空间环境模拟设备真空腔室强度及稳定性分析

doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2026.02.08

摘要/Abstract

摘要： 真空腔室是众多真空设备的重要组成部分,对其进行合理设计和计算是保障真空设备安全运行的基石。本文以某空间环境模拟设备的真空腔室为例,探讨了按设计手册公式法、GB/T 150图算法和GB/T 4732公式法对真空腔室壁厚的设计,得出按设计手册公式法设计的壁厚偏安全;通过对其强度和稳定性进行有限元分析,把按标准设计结果与有限元分析结果进行对比分析,GB/T 150图算法、GB/T 4732公式法和ANSYS非线性屈曲分析得到的本真空腔室的许用外压力值比较接近,可为真空腔室可靠性及经济合理性提供参考。

关键词: 空间环境模拟, 真空腔室, 有限元计算

Abstract: The vacuum chamber is an important component of vacuum equipment, and reasonable design and calculation of the vacuum chamber is the cornerstone of safe operation of vacuum equipment. This article takes the vacuum chamber of a certain space environment simulation device as an example to explore the design of the wall thickness of the vacuum chamber using the formula method in the design manual, the GB/T 150 diagram algorithm, and the GB/T 4732 formula method. It is concluded that the wall thickness designed according to the formula method in the design manual is relatively safe. By conducting finite element analysis on its strength and stability, and comparing the results of standard design with those of finite element analysis, it is found that the allowable external pressure values obtained from the GB/T 150 chart method, GB/T 4732 formula method, and ANSYS nonlinear buckling analysis are relatively close. This can provide a reference for the reliability and economic rationality of the vacuum chamber.

Key words: space environment simulation, vacuum chamber, finite element calculation

中图分类号: TB75

由美雁, 朱雨欣, 李儒航, 申金雨, 卞政, 闫虹池, 罗森匀, 谢元华. 空间环境模拟设备真空腔室强度及稳定性分析[J]. 真空, 2026, 63(2): 55-60.

YOU Meiyan, ZHU Yuxin, LI Ruhang, SHEN Jinyu, BIAN Zheng, YAN Hongchi, LUO Senyun, XIE Yuanhua. Strength and Stability Analysis of Vacuum Chamber for Space Environment Simulation Equipment[J]. VACUUM, 2026, 63(2): 55-60.

参考文献

[1] 黄本诚, 刘波涛, 李志胜. 空间模拟器设计技术[M]. 北京: 中国宇航出版社, 2017.
[2] TSIRVOULTS G, GRANVIK M, TOLIOU A.SHINeS: Space and high-Irradiance near-sun simulator[J]. Planetary and Space Science, 2022,217.
[3] 王晶,高文. 深空探测环境模拟试验技术进展[J]. 国际太空,2021,(12):26-32.
[4] WILSON K, ROMERO-CALVO A, BENGTSON M, et al.Development and characterization of the ECLIPS space environments simulation facility[J]. Acta Astronautica, 2022,19448-58.
[5] 彭光东, 陈丽, 李宏宇, 等. 大型空间环模试验设备研制[J]. 真空科学与技术学报, 2016, 36(7): 767-772.
[6] GARCIA-MICHELENA P, RUIZ-REINA G, HERRERO-DORCA N, et al.Multiphysics modeling and experimental validation of heat and mass transfer for the vacuum induction melting process[J]. Applied Thermal Engineering, 2024, 243:122562.
[7] 黄豫兴. 真空热处理炉风冷系统流场分析及效率提升研究[D]. 沈阳: 东北大学, 2022.
[8] 邓从跃. 关于真空-压力浸渍工艺分析及其设备探讨[J]. 化学工程与装备, 2018,9:198-199.
[9] 周鹏. 真空镀膜设备中关键参量的控制技术研究[D]. 南昌: 南昌大学, 2021.
[10] CHEN G B, MO C.Design and performance analysis of the vacuum system for ion beam sputtering coating machine[J]. Vacuum,2025,239:114372.
[11] 杨建斌. 航天器空间环境模拟设备[M]. 北京:化学工业出版社,2020.
[12] 刘玉魁. 真空工程设计[M]. 北京:化学工业出版社,2023.
[13] 刘立杰,王爽.ZM3000光学遥感器空间环境模拟试验设备研制[J].低温与超导,2014,42(4):1-7.
[14] 中国国家标准化管理委员会.压力容器:GB/T 150.1~150.4-2024[S]. 北京:中国标准出版社, 2024.
[15] 寿比南, 杨国义, 徐峰, 等. GB 150-2011《压力容器》标准释义[M]. 北京:新华出版社,2012.3.
[16] 中国国家标准化管理委员会. 压力容器分析设计:GB/T 4732.1~4732.6-2024[S]. 北京: 中国标准出版社, 2024.
[17] 国家能源局. 容器支座:NB/T 47065.1~47065.5-2018[S]. 北京: 新华出版社, 2018.
[18] 付春雨,董怡泽.大型临近空间等离子体真空环境模拟技术研究[J].计算机测量与控制,2019,27(6):236-240.
[19] 周缘,冉澳,吴奕恒,等. 基于ANSYS的MEMS离子源测试用高真空腔设计与分析[J].真空,2022,59(3):16-19.
[20] 张英明, 石芳录, 张京翔, 等. 空间环境模拟设备夹层式热沉结构的可靠性设计及工艺探讨[J]. 真空与低温 2019, 25(5):342-347.
[21] SIVEIRA M, FAVALE G, GESSINI P.Conceptual design of a compact multipurpose space simulation system[J]. Vacuum,2023,208:1117347.
[22] GULFAM S, AHMED K, MIAN Y A, et al.Analyzing buckling phenomena in an external pressure vessel: Implications for design and safety[J].Fusion Engineering and Design,2025, 212:114852.
[23] 崔伟. 外压薄壁容器稳定性模拟分析与研究[D].长春:长春理工大学,2018.
[24] 段成红, 吴港本, 罗翔鹏. 基于ANSYS Workbench稳定性分析的大型真空容器优化设计[J]. 机械设计, 2024, 41(5):29-33.
[25] 乔琳, 葛宁, 赵和明. 薄壁容器外压失稳的研究进展[J]. 应用物理,2018, 8(7):342-351.
[26] 刘泽中. Ⅳ型高压储氢气瓶结构参数对外压稳定性影响规律研究[D]. 湘潭:湖南科技大学,2023.
[27] XU W J Wenjing. External pressure buckling analysis of large pressure vessels[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2019,1303:012019.
[28] 李刚. 考虑初始缺陷的压力容器筒体外压屈曲分析[J]. 一重技术,2019,6:42-45.

