本文設計的高低溫試驗箱箱體的內部工作環境為非真空狀態，工作溫度范圍廣，內部空間尺寸跨度較大，對內框架的設計提出了挑戰。如果由內框架主體來承受試驗所產生的吊掛荷載，內框架的空間大跨度勢必引起內框架設計重量的增加，從而與其輕量化的設計目標矛盾。因此，本文對內框架提出了一種新的設計形式:內、外框架弱連接形式，內框架只承受地面機械載荷與四周壁面、頂面保溫結構的重力載荷，試驗系統產生的吊掛載荷則由空中轉接平臺承受，轉接平臺通過吊桿固定在試驗箱體的外框架上。這種內外框架弱連接的分離式設計可有效解決減輕內框架質量與機械承載性能的矛盾。

    如(ru)圖3-1所示，試(shi)(shi)(shi)驗箱(xiang)箱(xiang)體內(nei)框架(jia)主(zhu)體采用(yong)不銹鋼(gang)材質，保證(zheng)在高(gao)、低溫交變環(huan)境下保持(chi)機(ji)械性能(neng)基(ji)本不衰減。內(nei)框架(jia)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)體承重結(jie)構由100mmx100mm的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)型鋼(gang)組成(cheng)，包括豎梁與(yu)橫梁，相互垂直交叉焊(han)接固(gu)定形(xing)成(cheng)立方(fang)(fang)網(wang)(wang)架(jia)結(jie)構。高(gao)低溫試(shi)(shi)(shi)驗箱(xiang)箱(xiang)體的(de)(de)(de)(de)密(mi)封(feng)面板(ban)(ban)嵌入立方(fang)(fang)網(wang)(wang)架(jia)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)網(wang)(wang)格中，面板(ban)(ban)邊緣(yuan)與(yu)立方(fang)(fang)網(wang)(wang)架(jia)通過(guo)焊(han)接形(xing)式連接，形(xing)成(cheng)密(mi)封(feng)面;密(mi)封(feng)面板(ban)(ban)采用(yong)波紋板(ban)(ban)形(xing)式，可為整(zheng)體內(nei)框架(jia)提供一(yi)定的(de)(de)(de)(de)剛性,并(bing)具有(you)(you)耐受高(gao)低溫環(huan)境的(de)(de)(de)(de)功能(neng)。試(shi)(shi)(shi)驗箱(xiang)體內(nei)框架(jia)的(de)(de)(de)(de)地面部分則采用(yong)平板(ban)(ban)，保證(zheng)地面平順性。該種結(jie)構形(xing)式既能(neng)使試(shi)(shi)(shi)驗箱(xiang)體內(nei)框架(jia)具有(you)(you)良好的(de)(de)(de)(de)剛性，又能(neng)保證(zheng)內(nei)框架(jia)的(de)(de)(de)(de)輕質，降(jiang)低試(shi)(shi)(shi)驗空間內(nei)的(de)(de)(de)(de)附(fu)加熱容。

    1、內(nei)框架(jia)主體面板的結構選擇(ze)

    在試(shi)驗系統的運行過程中，箱體(ti)內外(wai)的換(huan)熱熱流方向(xiang)(xiang)為(wei)薄(bo)壁面板的法向(xiang)(xiang)方向(xiang)(xiang)，且不銹(xiu)鋼導熱系數較大，因(yin)此內框架(jia)主(zhu)體(ti)可(ke)視(shi)為(wei)等溫體(ti)。薄(bo)壁面板的結(jie)構設計可(ke)有常用兩種可(ke)選結(jie)構形式:直角波紋(wen)，三角波紋(wen)，其(qi)截(jie)面形式如圖(tu)3-2所示(shi)。

    兩種結構(gou)的(de)(de)選擇對(dui)高低溫(wen)(wen)試(shi)驗箱箱體(ti)的(de)(de)絕熱性能(neng)(neng)影(ying)響(xiang)可以忽(hu)略，但是對(dui)箱體(ti)內(nei)框架(jia)的(de)(de)機械性能(neng)(neng)有影(ying)響(xiang)。在試(shi)驗箱體(ti)正常(chang)運行過程(cheng)中(zhong)，內(nei)框架(jia)主體(ti)的(de)(de)工作環境包括:高、低溫(wen)(wen)環境負(fu)荷(he)，內(nei)外壓差負(fu)荷(he)，保溫(wen)(wen)層的(de)(de)重力(li)負(fu)荷(he)等。內(nei)框架(jia)主體(ti)的(de)(de)主要負(fu)荷(he)為:
    溫度負荷: - 120℃~ 170℃;
    壓(ya)差(cha)負荷: Pmax = 300Pa;
    保溫層重力(li)負荷: P頂(ding)=800Pa; P四(si)周=200Pa

