一份海拔仓强度校核与热固耦合仿真分析报告

4月前浏览814

海拔仓就是在实验室里模拟 “高海拔 / 高空环境” 的专用设备，用来在地面复现高原、高空才有的低压 + 高低温环境，给产品做环境测试。

本次海拔仓强度校核与热固耦合仿真分析，来自某用户技术投稿（已脱敏），以用户实际高低温交变、内外压差工况为核心，精准匹配设备长期稳定运行、结构安全冗余、轻量化与成本平衡的核心需求。海拔仓作为高低温环境模拟核心装备，需同时满足 -50℃低温工况、65℃高温工况、内外压差载荷下的结构刚度、强度与疲劳可靠性，直接关系试验精度、设备寿命与使用安全。

高原智慧医养舱（集成式方舱）

基于本次仿真分析，我们深度挖掘用户潜在需求：一是结构轻量化与强度刚度最优配比，避免材料浪费；二是高低温交变环境下长期服役性能，消除应力集中与变形超差风险；三是后续结构优化、多工况拓展、批量生产适配的技术支撑；四是同类环境模拟装备（如高低温仓、真空仓、压力仓）的一体化仿真与设计服务能力。

本次分析不仅完成当前强度校核目标，更立足用户全生命周期使用需求，为后续技术迭代、装备升级、定制化开发奠定基础。欢迎用户通过仿真秀联系作者展开长期深度技术合作。对本文中涉及案例，读者可以在文章末尾点赞并再看，分享道朋友圈邀请10位好友点赞，截图发到本公众号后台或联系客服，可获得整体装配资料。

01
有限元仿真分析总体方案

根据要求，仿真分析的内容包括海拔仓2个工况的稳态温度分析及静态强度分析，首先确定总体技术方案，总体技术方案及主要CAE步骤包括如下内容：

1、几何模型建立与预处理；

2、材料参数获取、输入及调整；

3、网格划分：建立海拔仓的强度计算网格模型，包括网格单元尺寸的选择、单元类型的选择等；

4、网格模型检查：根据单元质量标准对完成的海拔仓静强度计算网格模型进行网格质量检查，并根据网格质量检查结果对网格模型进行优化，提高网格模型质量，使之满足强度计算的要求；

5、连接关系建立及检查；

6、边界条件的确定、验证及施加方法：对边界条件进行确定与验证，保证能够真实反映海拔仓的工作状态；

7、施加边界条件与提交计算：将经过验证的边界条件施加到强度仿真分析模型上，完成强度求解器的参数设置并提交计算；

8、初步测试求解及精细求解；

9、结果后处理：对计算完成得到的结果进行处理工作，输出计算结果图片、表格、曲线等；

10、根据原始方案结论对结构进行优化，采用工程中采用最多的多方案优化方法，对304不锈钢厚度分别依次增大2mm，内腔尺寸保持不变，外壁尺寸保持不变，增大不锈钢厚度同时减小硅酸铝棉厚度。

11、编写计算报告：根据最终设计模型所得到的仿真计算结果编写计算报告，整理计算程序等资料。

02
有限元前处理

2.1 4种仿真分析工况概述

根据设计要求，需要对海拔仓进行2种不同温度工况相同压力工况的热固耦合分析。Workbench下仿真分析流程图如下图所示：

2.2 几何模型

海拔仓的几何模型在DM中进行建立，因模型具备对称特征，建立1/2模型，施加对称边界条件，方便后处理查看。

海拔仓分为3层，内层为sus304不锈钢，不锈钢外围为60806mm得加强筋，中间为硅酸铝棉，外层为钢板。其中外层由于不承受压力，且对温度传导没有影响，不需要建立模型。

海拔仓的模型如下图所示：

2.3 材料模型

海拔仓分为3层，内层为sus304不锈钢，中间为硅酸铝棉，外层为钢板，需要的材料参数包括密度、杨氏模量、泊松比、屈服应力、剪切模量、热导率、热膨胀系数、比热等，其中304不锈钢的屈服应力为205MPa。各材料参数如下图所示：

