CFETR真空室预研件的结构分析与优化研究
发布时间：2021-08-30 07:50
中国聚变工程实验堆（CFETR）是一个全超导托卡马克装置,为国际热核聚变实验堆（ITER）与聚变示范电站（DEMO）之间搭建技术桥梁。真空室（VV）作为维持托卡马克稳定运行的核心部件,其结构性能对装置的安全运行有着直接的影响。重力支撑部件是承载真空室及其内部部件重力和各种机械载荷的关键部件。中国聚变工程实验堆真空室预研件（CFETR VV mock-up）的建造即为了研究真空室的加工制造,力学分析等关键问题。开展CFETR真空室预研件重力支撑结构设计和真空室所处工况的分析评估,并利用Isight软件进行重力支撑弹性板的结构优化,主要工作内容如下:1.通过对核聚变发展和托卡马克装置的调研,介绍可控核聚变的背景及发展。随后介绍真空室部件在聚变反应中的功能并综述了全国各大托卡马克装置的发展现状,指出论文的研究内容和意义。2.比较不同设计方案的优劣之后,确定CFETR真空室预研件重力支撑的结构设计方案。利用CATIA三维软件创建真空室及其重力支撑详细结构模型和简化模型,选用316L（N）作为真空室的材料并分析其材料特性。3.对真空室展开仿真分析,包括单工况分析和组合工况分析,得到各工况下真空室...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１托卡马克主要结构示意图??
?第一章绪?论???和应力，除了外圈的支撑外，还在ＪＥＴ真空室内圈上补充了两个支撑环以防止??过大的径向变形对整体装置产生不可估计的影响。??圓??图１．２?ＪＥＴ真空室结构图??日本ＪＴ－６０ＳＡ装置的建造旨在解决等离子体运行的关键工程和物理问题。??ＪＴ－６０ＳＡ真空室同样采用双层Ｄ型环结构，层间布置加强筋增强结构强度。但其??真空室采用非均匀分段，为了运输和搬运，由７段４０°环，２段３０°环和１段２０°??环组成，外围大直径为９．９５ｍ，高度为６．６３ｍ。壳体厚度为１８ｍｍ，壳体之间设??计出１６０ｍｍ的空腔。整体建造工作现已结束，ＫｅｉＭａｓａｋｉ［１２］等人讨论了真空室??部件之间的组装顺序，并提出了一种在托卡马克大厅内进行装配的计划。首先将??低温恒温器底座安装在大厅内，设置装配框架和导轨。再对３个４０°扇区段进行??装配并焊接成１２０°真空室扇区段。随后装配其他扇区直至３４０°。安装好预先组??装完成的重力支撑后插入环向场线圈后，完成最后２０°扇区段的装配工作。Ｙｕｓｕｋｅ??Ｓｈｉｂａｍａ〖１３］等人则主要论述了厅内安装真空室扇区的概念和扇区焊接技术。厅内??安装主要基于直接对接接合和拼接板接合。通过４０°扇区之间直接对接接口的三??条焊接线，将由于积累误差和焊接变形误差导致的位移均匀地分布在整体圆环中。??超过８０°的扇区则与拼接板焊接在一起。最后和相邻的两个３０°扇区段通过两侧??的拼接板焊接为一个整体。Ｙ．?Ｓｈｉｂａｍ＃４］等人开发了真空室扇区和环向场线圈在??托卡马克大厅内装配的高精度方法。这种在厅内的装配技术可将环向磁场的磁场??误差控制在０．０１％之内。各组件的位置由０．５ｍｍ空间
?第一章绪?论???後ｒｔ丨．窗ｍ??ＷｍＷ??，ｒｔ?Ｊｌ?＇ｆｔｉｉ?ｂＷｎ??图１．３?ＪＴ－６０ＳＡ真空室结构图??ＩＴＥＲ装置真空室主体为双层Ｄ型环状结构，其体积最大，外围最大直径为??１９．４ｍ。内外壳厚度为６０ｍｍ，内外壳体依靠焊接加强筋和柔性支撑柱连接。其??每段扇区均为４０°，这样的扇区设计更容易真空室主体的制造，装配以及运输。??单个真空室扇区段从极向方向上分为４个段焊接。在上个世纪末，ＩＴＥＲ最早开??展了?１８°真空室扇区段的预研件来验证真空室制造和装配的相关技术。整个扇区??由两个９°的扇区段焊接组成，用以验证不同制造程序和焊接技术的性能［１６］。Ｍ??Ｎａｋａｈｉｒａ＾等人论述了整个扇区预研件的制造和测试过程，该预研件的制造和装??配满足±３ｍｍ的公差要求。真空室壳体之间充满着壁内屏蔽块和硼化冷却水。壁??内屏蔽块约为８９００个，由不同尺寸和不同材料组成。壁内屏蔽块可减少等离子??体运行期间的环向磁场的波动，提供中子屏蔽作用。徐青青［１８】研究了等离子体主??破裂事件下真空室内包层电磁－热－机械耦合分析，根据事故在不同的情况下对包??层展开应力分析，并评定了应力是否符合设计标准，结果显示氦冷包层在该工况??下能够保证结构的完整性。Ａｎｄｒｅｓ?ＤａｎｓＰｌ等人详细介绍了?ＩＴＥＲ真空室部件在欧??洲设计和制造等进程，以及这些过程中的一些技术挑战。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同位形大破裂工况下CFETR真空室预研件的电磁载荷分析[J]. 俞志伟,陆坤,葛剑,倪小军. 核聚变与等离子体物理. 2020(03)
