随着航空航天技术的飞速发展,用于空气动力学试验研究的各类风洞设备需求日益增多,风洞设备的数量与试验能力成为了衡量一个国家航空航天技术发展水平的标准。为满足空气动力学试验需求,有必要建立起规模更大、试验能力更强、功能更加多样的风洞设备。由于风洞设备结构复杂,设计与建造的周期较长,因此,保证风洞设备能在使用年限内安全运行十分重要。本文以国内某大型连续式跨声速风洞洞体结构为研究对象,采用有限元法对其在各种工况下的强度、刚度及疲劳性能进行分析和评定,主要工作和结论如下:1、运用ANSYS WORKBENCH软件建立大型跨声速风洞洞体结构有限元模型。为降低模型处理难度,提高计算效率,在保证合理性的前提下,对模型进行分段分析。2、对设计内压作用下的风洞洞体进行应力分析,得到洞体中的应力分布;依据JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》,运用应力分类法对设备进行了强度评定。计算结果表明设备各部位应力强度满足要求,且强度裕量较大。3、为研究稳定段变径筒体小端连接处结构的改变对承压能力的影响,分别就无折边无内伸、无折边有内伸、有折边三种结构进行了应力分析和极限分析。应力分类法分析发现,有折边结构能够降低局部不连续处应力水平,而极限分析结果表明,三种结构对极限载荷值影响不大,即局部结构的变化对该设备整体承载能力影响较小。4、鉴于风洞洞体受四种幅值不同的交变载荷作用,为考察结构在30年的使用期限内发生疲劳失效的可能,对其进行了疲劳分析。依据峰值应力强度Sv和JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》提供的Sa-N曲线,计算得到了风洞洞体的累计疲劳损伤系数为0.51,小于1,表明结构在使用年限内不会发生疲劳失效。5、为考察风洞洞体在内部真空情况下是否有发生屈曲的可能,对结构进行了外压稳定性分析。采用线性特征值法模拟计算得到风洞洞体各段的临界失稳载荷,其中临界失稳压力最大的是驻室段,为1.01MPa,最小的是亚扩散段方变圆筒体,为0.36MPa。因此,可以认为各段在0.1MPa的设计外压作用下,不会发生屈曲。6、建立了风洞洞体的整体地震分析模型,进行了结构模态分析,得到了风洞洞体自振周期;继而对地震载荷与设计内压共同作用下的风洞洞体进行了地震强度分析,并依据JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》进行了强度评定,结果发现设备整体强度满足要求。