10000 m3真空球罐的外壓穩定性分析

吳曉紅，郭春光，李永泰，陳永東，倪利剛

(合肥通用機械研究院國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽合肥 230031)

0 引言

風洞是飛機和火箭等航空航天飛行器研制過程中重要的地面試驗設施，用以研究飛行器的空氣動力學特性。10000 m3真空球罐是某大尺寸超聲速風洞產生高速氣流的重要設備，在該復雜組合式風洞系統中使用的10000 m3大型真空球罐，在國內是首次設計。

承受均布外壓時，該類球形容器的主要失效模式為彈性薄殼失穩，基于此失效模式，中外主要壓力容器標準中提供了球形容器許用外壓的解析計算方法［1-6］。鑒于圓柱形殼體設置加強圈可有效提高容器的外壓承載能力的成熟理論和工程經驗，在大型球形容器上全范圍設置加強肋是否可有效地提高其外壓承載能力，需要做進一步的分析。其次，大型球罐的建造方式是在現場將多塊球殼板組裝焊接而成，實際形狀和理想球形不可避免存在一定的差距，不圓度對外壓承載能力究竟有多大影響，也是需要關注的問題。利用ANSYS有限元分析軟件對10000 m3真空球罐光殼和帶加強肋的外壓穩定性進行了數值模擬分析，結合經濟性對比分析，確定了10000 m3真空球罐的球殼結構方案，并對球罐外壓工況進行了計算分析，確保真空球罐在外壓下符合安全要求。

1 設計條件及主體結構

1.1 設計條件

該球罐的設計條件見表1。

表1 球罐的設計條件

1.2 主體結構

圖1 10000 m3真空球罐主體結構示意

10000 m3真空球罐……