CAE在同步辐射装置挡光元件设计中的应用

针对第三代同步辐射装置挡光元件承受极高热负载、设计难度大的问题,综述CAE在其设计中的应用情况:借助有限元分析可以获得挡光元件关键部件吸收体的最高温度和最大应力这两个最主要设计参数;通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件模拟可以获得吸收体中冷却管道的对流换热与流动阻力特性参数;采用热弹塑性有限元分析可以获得用于低周疲劳寿命预估的吸收体热应力应变迟滞循环.下一步工作将围绕当今研究的核心问题——基于低周疲劳的设计准则展开,包括同步辐射高热负载作用下低周疲劳裂纹的起裂寿命和扩展寿命预测,以及吸收体倾角、表面光滑度、冷却管道排布等对寿命的影响.这些研究均需要充分利用CAE的强大分析功能.

上海光源挡光元件的热疲劳寿命评估

以上海光源(SSRF)前端区挡光元件结构为分析对象,进行热负载作用下的温度和弹塑性应力有限元模拟,采用修正的Von Mises等效应变模型并结合Miner线性累积损伤理论进行疲劳寿命预估,同时考虑表面粗糙度的影响以及光束长时间照射的保持效应,最终给出挡光元件的热疲劳寿命评估方法,并依此提出挡光元件的有限寿命的设计方法,以达到改善目前保守的设计、提升装置的总体性能的目的。

基于损伤容限设计的同步辐射装置挡光元件热疲劳寿命分析

以同步辐射装置前端区挡光元件为分析对象,通过低周疲劳试验得到元件制作材料的裂纹扩展速率公式,利用热负载下典型元件结构的温度和弹塑性应力应变有限元模拟结果,采用损伤容限设计方法并结合Miner线性损伤累积理论进行元件疲劳寿命分析,据此提出基于损伤容限设计理论的挡光元件热疲劳有限寿命设计方法。结果显示,静强度设计方法过于保守,局部应力应变分析法也有不足,基于损伤容限设计的元件有限寿命设计方法可为装置总体性能的提升提供参考。