基于ANSYS的ITER杜瓦上环体的静力学分析.pdf

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1、第4期机械设计与制造2012年4月MachineryDesign&Manufacture103文章编号：1001—3997(2012)04—0】O3一O3基于ANSYS的ITER杜瓦上环体的静力学分析术张义赵韩汪献伟(合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009)StaticanalysisofuppercylinderofITERcryostatbasedonANSYSZHANGYi，ZHAOHan，WANGXian—wei(CollegeofMechanicalandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei23

2、0009，China)中图分类号：TH16，TL3l文献标识码：A成。各部分通过焊接方式连接，其结构，如图1所示。1引言杜瓦的主要功能是：ITER为国际热核反应堆合作计划的简称，是由欧盟、加拿(1)提供真空环境，避免过多的热载荷(对流和传导)传递到大、俄罗斯、日本、韩国、中国和美国七方共同投资1．3xl0日元磁体系统和冷屏等结构；巨资建立的，被誉为“人造太阳”的一个新能源汁划。核聚变是利(2)提供上中下三种真空室窗口；用地球上异常丰富的氘资源，进行可控高温热核聚变反应，释放(3)为磁体馈线、冷却管、仪器线路和低温泵系统等提供通道；出大量聚变能。聚变能是实现人类可持续发展较为理想和清洁的(

3、4)为CS线圈直接维护提供通道；新能源。而在实现可控核聚变的两种主要途径(磁约束和惯性约(5)通过其支撑结构传输来自托卡马克基本装置的所有载荷。束)中，磁约束托克马克装置被认为是最成熟和最有希望的1。3薄壁圆筒的应力理论分析ITER杜瓦上环体是杜瓦的重要组成部分，由l8部分组成(各部分焊接连接)，上环体的各种圆孔主要用于各种馈线系统，根据壳体理论，对于一0．1誊式中：D『__平均直径，即径比：1．2为薄壁圆筒，杜瓦为薄壁圆筒。(a)子装配(b)最终装配图l子装配、最终装配结构图薄壁圆筒是一种典型的回转壳体，根据材料力学的分析方2ITER杜瓦基本结构及功能介绍法，薄壁圆筒在内压p的作用下，

4、圆筒壁上任一点将产生两个方ITER杜瓦主要由顶盖、上环体、下环体和基座四个部分组向的应力★来稿日期：201t-06—13★基金项目：国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2009GB101004)104张义等：基于ANSYS的ITER杜瓦上环体的静力学分析第4期(1)由于内压作用于封头上而产生的轴向拉应力，称为向4上环体结构有限元分析应力或轴向应，用or表示；(2)由于内压作用下圆筒均匀m外4．1建模膨胀，在圆筒的切线方向产生的拉应力，称为周向应力或环向应由于结构对称，因此取杜瓦环体的119体模型千¨1118线力，用r，表示。除了上述两个应力分量以外，容器中沿壁厚方向面模进行静

5、力学分析，几何模型用CATIA软件成，有限元模还存在着径向应力，但是它相对O-和要小得多，所以在薄型用ANSYS软件建立。对建立的CATIAJ环体模型进行进一一步肇圆筒中不了考虑。于是可以认为，薄壁圆筒上任意一点处于二精简，略去一些尺寸较小的特征，以及一些对整体分析影响小人向应力状态。的特征，得到用于ANSYS分析的上环体『t维模型求解和r，可以使用薄壳理论，也可以利用材料力学中4．2有限元分析的截【法。作一垂直于圆筒轴线的横截面，将网筒分成两部分，保根据建立的CATIA模型，通过ANSYS干H关接15，转入留右边部分，如图2(a)所示。根据平衡条件，其轴向外力D2．p‘+ANSYS对上

6、环体进行有限元分析。必与同向内力竹D￡r，相等。对于薄壁壳体，可以近似认为内直径(1)内容描述：在ANSYS巾分两种上况(内压0．1MPA／内D等于壳体的中面直径，)。0．2MPA+0．IMPA)和两种网格模型(体模型／模型)对卜环体进即：行静应力分析。(2)材质描述：钢材牌号：ASMESA240304，其中"iT2p=由此得O-q)~-弹性模量E=210GPa，泊松比A=0．3，密度p=7850k~m(3)分析方从圆筒中取出一单位长度的圆环，并通过l，轴作垂直于x法及流程。分析方法及流程图，如图3所永(4)应力和变形结果轴的平面将圆环截成两半。取其右半部分，如图2(b)所示．．根据4．

7、2．1体单元模型r2平衡条件，半圆环上其x方向的外力为2『pR．sin0dO必与作用体单元模型图，如图4～图9所示。在Y截面上方向的内力2o"t相等，得：(I)位移r2—2J。pR,sin0d0=2o-￡由于D则：D2R，(TO~-p，／J图40．1MPa内压l／9上环体的位移(a)f}))图2薄壁圆筒在压力作用下的平衡面布岳局对称辚，有完整，f：增槽能反映』：环体f体现枢关功能属性的部分1／18视面模、提取上环体1／9体模型：建讧