2024/12/14 15:46 2024/12/14 15:52
1.747 70 Max 1.714 70 Max
1.553 50 1.524 20
1.359 30 1.333 70
1.165 10 1.143 20
0.970 95 0.952 63
0.776 76 0.762 10
0.582 57 0.571 58
0.388 38 0.381 05
0.194 19 0.190 53
0 Min 0 Min
（a）四阶 （b）五阶
Type: Total deformation Type: Total deformation
Frequency: 38.494 Hz Frequency: 37.478 Hz
Unit: mm Unit: mm
2024/12/14 15:48 2024/12/14 15:47
1.701 50 Max 1.909 90 Max
1.512 50 1.697 70
1.323 40 1.485 50
1.134 40 1.273 30
0.945 30 1.061 00
0.756 24 0.848 84
0.567 18 0.636 63
0.378 12 0.424 42
0.189 06 0.212 21
0 Min 0 Min

（c）六阶 （d）七阶

图 10 冷箱外壳模态位移图
Fig. 10 Modal Displacement of shell of cold box