[2]CFETR 1/32真空室机加工件的激光测量研究[J]. 吉海标,刘志宏,吴杰峰,马建国,范小松,顾永奇. 核聚变与等离子体物理. 2019(04)
[3]基于遗传算法的飞机机翼结构优化设计研究[J]. 李郁,张亚锋,孙军栋. 航空计算技术. 2019(03)
[4]基于响应面和遗传算法的尾座式无人机结构参数优化[J]. 刘文帅,姚小敏,李超群,张梦飞,淡煦珈,韩文霆. 农业机械学报. 2019(05)
[5]CFETR物理与工程研究进展[J]. 高翔,万宝年,宋云涛,李建刚,万元熙. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[6]HL-2M真空室塞焊的设计及强度分析[J]. 李勇,冉红,蔡立君,刘德权,曹曾. 真空. 2016(04)
[7]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[8]EAST超导托卡马克[J]. 万宝年,徐国盛. 科学通报. 2015(23)
[9]聚变堆偏滤器冷却通道结构优化分析[J]. 钱新元,宋云涛,叶民友,彭学兵,陈培铭. 原子能科学技术. 2015(07)
[10]HL–2M装置真空室设计与分析[J]. 冉红,曹曾,蔡立君,李勇,袁应龙. 核聚变与等离子体物理. 2014(03)
博士论文
[1]J-TEXT托卡马克水平位移控制的建模与优化[D]. 余文曌.华中科技大学 2015
硕士论文
[1]大型可组合式电子束焊接真空室设计[D]. 丁睿.哈尔滨工业大学 2019
[2]等离子体瞬态事故下CFETR氦冷固态包层电磁-热-机械综合分析[D]. 许青青.中国科学技术大学 2019
[3]基于ISIGHT的油船结构优化技术研究[D]. 白泽坤.大连理工大学 2019
[4]GDC电极冷却流道系统性能研究及优化设计[D]. 江晟昊.西南交通大学 2019
[5]地震动摇摆分量对高柔结构地震响应的影响研究[D]. 黄玮松.武汉理工大学 2018
[6]CFETR真空室设计模块的研发[D]. 朱晨.中国科学技术大学 2017
[7]SZ系列真空泵常见事故分析与优化设计[D]. 张肖丽.沈阳大学 2015
[8]CFETR遥操作转运车的设计及其部件的分析优化[D]. 程汉龙.中国科学技术大学 2014
本文编号：3372384
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１托卡马克主要结构示意图??
?第一章绪?论???和应力，除了外圈的支撑外，还在ＪＥＴ真空室内圈上补充了两个支撑环以防止??过大的径向变形对整体装置产生不可估计的影响。??圓??图１．２?ＪＥＴ真空室结构图??日本ＪＴ－６０ＳＡ装置的建造旨在解决等离子体运行的关键工程和物理问题。??ＪＴ－６０ＳＡ真空室同样采用双层Ｄ型环结构，层间布置加强筋增强结构强度。但其??真空室采用非均匀分段，为了运输和搬运，由７段４０°环，２段３０°环和１段２０°??环组成，外围大直径为９．９５ｍ，高度为６．６３ｍ。壳体厚度为１８ｍｍ，壳体之间设??计出１６０ｍｍ的空腔。整体建造工作现已结束，ＫｅｉＭａｓａｋｉ［１２］等人讨论了真空室??部件之间的组装顺序，并提出了一种在托卡马克大厅内进行装配的计划。首先将??低温恒温器底座安装在大厅内，设置装配框架和导轨。再对３个４０°扇区段进行??装配并焊接成１２０°真空室扇区段。随后装配其他扇区直至３４０°。安装好预先组??装完成的重力支撑后插入环向场线圈后，完成最后２０°扇区段的装配工作。Ｙｕｓｕｋｅ??Ｓｈｉｂａｍａ〖１３］等人则主要论述了厅内安装真空室扇区的概念和扇区焊接技术。厅内??安装主要基于直接对接接合和拼接板接合。通过４０°扇区之间直接对接接口的三??条焊接线，将由于积累误差和焊接变形误差导致的位移均匀地分布在整体圆环中。??超过８０°的扇区则与拼接板焊接在一起。最后和相邻的两个３０°扇区段通过两侧??的拼接板焊接为一个整体。Ｙ．?Ｓｈｉｂａｍ＃４］等人开发了真空室扇区和环向场线圈在??托卡马克大厅内装配的高精度方法。这种在厅内的装配技术可将环向磁场的磁场??误差控制在０．０１％之内。各组件的位置由０．５ｍｍ空间
