低温风洞电动推杆热防护结构非线性屈曲分析

为避免电动推杆元件在低温风洞中工作时受到低温损伤而无法正常工作,设计了使其能够在低温环境下正常工作的热防护结构。基于ANSYS软件建立了热防护结构有限元模型并进行线性屈曲分析,得到了相应屈曲模态。考虑材料非线性,以线性屈曲模态作为结构初始几何缺陷形式,使用Newton-Raphson算法控制载荷加载对热防护结构进行了非线性屈曲分析。结果表明:一阶线性屈曲临界压力为1.651MPa,以其变形量的0.1倍作为初始几何缺陷得到非线性屈曲临界压力为1.544MPa,考虑安全系数(m=3)后许用外压为0.515MPa,高于低温风洞最大工作压力0.35MPa。热防护结构非线性屈曲临界压力随初始几何缺陷的增加而降低,当初始几何缺陷大于一阶线性屈曲模态变形量的约1.4倍时,许用外压低于0.35MPa,结构有可能发生失稳。不同初始几何缺陷形式对热防护结构的临界压力几乎无影响,但结构最终破坏形式不同。     

CFETR纵场磁体线圈内馈线结构设计与分析

介绍了中国核聚变工程试验堆(CFETR)纵场磁体线圈馈线系统内馈线的结构,它由外盒体、万向节、 超导母线与冷却管路以及内部支撑架等子部件组成。在纵场磁体线圈内馈线工况下,对其进行了结构设计,并通 过有限元分析,获得了内馈线工作状态下的应力和位移分布云图。结果表明,最大应力与最大位移变形均满足设 计使用要求。      

CFETR极向场磁体馈线系统线圈终端盒初步设计与分析

介绍了中国聚变工程实验堆(CFETR)极向场线圈馈线系统终端盒(CTB)设计,CTB由外盒体、80K内冷屏、电流引线及超导母线、内部管路系统、阀门系统等子部件组成.利用ANSYS有限元软件,在运行工况和地震工况下对CTB外盒体及内冷屏进行结构强度校核、结构热分析和地震响应分析,得到CTB外盒体的位移、应力分布云图和在地...     

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对TF线圈馈线系统做了地震响应分析。利用ANSYS有限元软件对一个TF线圈馈线系统进行了模态分析与响应谱分析,得到了在地震载荷下的峰值响应(应力和位移)。最后,根据 ITER 磁体结构设计标准,对系统的最大Tresca应力进行了评估。结果表明,TF线圈馈线系统满足SC1抗震等级的要求。     

ITER 超导馈线系统的设计

ITER( 国际热核试验堆) 采用超导馈线系统传输磁体线圈所需电流、冷却液及数据信号, 并在失超等异常情况, 通过馈线转移磁体能量, 以保护整个磁体系统。介绍了国际热核试验堆超导馈线系统的结构及设计情况, 为同类型超导磁体的馈线设计提供了有益的参考。     

ITER TF线圈馈线系统地震动响应分析

对TF线圈馈线系统做了地震响应分析。利用ANSYS有限元软件对一个TF线圈馈线系统进行了模态分析与响应谱分析,得到了在地震载荷下的峰值响应(应力和位移)。最后,根据ITER磁体结构设计标准,对系统的最大Tresca应力进行了评估。结果表明,TF线圈馈线系统满足SC1抗震等级的要求。     

管腔结构软组织的三维形貌失稳

生物软组织生长失稳的研究,有助于理解生物组织各种形貌的形成机制,并为某些疾病的诊断和治疗提供参考.本文基于连续介质力学方法,利用体生长模型和增量变形理论,分析了圆柱状生物软组织的三维形貌失稳.结果表明,在圆柱外边界自由时,系统可能出现三种失稳形式——欧拉失稳、轴对称失稳和四方失稳;而当圆柱外边界固定时,系统可以发生轴对称失稳和四方失稳.通过有限元模拟,给出了在上述两种边界条件下圆柱状生物软组织失稳形貌的相图.进而采用伪动力学方法,研究了形貌的后屈曲演化特征.     

