基于ANSYS的ITER重力支撑系统的热应力分析

针对国际热核实验反应堆(ITER)重力支撑系统具有周期对称性的特点,提出了ITER重力支撑系统的有限元模型的建模方法。应用ANSYS软件,采用精度较高且计算规模又可接受的单元网格划分方法,得到了网格划分图,建立了ITER重力支撑系统环向20°三维有限元模型,并对该模型进行了稳态热分析、热-结构耦合分析。获得了ITER重力支撑系统各零件的热应力分布及最大热应力,并分析了这些零件的强度。热应力分析的结果为ITER重力支撑系统的设计或改进提供了可靠的理论依据。

静载荷与地震载荷作用下ITER重力支撑系统有限元静力分析

针对ITER重力支撑系统的特点,提出了ITER重力支撑系统的有限元静力分析方法。应用AN-SYS软件,建立了ITER重力支撑系统三维实体模型。采用精度比较高,且计算规模又可以接受的单元网格划分方法,进行网格划分。在Volume之间的界面上定义接触单元。得到了支撑系统有限元模型。对同时受静载荷与地震载荷作用的ITER重力支撑系统进行了有限元静力分析。获得了支撑系统各零件的应力分布及最大应力,分析了这些零件的强度。结果表明:TF腿、韧性板、环形支撑和支撑圆柱的最大应力分别出现在TF腿与等效环向壳连接处、韧性板与其下法兰焊接的拐角处、环形支撑上端面与其内部加强筋的交接处、支撑圆柱的上端面,这些最大应力都小于其相应的许用应力,按照ASME压力容器评定标准,支撑系统各零件均满足强度要求。静力分析的结果为ITER重力支撑系统的设计或改进提供了可靠的理论依据。

ITER纵场磁体支撑屈曲分析与半原型测试件初步设计

针对新设计的ITER纵场重力支撑结构特点,用ANSYS有限元软件对它建立了有限元模型。采用Block Lanczos方法求出了ITER重力支撑的屈曲特征值。分析结果表明ITER重力支撑不会发生屈曲。为了确保新设计结构的可靠性,初步设计了全尺寸支撑的半原型件拟用来对支撑进行工程受力测试。

基于ANSYS的ITER重力支撑系统特征值屈曲分析

针对ITER重力支撑系统的结构特点,应用有限元软件ANSYS,建立了ITER重力支撑系统的有限元模型。采用Block Lanczos方法对ITER重力支撑系统在静载荷与地震载荷同时作用下的稳定性进行了特征值屈曲分析,求出了ITER重力支撑系统的前3阶屈曲特征值和特征值屈曲模态。结果表明ITER重力支撑系统不会发生屈曲,韧性板是整个支撑系统中最易发生屈曲的零件。屈曲分析的结果对ITER装置的设计与改进具有一定的指导意义。

ITER纵场磁体支撑原型件三维加载测试平台设计

根据ITER运行的主要危险工况,设计了一个专用的三维加载测试平台,并对该测试平台进行了结构有限元分析。有限元分析结果表明,三维测试平台结构有足够的强度和刚度,能满足磁体支撑原型件的三维加载测试的精度要求,可以用该设计方案进行制造。为了确信三维加载测试的可靠,制定了专门的三维加载测试平台的验收方案并按此方案对测试平台进行了可靠性测试。

ITER纵场磁体重力支撑的两种初步更改设计方案

由于原参考设计的ITER纵场磁体重力支撑座的真空电子束焊接难度,对支撑座进行了两种方案的更改设计。将支撑座部件从中间剖分成相等两半的"一分为二电子束焊接方案"设计以及取消焊接工艺的"螺栓夹紧方案"设计。用解析法和有限元法对这两种设计进行了屈曲分析,它们都有足够的安全裕度,表明这两种方案都可行。通过对这两种方案的比较,由于"螺栓夹紧方案"制造简单、废品率低、极大地降低制造费用、生产周期缩短,建议采用"螺栓夹紧方案"。

静载荷作用下的ITER重力支撑系统有限元静力分析

针对ITER重力支撑系统的特点,提出了ITER重力支撑系统的有限元静力分析方法。应用ANSYS软件,建立了ITER重力支撑系统三维实体模型。采用精度比较高,且计算规模又可以接受的单元网格划分方法,进行网格划分。在Volume之间的界面上定义接触单元。得到了支撑系统有限元模型。对受静负载作用的ITER重力支撑系统进行了有限元静力分析。获得了支撑系统各零件的应力分布及最大应力,分析了这些零件的强度。静力分析的结果为ITER重力支撑系统的设计或改进提供了可靠的理论依据。

ITER聚变装置重力支撑静应力数值模拟

应用ANSYS软件对ITER聚变装置重力支撑结构进行了静应力有限元分析,模拟了重力支撑在工作过程中多种工况的应力变化情况。静应力计算结果表明,支撑结构各部件的应力低于材料的许用应力极限,因此支撑结构,尤其是21块韧性板部件能在各种工况下安全运行。

ITER纵场磁体支撑变更设计的螺栓问题探讨

用解析法分析了螺栓的受力情况,计算出了螺栓的预紧力,设计了各种螺栓的参数,介绍了变更设计中用超级螺栓来防松的问题,提出了用全尺寸的螺栓模型和支撑结构的装配模型进行实际工程测试研究来增加设计的可靠性,为ITER纵场磁体支撑的螺栓结构设计提供了工程参考。

