【正文】 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。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。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：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。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。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。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。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。1． 引言 HT7U真空室結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，它是一個截面為D形的雙層環(huán)體結(jié)構(gòu)，降低中子在超導(dǎo)磁體上的核熱沉積和對環(huán)境的污染，并且根據(jù)物理要求，還開有水平和上下垂直窗口，用于診斷、加熱、抽氣、充氣、冷卻等。這樣一方面由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，在窗口頸管與真空室本體連接處將產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力，另一方面由于器壁材料被削弱，會引起應(yīng)力增加和容器強度的減弱，在局部連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中，另外加上真空室需要烘烤所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，以及等離子體破裂和垂直不穩(wěn)定事件所產(chǎn)生的電動力，使得真空室的載荷工況極其復(fù)雜。在HT7U超導(dǎo)托卡馬克裝置真空室結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，為了獲得準確的設(shè)計依據(jù)，在充分利用我所現(xiàn)有的有限元軟件COSMOS的同時，借助我國航空部門使用的成熟的有限元軟件NASTRAN 對真空室有限元分析進行了詳盡的力學(xué)計算和校核。具體的理論推導(dǎo)可參考相關(guān)文獻。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(dǎo)率： Cal/cm/s/C比熱：+06 Cal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。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。總體上說真空室的應(yīng)力水準是在安全強度范圍內(nèi)，具體的應(yīng)力分析評定和真空室動態(tài)應(yīng)力結(jié)構(gòu)分析將在另外的報告中給出。這種熱應(yīng)力有時可能達到很大的數(shù)值，如果不限制該應(yīng)力大小，足以使真空室發(fā)生破壞，所以真空室的熱應(yīng)力分析非常重要。 波紋管的計算應(yīng)力云圖和位移云圖如圖8所示。根據(jù)第二章載荷工況的分類，真空室的靜態(tài)載荷有限元分析可分成以下工況進行計算：（詳細的動態(tài)力學(xué)和結(jié)構(gòu)地震分析參見第七張）(1) 真空室的內(nèi)側(cè)、外側(cè)或夾層等某處真空被破壞后，真空室就會受到大氣壓的不平衡作用，依照各種故障特點分成以下四種情況：A．夾層和內(nèi)側(cè)為大氣，外側(cè)為真空B．夾層和外側(cè)為大氣，內(nèi)側(cè)為真空C．夾層為大氣，內(nèi)外側(cè)為真空D．夾層為真空，內(nèi)外側(cè)為大氣(2) (3) 由于真空室本身及內(nèi)部部件引起的自重(4) 真空室上感應(yīng)渦流與