iter磁体重力支撑系统的应力强度分析

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1、第28卷第4期核聚变与等离子体物理Vol.28,No.42008年12月NuclearFusionandPlasmaPhysicsDec.2008文章编号：0254-6086(2008)04-0318-06ITER磁体重力支撑系统的应力强度分析简广德，李鹏远，侯炳林，王爱科(核工业西南物理研究院，成都610041)摘要：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

2、了重要的参考数据。关键词：国际热核聚变试验堆；重力支撑系统；应力分析；韧性板；有限元+中图分类号：TL626文献标识码：A1引言的重力支撑系统是合适的。在有限元模型中，我们国际热核聚变试验堆(ITER)的重力支撑系统计算分析了包括磁体重量、热、地震力和电磁力等是ITER装置的重要组成部件之一。该部件除了承载荷以及它们之间组合的多种工况的应力分布及受整个托卡马克装置的磁体重力、热应力和电磁力位移变形。获得的最大应力强度和最大位移均在许外，还可能受到强风、地震等多种载荷的作用，在用应力及允许位移范围内。为进一步优化ITER重工作时支撑结构部件之间相互接触，产生振动激力支撑

3、系统提供了重要的参考数据。励，辐射出噪声，其情况非常复杂。在重力支撑系统设计、加工、制造之前，进行一系列相关的结构2ITER重力支撑系统的有限元模型性能的应力分析，优化确定该系统的各项基本参ITER重力支撑系统是用于支撑整个环向场线数，评估在各种复杂工况下的应力强度和稳定性圈(TF)、中心螺旋管线圈(CS)、外部极向场线圈能，论证重力支撑系统理论分析的可靠性及合理性(PF)、校正线圈(CC)和真空室系统的重量。该系统是十分必要的。包括18个置于每个环向场线圈下外部极向场线圈文献[1]对重力支撑系统作了有限元结构分析，之间的垂直重力支撑柱。这18个重力支撑柱呈圆在有限元

4、模型中，将结构简化为壳单元，螺栓简化环形均匀排列在同一圆周上，形成多周期对称结为梁单元和弹簧单元，并且把由21块韧性薄板组构。图1所示为重力支撑系统螺栓连接结构的模型成的结构，简化等效成5块韧性薄板。另外，该设图，它由韧性板(由21块厚30mm韧性薄板组成)、计采用韧性板与上下法兰为焊接工艺，加工显得异韧性板上下短板(各由20块厚19mm短板组成)、上常困难。文献[2，3]给出了壳单元建立模型的应力下法兰之间螺栓及韧性板和韧性板上下短板之间分析和模态结果。本文给出的分析结果为螺栓连接螺栓组成。组合模型，该模型比焊接模型加工容易，建造费用2.1有限元分析实体模型低。在有

5、限元模型中，采用实体单元建立模型，这如图2所示，重力支撑系统主要由TF线圈腿、更接近于真实模型。韧性板(由21块韧性薄板组成)、支撑环、支撑圆柱磁体重力支撑系统为多周期对称结构，最小和上下法兰等薄板组成，在有限元模型中采用了实旋转周期为20º，即1/18。本文采用20º最小旋转周体元素(SOLID45)，用预紧单元Pretention179模拟期边界条件建立有限元模型，这对多周期对称结构螺栓预紧力的作用。总节点数152355个，总元素收稿日期：2008−04−20；修订日期：2008−07−31作者简介：简广德(1950−)，男，重庆市江北区人，研究员，主要从事等离子

6、体理论和工程结构的数值模拟工作。第4期简广德等：ITER磁体重力支撑系统的应力强度分析319190481个。向场系统和基座的重要部件。在工作过程中，重力支撑系统上端处于低温(4K)状态，而下端处于室温(300K)状态，整个系统从上到下温度由低到高，存在一个温度梯度。支撑系统的18个支撑柱呈圆环形均匀排列在同一圆周上，主要用于支撑整个环向场系统和极向场系统的重量以及部分电磁力和热收缩力。除了在静载荷条件下要有足够的强度、刚度、稳定性以及抗震性外，还要解决运行时的热负荷，电磁力以及热胀冷缩引起的热应力所带来的影响。支撑基座(包含上下法兰)是重力支撑系统的关键组成部件。它由

7、上下压块和21块韧性薄板组成，並由螺栓连接而成。韧性薄板厚30mm、高2.3m，顶部板宽1.03m、底部板宽1.5m，板间留有19mm缝隙，上下各用20块厚19mm短板嵌入。这种结构允许TF线圈沿径向移动，同时抵抗环向和垂直方向的移动，顶端法兰通过有电绝缘键和螺栓的绝缘薄垫片连接到TF腿法兰上，底端压块通过螺栓图1重力支撑系统螺栓连接结构的模型图连接在支撑环的上表面。该部件采用奥氏不锈钢SS316LN制成，对因地震产生的垂直与水平力有足够的抵抗力。整个支撑基座结构形成大量接触面。这些接触面包括：TF腿法兰和韧性板上压块之间接触面、韧性板下压块和支撑环