ITER馈线系统冷质支撑的设计与研究

发布时间：2020-04-25 23:54

【摘要】：冷质支撑是国际热核聚变实验堆ITER馈线系统中的重要支撑部件,而且能够将ITER装置中的馈线、线路、管道所受的各种载荷传递给外部管道,确保馈线系统的可靠运行。该部件是热核聚变实验堆建造时需进行设计、测试的重要部件之一,它承受多项载荷的共同作用,为馈线系统提供稳定的运行条件。文章主要从冷质支撑的优化设计、结构力学的有限元分析、测试平台设计搭建及实验过程等几个方面入手进行深入研究,运用三维绘图软件CATIA、有限元分析软件ANSYS、工程测试机械和工程测试后终端等手段,得到了冷质支撑机械强度和摩擦系数等性能参数,通过理论分析,最终确定了支撑结构设计的合理性及可靠性。本文分项展开冷质支撑及相关零部件的设计、分析、制造和测试研究,完成的内容主要包括以下四方面:1.冷质支撑的设计。针对不同零部件,根据具体的设计要求及工况分析,运用计算机三维设计软件对研究对象进行结构建模与优化;在进一步的设计过程中优化选取了可靠制造材料。初步确定零部件的各项基本尺寸参数,为有限元分析提供原始依据。2.有限元静力学分析。冷质支撑部件工况较为恶劣,所受载荷也比较负载多变,通过有限元分析软件对所设计的对象进行可靠性研究;对部件中所运用的零部件进行同载荷作用效果的评估。提出了静力学分析的方法,总结了机构设计的利弊。3.测试平台的设计。测试平台设计包括两方面内容:机械强度测试平台的设计和摩擦测试平台的设计。因机械强度测试因模拟工况条件难度较大,所以测试平台的设计比较复杂。测试过程仔细考虑了平台建设难易程度、时间与载荷同步、载荷步的确定、检测变量信号的采集处理等各项技术问题,并给出了可行的试测试方案。4.搭建试验平台与测试。完成测试平台的建造,重点是冷质支撑件的测试。测试模拟实际工况条件,进行了机械强度和测试摩擦测试两项内容,在各设计载荷步下检测记录测点的实时数据并进行整理、分析。在满载条件下,支撑件能够满足正常工作要求且不被损坏。
【图文】：

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核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题合作计划。ITER 系统中，超导馈线系统 Feeder 在主机磁体起到电流引线）、冷却循环、测控信号等重要功能；Feeder 维持和控制磁的工况下正常可靠地运行，是为维持磁体运行与信号及能量传输相 ITER 热核实验堆真正意义上的“生命线”。如图 1-1 所示。

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图 1-2 Feeder 内部结构及 CMS 示意图Fig.1-2 Feeder internal structure and CMS本课题主要是承接了冷质支撑的设计、分析、制造、测试等综合项目，课题研究完成以后可以为冷质支撑的设计、制造、交付提供更多的有价值的理论与实际参通过对冷质支撑的有限元分析，得到其在不同载荷下的应力应变情况，，一方面结果反馈给设计工作组作为改进设计的理论依据；另一方面可以为后期的测试工供重要的参考数据。实际的机械测试能够最真实地反应冷质支撑在实际工况下的应力应变情况，测能够全面地检测其综合机械性能，是 CMS 交付国际工程项目组前的最后“考验”之一。若冷质支撑不能满足最终的验收要求，则测试的结果可以为后续设计、改工作提供重要的参考数据。在 ITER 系统中，每条 Feeder 馈线上使用的冷质支撑数量因实际馈线长度变化不同，但对于单件 CMS 来说，其所承担的作用都是相同的：即支撑起 Feeder，馈线能够在正常的工作范围内传递、减小作用在其上的各项载荷，维持系统的正
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL64

【参考文献】