夏青勇

摘 要：本文主要是介绍风洞驻室设计及分析和驻室安装，用应力有限元分析软件Abaqus对整个风洞的驻室结构进行了应力分析，然后就应力分析结果进行了设计选型。对重点部位进行安装介绍和提出安装精度要求，对风洞制造提供可靠的参考依据。

关键词：驻室；承力墙；Abaqus；应力分析；驻室大门

驻室是风洞中进行试验的主要部分，由驻室壳体、承力墙、固定及导向支座、电动大门、转接段轨道、充气密封系统、电动大门及定位锁紧结构等构成。其中驻室壳体前端通过法兰与稳定段相接，后端与亚声速扩散段焊接，驻室壳体内部设有轨道，供试验段在轨道上行走，并通过驻室内部定位锁紧装置将各段固定在相应位置。

一、驻室结构设计介绍

驻室壳体属于压力容器，因此驻室壳体的设计、制造和检验应严格按照压力容器相关标准进行设计。

某型号风洞驻室为一个变截面圆筒状结构，其前端面与稳定段等直部分外侧通过法兰连接，截面直径为9600mm，主要工作部段截面尺寸为12000mm。其中在驻室侧面为了方便试验段进出，开设有尺寸为12800（长）X7400（高）大开孔；驻室内部压力范围为：0.07～4atm，工作温度为15°～60°。

（一）驻室壳体材料

驻室以收缩段入口为起点，以直径12000mm作为驻室内型面尺寸，根据环境温度，选取壁板材料为16MnNR，轨道采用45SiMnP。根据GB/T150计算得到未开门壁板厚度为30mm，筋板采用T型环筋形式，筋板总高1500mm，厚度为30mm，通过有限元计算，得到整体应力为最大值小于60Mpa ，最大变形位于电动大门处，小于5mm，满足工作需要。

（二）驻室大门和小门

驻室门由框架及相应钢板组成，其中钢板与驻室壳体相接处部分通过充气密封系统实现密封。整个钢板厚度为40mm，在与驻室壳体密封处，将宽230mm，厚度为30mm钢板用螺钉紧固在钢板上，这样可以减少整个钢板机械加工面。电动门下面安装有4个导向轮，其中两个为主动轮，另外两个为从动轮。主动轮通过电机来驱动，小门下面采用并行双轨道行走，轨道选用P15轻轨。

驻室小门在工作状态下承受最大压力为0.4Mpa，通过定位销将电动小门与驻室壳定位锁紧。通过有限元软件abaqus对驻室大门进行受力分析，得到驻室小门应力最大值小于100Mpa，，最大变形量处于大门中心部位，小于1mm，满足工作要求。

（三）驻室受力分析

1、CAE计算方法选用

CAE计算选用许用应力法。

2、CAE计算标准选用

《压力容器》GB150-2011；

《压力容器分析设计》JB4732-1995。

3、分析依据

风洞承压壳体设计要求及方案图。

4、模型处理

模型计算采用大型商用有限元软件Abaqus。本次计算中，单位系统采用mm-t-s系统。模型共划分837663个节点和834230个单元，所采用单元：壳单元quad4、三维实体单元主要为Hex8、一维RBE2。坐标系采用笛卡尔坐标系，Y轴为竖向，方向向上为正；X轴为轴向，方向向右为正；Z轴与X轴构成水平面，方向指向正对面为正。

（1）结构材料及许用应力

风洞所用材料为Q345R。材料弹性模量E取201000MPa，泊松比μ取0.3。

（2）模型分析：

风洞承受荷载类型：重力载荷、气动荷载（如下表2）。

计算工况：重力载荷+Ma0.15

分析结果如下：

驻室最大受力为183MPa，如下图2驻室受力云图，主要发生在驻室大门、大门底部支座支撑及门框与洞体连接处，参考Q345R材料的许用应力，最大183MPa<185MPa，满足强度要求，其他部段也都符合强度要求。

二、驻室安装介绍

驻室是整个风洞的核心部分，驻室安装也是整个风的风洞的基础，驻室的前后承力墙是整个风洞的基准，驻室的安装首先确保前后承力墙安装精度到位，符合图纸要求。驻室承力墙与支座和壳体焊接对承力墙的精度影响很大。

（一）承力墙安装

承力墙分为前、后承力墙，前承力墙底部是固定支座，后承力墙是滑动支座。前承力墙需要先安装，用激光跟踪仪定位前承力墙的标高和风洞洞体的轴线，并用前承力墙的前后机加工面作为风洞安装的基准面，安装后的承力墙垂直度≤1mm，平面度≤1mm，偏转角度<0.1°。

（二）驻室壳体安装

驻室壳体总长59m，包括收缩段壳体和锥段的壳体，安装过程中把壳体分为10部分安装组对焊接，每段壳体的制造椭圆度不大于25mm，直线度允差不大于壳体长度的0.1%。在前后承力墻都安装调整好后，进行收缩段壳体的组对安装，并与驻室前承力墙壳体焊接，焊接前需要考虑壳体环焊缝焊接的收缩余量，提前预留，防止收缩太多，根据壳体直径和壳体焊接厚度及现场焊接施工经验，标高往上调2mm-3mm，对筒体的标高的影响最小。

（三）驻室大门安装

驻室大门安装是洞体安装的第一大难点，也是整个风洞安装的一个大的节点，驻室的大门完成才标志着洞体的封闭。驻室大门长16m，宽9m，厚1.2m，重达220吨，这是钢制风洞中最大和最重的大门，没有可参考的吊装经验。现场安装的空间有限，经过计算需要一台500吨履带吊和现场已有的300吨龙门吊车配合吊装，才能有较高的安全系数把驻室大门吊装到位。经讨论，用180吨履带吊车与300吨龙门吊车配合吊装，在考虑了所有能产生不安全的因素后并做好了防护工作，成功的把驻室大门吊装到位。

参考文献：

[1]朱晓智.移动式压力容器不开罐检验检测技术的研究[J].化工管理，2017（06）.

[2]徐海平.试论压力容器安全检验措施[J].广东科技，2013（20）.