關(guān)于ht-7u超導(dǎo)托卡馬克裝置真空室結(jié)構(gòu)的強度分析-文庫吧在線文庫
【正文】 — DYNAN3DNASTRAN 注：早期建造的托卡馬克裝置如ASDEX等采用的都是使用SAP有限元程序.近年來，國外一些大型有限元商業(yè)軟件發(fā)展較快，其中最著名的有NASTRAN，ANSYS，COSMOS等，它們在功能、求解問題的規(guī)模以及前后處理方面都有了較大改進。ANSYS有限公司由John Swanson博士創(chuàng)建于1970年，經(jīng)過30年的發(fā)展和版本的推陳出新，憑借其先進的技術(shù)和可靠的質(zhì)量，ANSYS軟件已得到世界諸多行業(yè)的認證，在國際上是ASME（美國機械工程師學(xué)會）、NQA（美國核安全局）認證的標準軟件之一，在中國也通過了全國壓力容器標準化委員會的嚴格考核，成為與中國壓力容器行業(yè)標準(JB473295)相適應(yīng)的設(shè)計分析軟件。殼體中的彎矩效應(yīng)不能忽略，若采用無矩理論計算應(yīng)力顯然不合適。由于中面形變反映了整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況，所以空間殼體的應(yīng)力分析的控制方程可以用六個中面形變的偏微分方程來描述。l 幾何模型的建立基于真空室的對稱性，選取了真空室的1/16段（包括一個水平窗口、一個上垂直窗口、一個下垂直窗口）為分析對象，真空室及其內(nèi)外殼層之間的筋板位置的相關(guān)幾何尺寸如圖1所示。由于HT7U真空室是一種薄殼結(jié)構(gòu)，其壁厚遠遠小于部件的整體尺寸，因此在有限元分析時如果將其視為一般的三維實體（SOLID）處理，不僅會增加網(wǎng)格難度，而且由于網(wǎng)格的崎變而不能獲得較為理想的計算結(jié)果，如果采用板殼單元模型進行分析，不僅可以簡化分析計算，而且可以獲得更為準確的分析計算結(jié)果，鑒于此，真空室的有限元分析采用了薄殼單元，但究竟選用什么形式的薄殼單元計算結(jié)果精度高、收斂快，對工程設(shè)計能夠更安全、更保守的參考依據(jù)，為了驗證這一點，COSMOS和NASTRAN分別采用了三結(jié)點三角形單元和四結(jié)點矩形單元進行分析計算。“0”表示固定，“1”表示自由。二．波紋管剛度及應(yīng)力計算 真空室窗口頸管上的波紋管是采用厚度為1mm的不銹鋼板壓制成型后焊接而成，具體的制作過程詳見第九章。 單位：Kg/cm2 單位：cm 圖 9 自重引起的應(yīng)力云圖 圖 10 自重引起的位移云圖2．工況2（大氣壓作用引起的應(yīng)力）：這種工況又可分成四種不同的工況，其結(jié)果如表5所示。 單位：Kg/cm2 單位：cm 圖 13 渦流電磁力引起的應(yīng)力云圖 圖 14渦流電磁力引起的位移云圖 單位：Kg/cm2 單位：cm圖 15 HALO流電磁力引起的應(yīng)力云圖 圖 16 HALO流電磁力引起的位移云圖四．真空室熱應(yīng)力分析結(jié)果HT7U真空室除了受自重、大氣壓、硼化水壓和電磁載荷等作用力外，還受到由 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 17 真空室在250176。C烘烤時最大應(yīng)力為113MPa，100176。所以在設(shè)計時必須考慮這些地方的結(jié)構(gòu)加強。 單位：Kg/cm2 單位：mm 第三種邊界條件下真空室應(yīng)力云圖 第三種邊界條件下真空室應(yīng)力云圖圖 20 真空室在100176。在真空室有限元模型上加上計算獲得的真空室溫度場分布結(jié)果，（參見《HT7U溫度場分析》），并定義好真空室的各項熱性能參數(shù)及邊界條件。出現(xiàn)在下垂直窗口頸管與真空室殼層相貫的地方，出現(xiàn)在真空室的上窗口端。 圖7 波紋管應(yīng)力云圖（單位：MPa） 圖8 波紋管位移云圖 （單位：mm） 波紋管的計算結(jié)果如表4所示。表3工況 真空室內(nèi)外層壁厚 最大應(yīng)力 最大位移 夾層通硼化水內(nèi)外側(cè)為真空真空室上有電動力和HALO電流產(chǎn)生的作用力() 6mm 173MPa 7mm 147 MPa 8mm MPa 10mm MPa （2）上垂直窗口頸管厚度的計算 由于上垂直窗口頸管較長，當(dāng)真空室夾層和內(nèi)側(cè)為大氣，外側(cè)為真空時，窗口中間部分的應(yīng)力值往往會超過材料的許用應(yīng)力，且應(yīng)力集中，為了對這部分的情況有進一步的了解，減少網(wǎng)格劃分引起的不必要的誤差，需要單獨取出窗口部分，細化網(wǎng)格進行計算。C的烘烤（夾層內(nèi)有壓力硼化 水），溫度梯度以及變形受到限制引起的應(yīng)力(7) 裝置運行時極端危險情況：真空室壁溫維持在100176。在劃分HT7U真空室模型時，形狀比較規(guī)則的地方采用自動網(wǎng)格，所有節(jié)點網(wǎng)格的產(chǎn)生都是計算機根據(jù)幾何模型的特征自行計算獲得的，這樣所達
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