2.4 有限元网格

由于模型存在比较薄的特征，因此，不锈钢及加强筋得网格全部采用六面体网格，硅酸铝棉采用四面体网格。

划分后的网格如图所示，网格数 793841 ，节点数 546321 。

2.5 连接关系

海拔仓几个体之间均为绑定接触，共1267对接触，具体细节如下：

2.6 边界及载荷

根据海拔仓实际工作情况，分为2个工况计算其结构强度：

(1) 施加对称边界条件；

如下图所示：

(2)工况1，外壁面施加25℃的室温以及101kpa的大气压，内壁面施加零下50℃的低温以及50kpa的低压。

(3)工况2，外壁面施加25℃的室温以及101kpa的大气压，内壁面施加65℃的高温以及50kpa的低压。

03
海拔仓原始方案（6mm）工况1强度结果分析

通过有限元计算得到的变形及应力如下图所示：

（1）整体最大变形为 10.323 mm，304不锈钢最大变形为 10.321 mm，最大变形发生在硅酸铝棉顶面及底面中心，大于需用5mm，刚度不满足要求，如下图所示。

整体变形云图

304不锈钢变形云图

（2）整体最大应力为 476.4 MPa ，出现在海拔仓边缘，为应力奇异点，不锈钢最大应力225.7MPa，也存在局部应力奇异，应力奇异点得值没用参考意义。去除奇异点后的应力不超过205 mpa，因此强度基本满足要求。

整体等效应力云图

304不锈钢局部等效应力云图

04
海拔仓原始方案（6mm）工况2强度结果分析

通过有限元计算得到的变形及应力如下图所示：

（1）整体最大变形为 10.965 mm，304不锈钢最大变形为 10.965 mm，最大变形发生在硅酸铝棉顶面及底面中心，大于需用5mm，刚度不满足要求，如下图所示。

整体变形云图

304不锈钢变形云图

（2）整体最大应力为 353.75 MPa ，出现在海拔仓边缘，为应力奇异点，不锈钢最大应力265.47MPa，也存在局部应力奇异，应力奇异点得值没用参考意义。去除奇异点后的应力不超过200 mpa，因此强度基本满足要求。

整体等效应力云图

304不锈钢局部等效应力云图

05
原始方案（6mm）结论

本章分析了海拔仓的不同温度工况的强度仿真分析，包括2种工况的热固耦合分析。

经过分析，得出如下结论：

（1）工况1（低温-50℃）的变形量为10.3mm，超过需用的5mm变形值，刚度不满足要求。不锈钢去除奇异点后的应力最大不超过205 mpa ，强度基本满足要求，但是安全系数较小。

（2）工况2（高温65℃）的变形量为10.9mm，超过需用的5mm变形值，刚度不满足要求。不锈钢去除奇异点后的应力最大不超过205 mpa ，强度基本满足要求，但是安全系数较小。

（3）海拔仓内部304不锈钢材料为主要强度及刚度抵抗材料，在初始方案6mm厚度中，变形量较大，去除奇异点后的应力也较大，接近屈服应力 205Mpa ，因此需要增加304不锈钢的厚度，来提高刚度及强度。而优化。

06
优化方案- 不锈钢厚度8 mm

将不锈钢厚度由6mm提高到8mm，内腔及外壁等尺寸均保持不变。

6.1 优化方案（8mm）工况1强度结果分析

通过有限元计算得到的变形及应力如下图所示：

(1) 整体最大变形为 5.36 mm，304不锈钢最大变形为 5.36 mm，最大变形发生在硅酸铝棉顶面及底面中心，刚度满足要求，如下图所示。

整体变形云图

304不锈钢变形云图

(2) 整体最大应力为 250 MPa ，出现在海拔仓边缘，为应力奇异点，不锈钢最大应力238.8MPa，也存在局部应力奇异，应力奇异点得值没用参考意义。去除奇异点后的应力不超过165 mpa，因此强度满足要求。

整体等效应力云图

304不锈钢局部等效应力云图

6.2 优化方案（8mm）工况2强度结果分析

通过有限元计算得到的变形及应力如下图所示：

(1) 整体最大变形为 5.33 mm，304不锈钢最大变形为 5.18 mm，最大变形发生在硅酸铝棉顶面及底面中心，刚度满足要求，如下图所示。

整体变形云图

304不锈钢变形云图

(2) 整体最大应力为 229.8 MPa ，出现在海拔仓边缘，为应力奇异点，不锈钢最大应力229.8MPa，也存在局部应力奇异，应力奇异点得值没用参考意义。去除奇异点后的应力不超过140 mpa，因此强度满足要求。