?第一章绪?论???後ｒｔ丨．窗ｍ??ＷｍＷ??，ｒｔ?Ｊｌ?＇ｆｔｉｉ?ｂＷｎ??图１．３?ＪＴ－６０ＳＡ真空室结构图??ＩＴＥＲ装置真空室主体为双层Ｄ型环状结构，其体积最大，外围最大直径为??１９．４ｍ。内外壳厚度为６０ｍｍ，内外壳体依靠焊接加强筋和柔性支撑柱连接。其??每段扇区均为４０°，这样的扇区设计更容易真空室主体的制造，装配以及运输。??单个真空室扇区段从极向方向上分为４个段焊接。在上个世纪末，ＩＴＥＲ最早开??展了?１８°真空室扇区段的预研件来验证真空室制造和装配的相关技术。整个扇区??由两个９°的扇区段焊接组成，用以验证不同制造程序和焊接技术的性能［１６］。Ｍ??Ｎａｋａｈｉｒａ＾等人论述了整个扇区预研件的制造和测试过程，该预研件的制造和装??配满足±３ｍｍ的公差要求。真空室壳体之间充满着壁内屏蔽块和硼化冷却水。壁??内屏蔽块约为８９００个，由不同尺寸和不同材料组成。壁内屏蔽块可减少等离子??体运行期间的环向磁场的波动，提供中子屏蔽作用。徐青青［１８】研究了等离子体主??破裂事件下真空室内包层电磁－热－机械耦合分析，根据事故在不同的情况下对包??层展开应力分析，并评定了应力是否符合设计标准，结果显示氦冷包层在该工况??下能够保证结构的完整性。Ａｎｄｒｅｓ?ＤａｎｓＰｌ等人详细介绍了?ＩＴＥＲ真空室部件在欧??洲设计和制造等进程，以及这些过程中的一些技术挑战。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同位形大破裂工况下CFETR真空室预研件的电磁载荷分析[J]. 俞志伟,陆坤,葛剑,倪小军. 核聚变与等离子体物理. 2020(03)
[2]CFETR 1/32真空室机加工件的激光测量研究[J]. 吉海标,刘志宏,吴杰峰,马建国,范小松,顾永奇. 核聚变与等离子体物理. 2019(04)
[3]基于遗传算法的飞机机翼结构优化设计研究[J]. 李郁,张亚锋,孙军栋. 航空计算技术. 2019(03)
[4]基于响应面和遗传算法的尾座式无人机结构参数优化[J]. 刘文帅,姚小敏,李超群,张梦飞,淡煦珈,韩文霆. 农业机械学报. 2019(05)
[5]CFETR物理与工程研究进展[J]. 高翔,万宝年,宋云涛,李建刚,万元熙. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[6]HL-2M真空室塞焊的设计及强度分析[J]. 李勇,冉红,蔡立君,刘德权,曹曾. 真空. 2016(04)
[7]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[8]EAST超导托卡马克[J]. 万宝年,徐国盛. 科学通报. 2015(23)
[9]聚变堆偏滤器冷却通道结构优化分析[J]. 钱新元,宋云涛,叶民友,彭学兵,陈培铭. 原子能科学技术. 2015(07)
[10]HL–2M装置真空室设计与分析[J]. 冉红,曹曾,蔡立君,李勇,袁应龙. 核聚变与等离子体物理. 2014(03)
博士论文
[1]J-TEXT托卡马克水平位移控制的建模与优化[D]. 余文曌.华中科技大学 2015
硕士论文
[1]大型可组合式电子束焊接真空室设计[D]. 丁睿.哈尔滨工业大学 2019
[2]等离子体瞬态事故下CFETR氦冷固态包层电磁-热-机械综合分析[D]. 许青青.中国科学技术大学 2019
[3]基于ISIGHT的油船结构优化技术研究[D]. 白泽坤.大连理工大学 2019
[4]GDC电极冷却流道系统性能研究及优化设计[D]. 江晟昊.西南交通大学 2019
[5]地震动摇摆分量对高柔结构地震响应的影响研究[D]. 黄玮松.武汉理工大学 2018
[6]CFETR真空室设计模块的研发[D]. 朱晨.中国科学技术大学 2017
[7]SZ系列真空泵常见事故分析与优化设计[D]. 张肖丽.沈阳大学 2015
[8]CFETR遥操作转运车的设计及其部件的分析优化[D]. 程汉龙.中国科学技术大学 2014
本文编号：3372384
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