高温超导储能应用研究的新进展

简要回顾了用于高温超导储能磁体的高温超导磁体材料的性能;重点介绍了近年来几种类型的高温超导储能磁体的研究新进展;然后分别介绍了Bi-2212和Bi-2223高温超导储能磁体的研究情况;最后简述了将来可能用YB-CO(或NdBCO)涂层导体材料设计在液氮温区运行的高温超导储能磁体。

焊接方法对316LN奥氏体不锈钢焊缝金属低温韧性的影响

采用手工TIG焊、手工MAG焊及窄间隙自动TIG焊分别对超导聚变堆用316LN奥氏体不锈钢进行焊接试验,并在液氮温度下进行夏比冲击试验。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等研究了接头微观组织及夹杂物对奥氏体不锈钢焊缝金属低温韧性的影响。结果表明,两种TIG焊焊缝金属77K冲击韧性均达到100J以上,满足超导聚变堆设计要求。手工MAG焊焊缝金属77 K冲击韧性不到80 J,未能达到要求,其焊缝中具有方向性的粗大柱状晶及Si O2等硬脆夹杂物的大量析出导致手工MAG焊焊缝金属低温韧性最低。窄间隙自动TIG焊微观组织为大量胞状晶,气体保护效果好,夹杂物少,且母材中含量较高的S元素形成高塑性的MnS包裹在硬脆夹杂物上,其低温冲击韧性最好。手工TIG焊焊缝微观组织较手工MAG焊要好,但气体保护效果比窄间隙自动TIG焊要差,夹杂物较多,其低温韧性介于二者之间。

国际热核聚变实验堆重力支撑制造概述

本文从ITER重力支撑(GS)的结构和运行工况出发,分析了GS支撑的结构特点,全面介绍了GS支撑制造中组装、焊接、清洁以及氦检漏等关键制造工艺的难点和解决方案,并最终完成满足ITER要求的重力支撑产品。作为重要的基础性支撑部件,GS的成功制造将为ITER主机安装建设提供坚实的基础。

超导在受控核聚变能磁体工程研究中的应用概述

简要地叙述了受控核聚变反应的基本原理和实现受控核聚变反应的托卡马克装置。介绍了利用低温超导铠装式电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,CICC)在核聚变中的优点和存在的问题。探讨了可能用的高温超导聚变磁体面临的一些技术难题。

高温超导体在未来聚变装置中的应用

简要地介绍了磁约束托卡马克装置中用超导磁体代替常规磁体的发展方向 ;叙述了可能用在聚变中的两类高温超导材料 ,并讨论了托卡马克磁体对高温超导体的特殊要求 ;描述了高温超导体的聚变应用进展 ;介绍了高温超导电流引线以及 A- SSTR2反应堆高温超导环场 (TF)

ITER磁体支撑结构多维加载系统测控系统的设计

为了验证ITER磁体支撑结构的可靠性,建立了多维加载测试平台对支撑部件进行机械性能检测。测量控制系统由7台EDC控制器、计算机系统、16通道准动态应变仪、25只位移传感器、7套油缸中的负荷和位移传感器组成。基于可编程语言,利用EDC220数字控制器实现了多通道协调加载的测量和控制过程,完成了7套双油缸高精度同步控制实验。针对典型的加载工况进行工程测试。结果表明,测控系统设计合理,控制系统可靠,能满足下一步的实验要求。

辅助加热下HL-2A边界层等离子体数值模拟

以二维边界等离子体流体模拟代码B2.5为核心,编制适合于具有封闭偏滤器位形特征托卡马克的边界层网格划分代码和计算后处理代码.模拟分析HL-2A托卡马克有约3MW辅助加热功率时的边界等离子体特性.结果表明,偏滤器靶板前形成了致密低温等离子体,偏滤器运行于高再循环状态.

ITER聚变装置重力支撑有限元模态分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了ITER装置重力支撑结构环向20°的三维有限元模型,采用子空间法对ITER重力支撑结构系统进行了有限元模态分析,求出了重力支撑系统的前10阶固有频率和振型,并对振型特点进行了分析。

ITER磁体重力支撑系统的应力强度分析

用ANSYS有限元软件,分析了ITER重力支撑系统的静力情况。采用实体单元建立有限元模型,分析了磁体重量、热载荷、地震和电磁力多种工况下的应力分布及位移变形,获得的最大应力强度和最大位移均在许用应力及允许位移范围内。为进一步优化ITER重力支撑系统提供了重要的参考数据。

CFETR内冷屏结构方案初探

基于现有冷屏结构,结合CFETR聚变堆装置的结构特点,提出了一种沿冷却板厚度方向钻冷却通道的深孔结构方案。对内冷屏各部件设计了并联加串联的特殊流道,采用有限元法计算了该方案内冷屏各部件的温度分布。结果表明,采用深孔法冷却方式,冷屏温度分布更均匀,降温效果更好。在输出辐射功率相近的条件下,深孔法的冷却方式可将表面辐射率上限由0.05提高到0.075,能用低表面辐射率和低活化性材料如铬和钨元素作为冷屏表面涂层替代银涂层。

CFETR磁体支撑初步概念设计

描述了中国聚变工程实验堆(CFETR)磁体支撑系统的初步工程概念设计,介绍了纵场(TF)磁体支撑和极向场(PF)磁体支撑的结构设计。用解析法和有限元法对磁体支撑进行了初步的分析。分析结果表明,该设计基本满足磁体支撑的要求。