    當(dang)內框架的(de)面板(ban)分(fen)別采用直(zhi)角波紋(wen)、三(san)角波紋(wen)的(de)結(jie)構形式時，其(qi)主(zhu)要結(jie)構參數見(jian)表3-1所示:

    如圖3-3所示，當試驗箱體承受170℃高溫環境與機械荷載的復合作用下，會發生相應形變，并產生應力。內框架的形變發生在箱體內框架的側面，約為28mm，由箱體內部的正壓使內框架側面向外彎曲引起。內框架頂部則為向箱體內彎曲的型態，形變約為12mm， 由溫度載荷與機械載荷共同引起。內框架主體的von-mises應力約為120MPa,符合不銹鋼材料的許用應力范圍。以下分析面板結構形式對箱體內框架主體的影響。在相同的面板厚度、結構參數以及荷載情況下，采取上述兩種面板結構形式的內框架的機械響應計算結果見表3-2所示:

    由(you)表中的(de)計算結果可(ke)知:當薄(bo)壁面(mian)(mian)板(ban)采用(yong)(yong)直角(jiao)波(bo)(bo)紋(wen)結構(gou)(gou)形(xing)式時(shi)，內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)主體(ti)的(de)剛性與(yu)強(qiang)度(du)得(de)到改善。直角(jiao)波(bo)(bo)紋(wen)的(de)形(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)為27.8mm,發生位(wei)置位(wei)于(yu)(yu)箱(xiang)體(ti)內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)的(de)側面(mian)(mian)。采用(yong)(yong)三角(jiao)波(bo)(bo)紋(wen)面(mian)(mian)板(ban)的(de)內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)的(de)頂(ding)面(mian)(mian)形(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)則(ze)略小(xiao)于(yu)(yu)采用(yong)(yong)直角(jiao)波(bo)(bo)紋(wen)的(de)情況(kuang)，這(zhe)是因為箱(xiang)體(ti)內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)的(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)由(you)溫(wen)度(du)載荷與(yu)機(ji)械載荷綜(zong)合作(zuo)用(yong)(yong)產生。當溫(wen)度(du)為170℃高溫(wen)工況(kuang)時(shi)，整個內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)受熱膨脹，兩(liang)種結構(gou)(gou)形(xing)式的(de)內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)頂(ding)面(mian)(mian)均產生由(you)溫(wen)度(du)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化引起(qi)的(de)方向(xiang)(xiang)向(xiang)(xiang).上的(de)形(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)，而三角(jiao)波(bo)(bo)紋(wen)結構(gou)(gou)的(de)內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)其壁面(mian)(mian)與(yu)頂(ding)面(mian)(mian)剛度(du)較弱，由(you)機(ji)械載荷產生更大(da)的(de)撓度(du)，導(dao)致頂(ding)面(mian)(mian)產生更大(da)的(de)方向(xiang)(xiang)向(xiang)(xiang)下(xia)的(de)補償變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)，兩(liang)者(zhe)綜(zong)合作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)，導(dao)致三角(jiao)波(bo)(bo)紋(wen)結構(gou)(gou)的(de)頂(ding)面(mian)(mian)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)更小(xiao)。兩(liang)種面(mian)(mian)板(ban)結構(gou)(gou)的(de)內(nei)(nei)框(kuang)架(jia)(jia)von-mises應力相近，均符合材料許用(yong)(yong)強(qiang)度(du)要求。

    2、面板波紋(wen)結構的(de)優化選擇

    由于采用三角波(bo)紋與(yu)直角波(bo)紋面(mian)板結構的(de)內框架(jia)計算結果相近，我們有(you)必要研究在(zai)整個(ge)試驗系(xi)統工作(zuo)溫度范(fan)圍(wei)中內框架(jia)結構的(de)機(ji)械響應(ying)情(qing)況。