ITER极向场内馈线的结构设计

根据ITER装置对极向场内馈线系统的性能要求,同时考虑该系统所处空间位置的复杂性和工作环境的特殊性,利用三维建模软件CATIA对极向场内馈线结构进行概念设计,为同类型超导磁体的馈线设计提供了有益的参考。     

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根据ITER装置对过渡馈线技术性能的要求及馈线系统工作时所处的特殊低温真空环境,考虑热传导和辐射换热等因素,采用有限元分析法对过渡馈线系统进行了稳态热分析、瞬态热分析、温度-结构耦合分析,获得了过渡馈线的温度分布、系统热漏、温度及变形的时间历程曲线,为过渡馈线的设计和改进提供了依据.     

ITER纵场磁体馈线温度场分析

ITER超导托卡马克装置在运行之前要对磁体线圈及馈线系统进行冷却降温,以达到超导体工作所需的低温环境.文中利用大型有限元分析软件ANSYS的温度场分析模块,对纵场磁体馈线系统的降温过程进行模拟仿真,得到了不同时刻馈线上的温度分布情况.在得出冷却过程中馈线上的温度变化之后,又根据稳定状态时的温度分布对结构进行了热应力分析...     

单壁碳纳米管非线性力学行为的数值模拟

单壁碳纳米管的力学行为是纳米复合材料和纳米器械的基本问题之一.使用有限元方法系统地研究了单壁碳纳米管的轴压和纯弯变形，并将有限元模拟结果和分子动力学模拟结果进行了比较.研究结果表明单壁碳纳米管的轴压屈曲载荷受直径变化的影响；单壁碳纳米管在弯曲载荷作用下的屈曲和后屈曲行为强烈地依赖于管长和管径的变化，合理地选择碳纳米管的弹性模量和壁厚，有限元方法能够很好地解释碳纳米管的屈曲机理.研究大尺度的纳米力学问题时，有限元方法将会成为更加准确、快捷的数值模拟方法.     

单壁碳纳米管非线性力学行为的数值模拟

单壁碳纳米管的力学行为是纳米复合材料和纳米器械的基本问题之一.使用有限元方法系统地研究了单壁碳纳米管的轴压和纯弯变形,并将有限元模拟结果和分子动力学模拟结果进行了比较.研究结果表明单壁碳纳米管的轴压屈曲载荷受直径变化的影响;单壁碳纳米管在弯曲载荷作用下的屈曲和后屈曲行为强烈地依赖于管长和管径的变化,合理地选择碳纳米管的弹性模量和壁厚,有限元方法能够很好地解释碳纳米管的屈曲机理.研究大尺度的纳米力学问题时,有限元方法将会成为更加准确、快捷的数值模拟方法. 关键词： 单壁碳纳米管 非线性力学行为 有限元     

一种在线测量微机械薄膜残余应力的新结构

提出了一种利用临界屈曲法在线测量微机械薄膜残余应力的新结构，并采用表面微加工技术制作了两种测试样品.搭建了在线观测实验装置来实时监控释放过程中结构出现的临界屈曲变形模态，由此判断出结构内部的应力状态，同时在测得临界刻蚀深度的情况下，采用有限元方法计算出残余应力大小.借助有限元方法，先研究了多个参数对临界屈曲应力的影响，然后利用这种新结构对薄膜残余应力进行了实际测量，所得结果与微旋转结构的应力测量结果基本吻合.分析及实验表明，新结构在测量薄膜残余应力方面有许多优点，具有较高的实用价值，不仅能满足大量程的应力检测要求，而且只用一个结构就可以同时测量压应力和拉应力，从而极大提高了器件版图空间的利用率.     

