Page 25 - 《真空与低温》2026年第1期

22 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

8 mm 壁 厚 的 方 腔 有 效 容 积 为 92.2%， 10 mm 局优化完全补偿，不构成核心制约因素。根据 2025 年
壁厚的方腔有效容积为 90.3%，10 mm 壁厚的方腔 S30408 钢材的价格，以及不考虑焊接加工和热处
有效容积只下降 1.9%。因此，容积损失对功能性 理的情况下，参考价格如表 2 所列。
影响微弱，对大多数应用场景，此损失可通过内部布

表 2 壁厚方案经济性对比表
Tab. 2 Economic comparison table of wall thickness schemes
项目 计算说明 8 mm 壁厚费用/元 10 mm 壁厚费用/元 成本增幅/%
材料成本 展开面积×板厚理质量 3 230 3 612 11.8
切割加工 切割长度×单位切割费用 1 008 1 800 78.6
基础成本合计 材料+切割 4 238 5 412 27.7
数据来源：材料价格参考“我的钢铁网”2024 年第三季度 S30408 不锈钢中厚板市场报价；切割费用依据 JB/T 9169.2—2020 [11]
及安徽地区企业报价综合确定。

由此可见，虽然材料成本只增加了 11.8%，但 供了实用解决方案。
加工费用增加了 78.6%，导致最后的基础成本增加 2.4 关键部件观察窗（250 mm×150 mm）设计
了 27.7%。综合位移与应力分析可知：壁厚增至 2.4.1 亚克力板
10 mm 可同步实现刚度强化与应力抑制的双重 光学观测要求观察窗兼具高透光性、低双折
增益，但 8 mm 方案凭借优异的综合性价比仍为最 射率及长期真空密封可靠性。亚克力（PMMA）以
优解；若追求更高可靠性或应对复杂载荷环境， 其 在 可 见 光 区（380~760 nm）的 高 透 光 率 （≥92%）
10 mm 增厚设计则可通过牺牲部分经济性换取性 及良好的近紫外光透过性（可低至 420 nm），协调
能提升，其决策需基于具体工程需求权衡判定。在 热-机械载荷下的密封界面塑性变形能力及优异的
[12]
满足安全阈值前提下，8 mm 方案通过规避厚度增 抗冲击性 ，成为优选材料。然而，其低弹性模量
加成本跃变效应，实现近 30% 的成本效率优势。 与显著蠕变特性需通过厚度优化平衡强度、刚度
该方案不仅满足强度与刚度要求，更显著降低了加 与长期使用稳定性。设计边界条件和设计公式分
工难度与时间成本，为预算有限的小型科研设备提 别如表 3、表 4 所列。

表 3 亚克力观察窗设计边界条件表
Tab. 3 Design boundary condition table for acrylic observation window
设计量 设计条件
载荷 ∆p = 0.1 MPa
边界 四边刚性固定
弹性模量 E = 3 GPa [12]
屈服应力 σ s = 110 MPa [12]
材料
150 mm
最大挠度 δ
200
尺寸 矩形板 a×b = 250 mm×150 mm（长宽比 a = 1.67，T 为亚克力板厚度）
b

亚克力观察窗（250 mm×150 mm）的厚度设计 需进一步控制挠度，通过引入 GB/T 11546.1—2008
须同步满足强度、刚度及长期使用要求。参考 GB/ 弹性模量折减系数 [13] 与附加安全裕量，推导出最
T 7134 标准 ，结合 GB/T 150.3 对非金属元件的安 小厚度≥ 8.53 mm。最终取公称厚度为 9 mm，确保
[12]
全规定 ，取安全系数 n 1 = 1.8，由此确定许用应力 光学透射稳定性与结构可靠性平衡。
[2]
∆p = 0.1 MPa。在此准则下，强度需求要求最小厚 2.4.2 钢化玻璃板
度 ≥ 4.29 mm。而长期真空载荷引发的蠕变效应 若采用钢化玻璃板：弹性模量 E = 70 GPa，抗