Page 22 - 《真空与低温》2026年第1期

苏玉磊等：立方形真空容器壁厚设计校核与透射界面设计 19

表 1 非圆截面容器设计参数表 [2] d j
δ 1
Tab. 1 Design parameter table for non-circular cross-
[2] N Q
section containers
符号 定义描述 本方案取值/计算规则 h/2 P
δ 3
4 1 d j
I 1 短边侧板截面的惯性矩/mm I 1 = I s M
12
δ 3
4
I 2 长边侧板截面的惯性矩/mm I 2 = I s 2
12
长边侧板半长（无加强或 δ 2 h/2 H/2 δ 2
L 外加强的长圆形/带圆角矩形 L = 600
截面容器）/mm
H
α 几何参数 α =
h
图 2 对称矩形截面容器
( ) [2]
K 刚度参数 K = I 2 α Fig. 2 Symmetrical rectangular cross-section container [2]
I 1

( )
短边侧板有效厚度/mm δ 1 = δ 设计值
δ 1
10 080+30δ
( ) （6）
长边侧板有效厚度/mm δ 2 = δ 设计值 ⩽ 184.95 MPa
δ
δ 2 2
φ 焊接接头系数 φ = 0.9 联立求解后得到 δ ⩾ 7.465 mm，综合考虑理论
中性轴至计算截面的距离/mm δ
c c = − 计算结果，以及温差波动可能引起的附加应力和板
（c i ：内表面；c 0 ：外表面） 2
材的公称规格，将设计壁厚向上圆整至 8 mm。
H 矩形容器短边外侧长度/mm H = 600
1.3 计算校核与验证
h 矩形容器长边外侧长度/mm h = 600
强度计算确保了容器在真空载荷下不发生屈
加强件有效宽度/mm
L s L s = 1 服或破裂，但刚度不足导致的过度变形会直接破坏
（非加强容器）
h 密封性能。尤其对于正方体方腔，侧板中心挠度过
d j 焊缝至中心线距离/mm d j =
2 大将使密封圈压缩不均，引发局部泄漏。本方案强
弯曲应力/MPa
度计算虽验证了 8 mm 壁厚的结构安全性，但未量
σ b —
σ m 薄膜应力/MPa —
化变形量。真空容器的可靠性设计还必须同时满
总应力/MPa
σ T σ T = σ b +σ m
足刚度准则，即中心挠度 δ max ⩽ L/200 = 3 mm以确
t
[σ] = 137
设计温度下材料许用应力 保密封界面变形可控。
[σ] t （GB/T 150.2—2024 与
（S30408）/MPa 弹性薄板小挠度理论的公式为 [4-5] ：
GB/T 150.3—2024 [2-3] ）
( ) qL 4
I 2 （7）
— 最大总应力限值/MPa K = α δ = k
I 1 D
式中：k 为边界条件系数（四边固定时 k=0.001 26 [6-7] ）；
当容器纵横比小于 2 时，设计中可考虑封头的 q 为均布载荷（0.1 MPa）；D 为抗弯刚度，代入前文
加强作用，侧板中点 N 的弯曲应力的值应乘以系 数据计算可得 D ≈ 9 049.08 N·m。
数 J 2 = 0.56，（GB/T 150.3 中表 A.2） ，故 N 点总应 为证明 8 mm 设计的全面合理性，需补充刚度
[2]
[2]
力按式（4）计算 ： 校核，采用中厚板理论公式计算 ：
[5]
10080+30δ
N
N
N
σ = σ +0.56σ = （4） 0.001 26×100 000×0.6 4
m
T
b
δ 2 δ = < 3 （8）
另外，本方案要求对非圆形截面容器中的薄膜 9 049.08
[5]
应力和弯曲应力进行计算和校核。压力和机械载 附加校核屈曲临界压力（四边固定板） ：
[2]
t
荷引起的薄膜应力应不大于 [σ] φ ： π E ( ) 2
2
t
q cr = k （9）
2
30 12(1−v ) L
⩽ 123.3 MPa （5）
δ 式中： E为材料弹性模量，对于 S30408 不锈钢，取
最后，总应力值应小于 1.5[σ] φ，即： 2.0×10 MPa t ； 为板厚，即容器设计壁厚，取 8 mm；
5
t