相关文章 15

[1]	肖振华, 周明旭, 李建昌, 袁洪峰, 龚志刚. 真空烧结炉加热体参数优化研究^*[J]. 真空, 2026, 63(2): 68-74.
[2]	张世伟, 张志军, 孙坤. 干式螺杆真空泵节能运行的新进展^*[J]. 真空, 2026, 63(1): 40-45.
[3]	高龙, 陈涛, 宋栓军, 许涛. 基于NSGA-II算法的变螺距转子动平衡设计方法^*[J]. 真空, 2025, 62(6): 39-46.
[4]	王吉欣, 胡宸琪. 新能源汽车电动真空泵助力制动系统故障诊断方法^*[J]. 真空, 2025, 62(6): 62-69.
[5]	王建国, 陈成权, 陈灵丹, 李金建, 张宝夫. 双螺杆真空泵直线型转子研究^*[J]. 真空, 2025, 62(4): 34-38.
[6]	马源辰, 李忠仁, 王颖, 艾春江, 宋家兴, 张旺, 胡永佳. 热等静压预应力容器缠绕钢丝优化及数值模拟[J]. 真空, 2025, 62(4): 39-43.
[7]	周明旭, 李建昌. 石墨工装板厚度对碳化硅真空烧结炉温度场的影响^*[J]. 真空, 2025, 62(4): 49-53.
[8]	牟鑫, 马强, 马海玲, 高元, 刘长青, 葛家希, 李心可. 电子束熔炼炉射线屏蔽的设计与计算[J]. 真空, 2025, 62(3): 9-14.
[9]	陈博龙, 李忠仁, 王颖, 吴逸飞, 苏宁, 宋家兴, 车恩林, 刘君. 大型超导线圈热处理系统温度均匀性研究^*[J]. 真空, 2025, 62(3): 33-37.
[10]	李正清, 李小金, 成永军, 孙雯君, 杨建斌, 刘筱文, 马凤英. 罗茨真空泵转子型线容积利用率的分析研究^*[J]. 真空, 2025, 62(3): 42-46.
[11]	赵延义, 施承天, 李绍杰, 孙松刚, 王飞, 李灿伦. 圆筒形真空容器H型加强圈简化设计计算及数值验证[J]. 真空, 2024, 61(6): 33-37.
[12]	孙振中, 施敏海, 陈光奇, 魏裕隆, 吴辰睿, 魏海波. 分段集成抽真空系统及工艺方法^*[J]. 真空, 2024, 61(6): 38-42.
[13]	熊清海, 吕伟, 林文森, 战春鸣. 真空氧氩脱碳转炉冶炼的单点液滑环用双相不锈钢锻造工艺研究[J]. 真空, 2024, 61(6): 73-78.
[14]	吴俊, 吴杰, 干蜀毅, 何海斌, 王雷, 吴青云. 干式螺杆真空泵的理论研究进展^*[J]. 真空, 2024, 61(5): 36-45.
[15]	王建国, 高逊懿, 汪超, 李金建, 张宝夫. 一种新型罗茨真空泵转子型线研究与应用^*[J]. 真空, 2024, 61(5): 46-50.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed