iter极向场线圈磁体馈线系统超临界氦管的分析与优化

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1、ITER极向场线圈磁体馈线系统超临界氦管的分析与优化摘要核聚变实验反应堆是核电的发展趋势，lTER(InternationaIThermonucIearExperimentaIReactor)是为了验证热核聚变反应堆在技术和工程上的可行性而正在研究的一项国际问大型合作项口。馈线是lTER装置的重要纽成部分，它向磁体系统传输电流、提供冷却液和传递信号。因此，馈线系统对超导磁体线圈能否正常运行起到决定性作用。本文的主要内容概括如下：(1)本文首先介绍了受控核聚变的国内外研究现状、托卡马克的工作原理、ITER计划以及ITER装簧的主要结构。其次介绍

2、了ITER的馈线系统和极向场磁体馈线的结构。ITER共有3l套不同的磁体馈线，其中包括6个极向场磁体线圈(PF)馈线。(2)介绍了有限元分析的基本概念和步骤，有限单元法的基本思想是将物体(即连续的求解域)离散成有限个且按一定方式枉I互联结在一起的单元的组合，来模拟或逼近原来的物体。阐述有限元分析的基本力学方程：平衡方程、几何方程和物理方程。介绍了优化设计的基本理论和常用的分析软件ANSYS和HyperMesh，为超临界氦管的分析和优化提供了理论支持。(3)根据工程和物理要求，介绍了极向场磁体馈线系统的结构设计准则、应力评价准则以及材料选取准则

3、。在文rfl对管路支撑、氦管和内部支撑的设计做了详尽说明。(4)用建模软件CATIA建立了氦管及其支撑的三维模型，运用HyperMesh软件对其进行了网格划分，将得到的有限元模型导入ANSYSWbrkbench中。在氦管和支撑之问建立了摩擦接触。分析表明，氦管l和氦管3的应力均小于许用应力，满足使用要求，氦管2的最大应力超过了许用应力，因此需要改进氦管2的结构，对其进行优化设计，以满足使用要求。(5)在对氦管的结构优化中，选择氦管的厚度作为输入参数，氦管的最大应力作为输出参数，运用ANsYSwbrkbench(AwE)的实验设计法进行优化。优

4、化后的结构满足使用要求。关键词：ITER；馈线：氦管；有限元；优化AnalysisandOptimizationofPoloidalFieIdMagnetFeederSystemsSupercriticalHeliumPipeforITERABSTRACTNuclearfusionexperimentaIreactoristhetrendofnuclearpowerdeVelopment．1TER(InternationalThermonuclearExperimentalReactor)isaninternationaIresearchan

5、ddeVelopmentprojectwhichaimstodemonstratethescientificandtechnicalfeas．bilityofmsionpower．Thef．cederisanimportantpanoftheITER，whichtotransmitcurrent，liquidheIiumandinstrumentationcables．Therefore，thefeedersystemplaysadecisiVeroleinthesuperconductingmagnetcoilwhetherthenorma

6、Ioperation．MainworksofthispaperareasfoIlows．(1)Firstly，theresearchstatusofcontrollednuclearfusionandthemainstructurcofthetokamakworkingprincipleareintroduced．TheITERplanandtheITERdeVicea佗introducedtoo．Secondly'ITERmagnetfeedersystemandthefeedersystemofthelTERpoIoidaIfieIdar

7、eintroduced．Thereare3ldif-ferentsetsofmagnetf．cedersinITER，incIudingsixpoloidaI6eldmagnetcoilf．eeder(PF)．(2)Thebasicconceptsandstepsofthenniteelementanalysisisintroducedinthispaper．Thebasicconceptofthenniteelementmethodistoputtheobjectdiscretizedintofiniteandcertainintercon

8、nectedwithacombinationofunit．tosimuIateorcloset0theoriginaIobject．Thebasicmechanic