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(參考版)
2025-06-25 15:56本頁面
【正文】 總體上說真空室的應(yīng)力水準(zhǔn)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。C烘烤時產(chǎn)生的應(yīng)力最大，最大應(yīng)力出現(xiàn)在下垂直頸管與底部低剛性支撐的連接處，另外在各窗口與真空室殼層相貫的地方有應(yīng)力集中現(xiàn)象，特別是上、下垂直窗口小半徑端與殼層相貫處。C運行時的應(yīng)力分析結(jié)果 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 21 真空室在250176。表6剛度系數(shù) N/mm 垂直窗口 水平窗口 底部支撐 X方向 1680 160 146627 Y方向 32 2577 58479 Z方向 1492 2630 1602 將以上這些剛度系數(shù)分別施加到NASTRAN模型相應(yīng)的位置上，就能夠得到如下真空室在不同狀態(tài)下的應(yīng)力分布情況。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(jìn)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運行時最大應(yīng)力為207Mpa，應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在各窗口端面的邊界上以及窗口頸管與殼層相貫的地方，另一種是將所有窗口端面的約束條件解除，應(yīng)力分析結(jié)果如圖18所示，250176。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(jìn)行了三種情況的計算，一種是按照表2定義的邊界條件進(jìn)行計算，應(yīng)力分析結(jié)果如圖17所示，250176。這種熱應(yīng)力有時可能達(dá)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。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。其結(jié)果如圖116所示。其結(jié)果如圖114所示。 單位：Kg/cm2 單位：cm 圖 11 壓力硼化水引起的應(yīng)力云圖 圖 12 壓力硼化水引起的位移云圖4．工況4（真空室在由渦流引起的電磁載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力）：由于真空室上的渦流是局部形成閉合回路的，分布在整個真空室的本體上，但對真空室破壞性最強的是作用在真空室窗口附近電磁力。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。應(yīng)力分布結(jié)果如圖10所示。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(xué)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。 波紋管的計算應(yīng)力云圖和位移云圖如圖8所示。為了獲得該種非標(biāo)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(jìn)行網(wǎng)格劃分和有限元分析的。 單位：Kg/cm2, r =29mm 圖3 頸管厚為10mm的應(yīng)力分布 圖4 頸管厚為12mm的應(yīng)力分布 單位：Kg/cm2, r =37mm 圖5 頸管厚為10mm的應(yīng)力分布 圖6 頸管厚為12mm的應(yīng)力分布 從以上的計算結(jié)果看，真空室頸管小R的大小對應(yīng)力分布影響較大，如果將R的大小29mm 變成37mm，對應(yīng)的最大應(yīng)力值將下降30%左右，所以建議窗口頸管小R大小的確定，應(yīng)該是在不影響物理診斷或測量裝置的前提下應(yīng)盡可能地大，一方面有利于降低真空室上的應(yīng)力集中值，另一方面也可大大方便窗口頸管與真空室本體的焊接組裝?？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(jìn)行計算。其具體優(yōu)化結(jié)果如表3所示。
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