關(guān)于ht-7u超導(dǎo)托卡馬克裝置真空室結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析-文庫(kù)吧資料
2025-06-28 15:56本頁(yè)面
【正文】 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(xiàng)力學(xué)和物理性能，而且關(guān)系著整個(gè)裝置的工程造價(jià)。表2給出了上垂直窗口、下垂直窗口、水平窗口六個(gè)自由度情況。C（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(shí)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(guò)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(gè)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(guò)一個(gè)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(dòng)，水平窗口頸管可以沿水平方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于波紋管本身就是一個(gè)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(lái)代替，波紋管在X、Y、Z三個(gè)方向上的剛度是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算獲得的。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(jìn)行計(jì)算：（詳細(xì)的動(dòng)態(tài)力學(xué)和結(jié)構(gòu)地震分析參見(jiàn)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(huì)受到大氣壓的不平衡作用，依照各種故障特點(diǎn)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)渦流與磁場(chǎng)相互作用引起的電磁力(5) 裝置運(yùn)行時(shí)HALO電流與磁場(chǎng)相互作用引起的電磁力(6) 真空室烘烤情況：裝置運(yùn)行前真空室要進(jìn)行250176。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 Call 元素組、材料特性和實(shí)參數(shù)的定義元素組是用于規(guī)定所使用的元素類型及相關(guān)的選擇；材料特性是用于規(guī)定有限元各節(jié)點(diǎn)單元材料的特性參數(shù)；實(shí)參數(shù)是用于規(guī)定在圖上不能標(biāo)明的元素幾何尺寸（如真空室殼體的厚度等）。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(dòng)網(wǎng)格，就無(wú)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(jìn)行分網(wǎng)，在可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位進(jìn)行網(wǎng)格加密。COSMOS和NASTRAN這兩種程序都有許多劃分網(wǎng)格的方法，如自動(dòng)網(wǎng)格和映射網(wǎng)格等。COSMOS的幾何模型是通過(guò)程序中提供的點(diǎn)、線、面體、區(qū)域、輪廓等幾何實(shí)體，借助坐標(biāo)變換，生成真空室的三維幾何模型，NASTRAN幾何模型是先通過(guò)UG生成三維CAD圖，然后通過(guò)PATRAN轉(zhuǎn)化為NASTRAN程序中的幾何模型，這些幾何模型實(shí)體只是用于產(chǎn)生有限元網(wǎng)格，形成計(jì)算模型的輔助工具，有限元的計(jì)算并不直接依賴于幾何實(shí)體，而是通過(guò)單元和節(jié)點(diǎn)來(lái)定義的。以下就是真空室有限元分析的詳細(xì)過(guò)程。然后對(duì)計(jì)算得結(jié)果進(jìn)行后處理，打印結(jié)果數(shù)據(jù)、繪制應(yīng)力和位移云圖。因此在有限元分析時(shí)，每個(gè)殼體單元都具有6個(gè)自由度，它們分別是三個(gè)中面位移UX,UY,UZ和三個(gè)中面轉(zhuǎn)角RX,RY,RZ。具體的理論推導(dǎo)可參考相關(guān)文獻(xiàn)。根據(jù)板殼理論，結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變與中面形變有以下關(guān)系： ε01,ε02,ε03是由殼體內(nèi)張力產(chǎn)生的中平面薄膜形變， 是由于殼體受到彎矩和扭矩產(chǎn)生的中平面彎曲形變。根據(jù)薄壁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在板殼結(jié)構(gòu)力學(xué)模型中，可近似地用結(jié)構(gòu)中面形變來(lái)描述結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況。正是由于HT7U真空室屬于開(kāi)孔非圓截面薄殼結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，理論上不能完全采用無(wú)矩理論方法，求解十分復(fù)雜，模型實(shí)驗(yàn)（多為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)）周期長(zhǎng)，代價(jià)高。HT7U真空室的實(shí)際結(jié)構(gòu)是由圓柱殼和環(huán)形殼拼裝組合而成，當(dāng)容器受到內(nèi)壓、外壓或集中電磁載荷作用時(shí)，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?yàn)椴荒芟嗷プ杂勺冃味a(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)。 無(wú)矩理論是殼體分析中一種近似理論，它忽略了力矩的存在，殼體上只有沿厚度方向分布均勻的法向力和剪切力，應(yīng)用十分廣泛，但必須滿足以下條件：（1）薄壁殼體，即 ，當(dāng)為厚壁殼體時(shí)，則不能忽略彎矩的作用（2）殼體的曲率半徑連續(xù)，無(wú)突變；壁厚連續(xù)；材料性能連續(xù)（3）作用在殼體上的外載荷包括機(jī)械載荷和溫差連續(xù)；不允許承受垂直于殼體的集中力和力矩作用（4）殼體邊界處的支撐為自由支撐，即邊界截面處的轉(zhuǎn)角和法向位移均不受約束；如在殼體邊界處有外力，則此外力應(yīng)作用在殼體經(jīng)線的切面以內(nèi) HT7U真空室是一個(gè)截面為D形的環(huán)體結(jié)構(gòu)，并且焊有大量的垂直和水平窗口，D形截面又是由一段直線段和五段弧連接而成，另外結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)還會(huì)受到集中電磁載荷作用，無(wú)論從幾何結(jié)構(gòu)型式，載荷情況和支撐條件幾個(gè)方面看，都存在這樣或那
語(yǔ)文相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1