整体等效应力云图

304不锈钢局部等效应力云图

6.3 优化方案（8mm）结论

304不锈钢厚度为8mm时：

（1）工况1满足刚度及强度要求。

（2）工况2满足刚度及强度要求。

07
结构强度及优化分析最终结论

本章分析了海拔仓的不同温度工况的强度仿真分析，包括2种工况的热固耦合分析。

（1）海拔仓的304不锈钢厚度为6mm时：

① 工况1（低温-50℃）的不锈钢最大变形为 10.321 mm ，去除奇异点后的应力不超过205 mpa ，刚度和强度均不满足强度要求。

② 工况2（高温65℃）的不锈钢最大变形为 10.965 mmmm ，去除奇异点后的应力不超过200 mpa ，不满足刚度要求，勉强满足强度要求。

（2）海拔仓内部304不锈钢材料为主要强度及刚度抵抗材料，在初始方案6mm厚度中，变形量较大，去除奇异点后的应力也较大，甚至-50℃低温工况下的应力超过了屈服应力，因此需要增加304不锈钢的厚度，来提高刚度及强度。因此提出如下优化方案，将不锈钢厚度增加到8mm，计算其强度是否满足要求。

（3）海拔仓的304不锈钢厚度为8mm时：

③ 工况1（低温-50℃）的不锈钢最大变形为 5.36 mm ，去除奇异点后的应力不超过165 mpa ，满足刚度和强度要求。

④ 工况2（高温65℃）的不锈钢最大变形为 5.18 mmmm ，去除奇异点后的应力不超过140 mpa ，满足刚度和强度要求。

（4）海拔仓 304不锈钢的厚度应该在8mm以上，才能保证其满足刚度和强度满足要求。

08
技术总结与未来合作展望

本次项目核心成果总结

完成海拔仓 2 种温度工况 + 稳态压力热固耦合仿真，明确 6mm 厚 304 不锈钢刚度不达标、8mm 厚度可同时满足刚度与强度要求，给出明确结构优化方案。

精准识别应力奇异点、变形薄弱区域，提供工程化可落地的改进建议，保障设备安全冗余。

建立标准化仿真流程，可快速复用至同类装备的强度校核、优化设计与验证。

未来技术合作方向

结构深度优化

基于 8mm 厚度方案，开展轻量化优化，在保证安全前提下降低材料成本；

增加疲劳寿命分析、抗震分析、冲击载荷分析，覆盖更多极端工况。

多物理场仿真拓展

拓展热 - 结构 - 流体耦合仿真，优化保温性能与温度均匀性；

开展密封性能、螺栓预紧力、焊接强度专项校核，提升整机可靠性。

装备定制化开发

支持不同尺寸、不同温区、不同压力等级海拔仓定制化设计与仿真；

提供从方案设计→仿真验证→样机测试→批量生产全流程技术服务。

同类装备技术服务

延伸至高低温试验箱、真空模拟仓、压力舱、环境模拟设备等全系列结构强度校核与优化；

提供仿真分析外包、结构设计咨询、试验对标验证等长期合作。

合作愿景

本次海拔仓强度分析圆满完成，验证了我们在热固耦合仿真、结构优化、工程化落地方面的技术能力。我们愿以本次项目为起点，持续为用户提供精准、高效、可落地的结构仿真与设计优化服务，携手解决装备研发、生产、使用中的核心技术问题，实现长期共赢。如果您有类型设计和仿真需求，欢迎联系我们。

来源：仿真秀App

Workbench Star-CCM+疲劳信号完整性二次开发航天汽车声学焊接材料机器人试验螺栓装配总布置

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2026-04-13

一份海拔仓强度校核与热固耦合仿真分析报告

01 有限元仿真分析总体方案

02 有限元前处理

03 海拔仓原始方案（6mm）工况1强度结果分析

04 海拔仓原始方案（6mm）工况2强度结果分析

05 原始方案（6mm）结论

06 优化方案- 不锈钢厚度8 mm

07 结构强度及优化分析最终结论

08 技术总结与未来合作展望

01
有限元仿真分析总体方案

02
有限元前处理

03
海拔仓原始方案（6mm）工况1强度结果分析

04
海拔仓原始方案（6mm）工况2强度结果分析

05
原始方案（6mm）结论

06
优化方案- 不锈钢厚度8 mm

07
结构强度及优化分析最终结论

08
技术总结与未来合作展望