    如圖3-4所示，空心、實心的(de)點分別代表(biao)三角形波紋、直角波紋對應的狀態(tai);

    max, up, side則分(fen)別代表整體(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)，頂(ding)(ding)(ding)部(bu)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)，側(ce)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)。當箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)工作環境溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)從20℃下(xia)降(jiang)至(zhi)-120℃過程中(zhong)(zhong)，內(nei)(nei)(nei)框架(jia)的(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)逐漸(jian)增(zeng)加直(zhi)到(dao)峰值(zhi)。采用(yong)三角(jiao)波(bo)紋(wen)(wen)(wen)結構(gou)與直(zhi)角(jiao)波(bo)紋(wen)(wen)(wen)結構(gou)的(de)內(nei)(nei)(nei)框架(jia)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)峰值(zhi)分(fen)別為(wei)46mm與40mm,形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)處(chu)均位(wei)于試(shi)驗(yan)箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)內(nei)(nei)(nei)框架(jia)頂(ding)(ding)(ding)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。在箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)工作在溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)下(xia)限-120℃時(shi)，內(nei)(nei)(nei)框架(jia)受冷(leng)收縮使頂(ding)(ding)(ding)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)位(wei)置(zhi)(zhi)下(xia)沉，與試(shi)驗(yan)箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)所受的(de)重力載荷(he)共同作用(yong)，使內(nei)(nei)(nei)框架(jia)頂(ding)(ding)(ding)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)達到(dao)全(quan)工況(kuang)值(zhi)。在同樣的(de)降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)過程中(zhong)(zhong)，內(nei)(nei)(nei)框架(jia)壁(bi)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)增(zeng)加幅度(du)較小(xiao)(xiao)，形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)峰值(zhi)在20mm左右，其(qi)中(zhong)(zhong)采用(yong)直(zhi)角(jiao)波(bo)紋(wen)(wen)(wen)結構(gou)的(de)內(nei)(nei)(nei)框架(jia)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)略小(xiao)(xiao)于三角(jiao)波(bo)紋(wen)(wen)(wen)的(de)情況(kuang)。當箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)工作溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)范圍為(wei)20℃~70℃時(shi)，內(nei)(nei)(nei)框架(jia)的(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)在這(zhe)一一溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)區(qu)間內(nei)(nei)(nei)變(bian)(bian)(bian)化(hua)不(bu)大，維(wei)持在20mm -25mm區(qu)間內(nei)(nei)(nei);形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)的(de)發(fa)生位(wei)置(zhi)(zhi)從內(nei)(nei)(nei)框架(jia)項面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)向側(ce)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)轉移，頂(ding)(ding)(ding)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)不(bu)斷減小(xiao)(xiao)。當箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)工作溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)從70°C繼續增(zeng)加至(zhi)170℃時(shi)，內(nei)(nei)(nei)框架(jia)頂(ding)(ding)(ding)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)繼續減小(xiao)(xiao)直(zhi)至(zhi)在120C達到(dao)值(zhi)3mm以內(nei)(nei)(nei)，之后隨(sui)著溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)上升繼續增(zeng)大。在70℃~170℃溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)變(bian)(bian)(bian)化(hua)區(qu)間內(nei)(nei)(nei)，內(nei)(nei)(nei)框架(jia)的(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)隨(sui)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)增(zeng)加不(bu)斷增(zeng)大，增(zeng)大幅度(du)小(xiao)(xiao)于降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工況(kuang)。該升溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)階段內(nei)(nei)(nei)框架(jia)的(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)發(fa)生在壁(bi)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)，其(qi)峰值(zhi)為(wei)27mm。
    綜上(shang)所述，在試驗箱體(ti)工作溫度- 120℃~ 170℃范圍內，采(cai)用(yong)(yong)直(zhi)角波(bo)(bo)紋結構波(bo)(bo)紋板的內框(kuang)架形(xing)變要采(cai)用(yong)(yong)三角波(bo)(bo)紋結構的情況(kuang),其(qi)(qi)形(xing)變的峰(feng)值為40mm,其(qi)(qi)結構具有更好的剛(gang)性。故本文的高低(di)溫試驗箱箱體(ti)內框(kuang)架面(mian)板采(cai)用(yong)(yong)直(zhi)角波(bo)(bo)紋結構。