關(guān)于ht-7u超導托卡馬克裝置真空室結(jié)構(gòu)的強度分析(文件)
【正文】 、外壓或集中電磁載荷作用時，在真空室直線段與弧段連接處以及真空室曲面與窗口相貫的地方因為不能相互自由變形而產(chǎn)生局部彎曲，從而引起局部的彎曲應(yīng)力和薄膜應(yīng)力，由于這些應(yīng)力只發(fā)生在連接邊緣，因而又稱為邊緣效應(yīng)。根據(jù)薄壁結(jié)構(gòu)的特點，在板殼結(jié)構(gòu)力學模型中，可近似地用結(jié)構(gòu)中面形變來描述結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況。具體的理論推導可參考相關(guān)文獻。然后對計算得結(jié)果進行后處理，打印結(jié)果數(shù)據(jù)、繪制應(yīng)力和位移云圖。COSMOS的幾何模型是通過程序中提供的點、線、面體、區(qū)域、輪廓等幾何實體，借助坐標變換，生成真空室的三維幾何模型，NASTRAN幾何模型是先通過UG生成三維CAD圖，然后通過PATRAN轉(zhuǎn)化為NASTRAN程序中的幾何模型，這些幾何模型實體只是用于產(chǎn)生有限元網(wǎng)格，形成計算模型的輔助工具，有限元的計算并不直接依賴于幾何實體，而是通過單元和節(jié)點來定義的。而在真空室殼體與窗口相貫的地方，形狀不連續(xù)并且出現(xiàn)突變或，如果仍然采用自動網(wǎng)格，就無法獲得合適的網(wǎng)格，這樣 圖2 真空室的有限元模型只能依靠映射網(wǎng)格，人為地指定真空室與窗口連接處的曲線或曲面上的網(wǎng)格數(shù)量及網(wǎng)格大小進行分網(wǎng)，在可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位進行網(wǎng)格加密。真空室所選用的316L不銹鋼的材料特性如下：密度：7961Kg/m3彈性模量：192Gpa泊松比：熱膨脹系數(shù)：熱導率： Cal/cm/s/C比熱：+06 CalC（夾層內(nèi)有壓力硼化水）， 窗口端面為室溫，溫度梯度以及熱變形受到限制引起的熱應(yīng)力，同時有渦流和HALO 電流引起的電磁力作用l 邊界條件 HT7U真空室是通過窗口頸管與外真空杜瓦相連的，窗口端面固定在杜瓦壁上，在每個窗口頸管上又焊有特制的焊接波紋管以吸收真空室熱脹冷縮引起的熱變形，底部是通過一個低剛性支撐固定在外杜瓦底座上，由于波紋管的存在，上垂直窗口頸管允許沿垂直方向做一定范圍內(nèi)的上下移動，水平窗口頸管可以沿水平方向運動，同時由于波紋管本身就是一個彈性構(gòu)件，窗口波紋管可用加在窗口單元上的等效彈簧邊界元來代替，波紋管在X、Y、Z三個方向上的剛度是通過實驗和理論計算獲得的。表2 X方向 Y方向 Z方向 XOY面 XOZ面 YOZ面 上垂直窗口 0 1 0 0 0 0 下垂直窗口 0 1 0 0 0 0 水平窗口 0 0 1 0 0 0 D形端面（1） 1 1 0 0 0 0 D形端面（2） 1 1 0 0 0 0 l 真空室的有限元分析一．HT7U真空室主要參數(shù)的優(yōu)化與選擇（1）真空室厚度的優(yōu)化真空室殼層厚度不僅直接影響到真空室各項力學和物理性能，而且關(guān)系著整個裝置的工程造價?？紤]到上垂直窗口很長并且是焊接在真空室本體上，真空室本體剛性又較好，因此可將真空室與頸管相連的地方視為全固定約束邊界來進行計算。為了獲得該種非標結(jié)構(gòu)的波紋管的剛度系數(shù)和應(yīng)力分布情況，建立了含有5個波的焊接波紋管結(jié)構(gòu)有限元模型，并沿垂直方向分別施加單位（1N/mm2）的載荷，模型采用板殼單元進行網(wǎng)格劃分和有限元分析的。表4波紋管波數(shù) 垂直壓力 變形量 最大應(yīng)力 剛度 5 9294N 157MPa 320N/mm 三．真空室靜態(tài)有限元力學分析結(jié)果 根據(jù)真空室的結(jié)構(gòu)尺寸，并將材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果定義成真空室有限元分析模型的實參數(shù)，就可以得到真空室在各種工況下的應(yīng)力分布情況。表5工況分類 最大應(yīng)力值 最大位移量 位置 大小 (Mpa) 位置 大小(mm) 夾層為大氣內(nèi)外側(cè)為真空 水平窗口與殼體連接處 水平喇叭窗口側(cè)面 夾層內(nèi)側(cè)為大氣外側(cè)為真空 水平窗口頸管側(cè)面上 窗口頸管側(cè)面上 夾層外側(cè)為大氣內(nèi)側(cè)為真空 水平窗口頸管側(cè)面上 窗口頸管側(cè)面上 內(nèi)外側(cè)為大氣夾層為真空 筋板與殼體 連接處 真空室D型端面處 3．工況3（夾層內(nèi)通壓力硼化水引起的應(yīng)力）：，出現(xiàn)在真空室內(nèi)外層與筋板連接的地方，出現(xiàn)在筋板、真空室殼層與水平窗口頸管相貫的地方。其結(jié)果如圖114所示。C烘烤時的應(yīng)力分析結(jié)果 單位：Kg/cm2 單位：Kg/cm2 第一種邊界條件下真空室應(yīng)力云圖 第二種邊界條件下真空室應(yīng)力云圖圖 18 真空室在100176。通過計算得知邊界條件對真空室的應(yīng)力分析結(jié)果影響較大，為了更好地反映邊界條件對真空室應(yīng)力計算的影響，以及真空室在烘烤及運行狀態(tài)下實際的受力大小，分別進行了三種情況的計算，一種是按照表2定義的邊界條件進行計算，應(yīng)力分析結(jié)果如圖17所示，250176。應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在窗口頸管與殼層相貫的地方，還有一種就是首先通過有限元分析獲得上、下垂直窗口、水平窗口以及底部低剛性支撐在X、Y、Z三個不同方向上的剛度系數(shù)，其有限元模型如圖19，然后將這些剛度系數(shù)分別加到NASTRAN模型相應(yīng)的位置上，進行計算就可得到真空室在烘烤和運行狀態(tài)下的真實應(yīng)力情況。C運行時的應(yīng)力分析結(jié)果 單位：Kg/cm2
語文相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1