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对ITER靠近中性束端口的标准屏蔽包层模块进行了热工水力与热应力计算与分析。首先用流体力学方法计算了两种导流管的阻力系数,然后通过合理简化计算了冷却管道系统的水力学,最后根据水力学的计算结果得到温度及应力的分布。分析结果表明,现有的屏蔽包层设计与旧的设计相比,能更有效地降低能量损失、提高冷却效率,满足设计要求。同时需要做局部改进,以确保安全运行。     

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明:对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。     

基于FLUENT的核热耦合程序反应性反馈参数敏感性

将计算流体力学模型与中子动力学模型耦合来进行反应堆瞬态安全分析的方法,由于可以开展复杂几何结构的三维流动传热分析,因此受到很大的关注。基于FLUENT用户自定义功能（UDF）开发了一套可用于池式铅堆瞬态安全分析的核热耦合程序,程序耦合了临界/次临界点堆中子动力学模型和燃料棒模型。由于反应堆处于不同寿期时,随着燃料燃耗、可燃毒物积累等因素导致反应性反馈系数有较大变化,因此使用开发的核热耦合程序对中国科学技术大学提出的小型自然循环铅冷快堆进行不同关键反馈系数下无保护的瞬态超功率事故安全分析。调整点堆模块考虑到的四个反应性反馈系数,可以发现燃料多普勒系数对堆安全的影响最大,同时定量的分析结果表明超功率事故引入时间长短对事故演化有重要影响。     

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由于原参考设计的ITER纵场磁体重力支撑座的真空电子束焊接难度,对支撑座进行了两种方案的更改设计。将支撑座部件从中间剖分成相等两半的“一分为二电子束焊接方案”设计以及取消焊接工艺的“螺栓夹紧方案”设计。用解析法和有限元法对这两种设计进行了屈曲分析,它们都有足够的安全裕度,表明这两种方案都可行。通过对这两种方案的比较,由于“螺栓夹紧方案”制造简单、废品率低、极大地降低制造费用、生产周期缩短,建议采用“螺栓夹紧方案”。     

Highly sensitive octagonal photonic crystal fiber based sensor

In this study, a number of propagation characteristics of hexagonal and octagonal photonic crystal fiber (H-PCF and O-PCF) structures, where both core and cladding are microstructured have been investigated by employing the full vectorial finite element method (FEM). The confinement loss, the effective refractive index and the relative sensitivity coefficient behaviors of the O-PCF and the standard H-PCF are numerically investigated and compared. It is found that under the same design parameters O-PCF structure has significantly lower losses and higher relative sensitivity coefficient compared with H-PCF structure.     

Characterization of single-polarization single-mode photonic crystal fiber using full-vectorial finite element method

A modal solution approach based on the powerful, finite element method (FEM) using a full-vectorial H-field formulation has been used to determine the single-mode operation of a photonic crystal fiber (PCF). The modal solution of the fundamental space-filling mode has also been obtained to identify the cutoff conditions of the waveguide modes. The FEM, with the perfectly matched layer boundary condition, has been developed and employed to characterize the leakage loss and the differential loss between the polarized modes of a PCF. The design approach for a single-polarization and single-mode PCF has also been discussed.     

复材结构刚度与隔声量的计算及参数优化

论文旨在满足结构刚度指标的前提下最大程度地提高复合材料(以下简称“复材”)结构的隔声性能。首先针对复材结构进行刚度分析,在铺层数和铺层比例不变的前提下,分析不同铺层构型对结构刚度的影响。然后利用统计能量分析法,确定铺层角度对结构隔声性能的影响,并与试验结果进行对比验证模型的有效性。最后以铺设在复材壁板上的隔音棉厚度和密度为两个优化参数,分析不同厚度和密度的隔音棉的插入损失,并进行参数最优化分析,寻找最佳组合方式。得出结论：不同铺设角度顺序对复材整体结构的弯曲刚度和吻合效应频率有影响,在相同尺寸和边界条件下,构型1屈曲稳定性承载能力较强,隔声效果最好,铺层方式最优;隔音棉密度对插入损失影响较小,而隔音棉厚度对插入损失影响较大。论文选取的隔音棉密度和厚度已经使壁板、隔音棉及内饰板的组合结构隔声量达到了收敛状态,是最优化的组合设计。