ITER 718合金螺栓断裂原因分析及工艺改进

通过化学成分检测、金相组织分析、氢含量的测定、断口的宏微观观察、大直径高强螺栓的原型件拉伸试验以及有限元分析等手段从材料、结构、制造工艺三个方面上探究了ITER 磁体支撑718 螺栓低强度断裂的原因。材料分析结果表明,国产718 螺栓材料的性能满足要求。工艺分析结果表明,螺栓低强度断裂的主要原因为滚压螺纹后的热处理导致螺纹根部脆性。结构分析结果表明,由于应力集中的影响,718 螺栓的强度低于原材料强度,而且随着螺栓直径的增大而降低。基于以上分析结论,提出了能显著提高718 螺栓强度的新工艺。通过原型件的拉伸试验,新工艺螺栓可以有效地提高螺栓的强度160MPa,达到1230MPa。     

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为考察ITER真空室中子屏蔽结构组件对选址地法国Cadarache地震加速度频谱的单点响应情况,根据ITER真空室中子屏蔽组件的设计概念和结构特点,建立了组件结构的有限元分析模型。应用有限元分析软件ANSYS对组件进行了结构模态分析,并基于其结果进行了模态叠加。分析发现,组件结构的低阶振型与高阶振型有差异,且结构与低阶频率发生响应,但引起的位移与应力在允许的范围之内。结果表明,装配体结构更能适应结构抗震性的设计要求。仿真计算的结果为组件结构的优化设计和下一步的工程实现提供了可靠的依据。     

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阐述了ITER遥控运输车初步结构和工作状况,运用有限元方法对其进行模态分析并在地震载荷作用下进行加速度反应谱分析,验证了遥控运输车在地震情况下的安全性并给下一步的优化设计和实验提供了参考数据。     

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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。     

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通过Ansoft Maxwell有限元分析软件,用封闭圆桶模型对ITER送气系统阀门箱的磁屏蔽进行了计算。计算,获得了屏蔽层厚度、上端开孔及侧面狭缝对磁屏蔽的影响方式及规律,给出了一种具有合理参数的可能设计。     

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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”。     

ITER极向场PF6磁体支撑冷却系统的优化设计及制造

提出了深孔钻直冷方案用于优化 ITER 极向场 PF6 磁体支撑冷却系统设计。采用有限元分析方法,从换热效率、流体压降、结构强度等方面对流道数量和孔径进行了最优化设计。结果表明,9 条直径 10mm 的冷却流道可以达到最佳的冷却效果。同时,在服役环境下支撑部件的机械强度和温度分布、流体的运行参数均能满足 ITER 磁体支撑的设计要求。目前所有 PF6 磁体支撑已完成了制造和检验,并顺利交付 ITER 组织。      

ITER结构冷却馈线有限元分析

阐述了ITER结构冷却馈线的设计.运用有限元法对冷却馈线进行静力分析及地震分析,校核了馈线的应力及变形情况,验证了馈线结构设计的安全可靠性.     

ITER磁体重力支撑系统的应力强度分析

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重力支撑系统提供了重要的参考数据。     

ITER PF导体缩径成型机辊轮失效分析

针对ITER PF导体缩径成型机的辊轮失效问题进行了系统的研究及分析。通过对产生裂纹的辊轮进行取样,从金相组织、表面形貌、断口能谱分析及洛氏硬度测量分析,讨论辊轮失效的具体原因,同时建立Ansys有限元模型,分析验证成型机辊轮强度可靠性。研究结果表明,辊轮材料含有大量分布不均、粗大聚集的碳化物及成型机本身由于设计因素造成的应力集中,是辊轮产生裂纹的主要因素,为下一步成型机的改进完善提供了充分的理论依据。     

Laser controlled melting of pre-prepared inconel 718 alloy surface

Laser treatment of Inconel 718 alloy surface is carried out. The alloy surface is coated with a carbon layer containing 7% TiC particles prior to the laser treatment. The carbon coating provides increased absorption of the incident laser beam and holds TiC particles. The microstrutural and morphological changes in the laser treated region are examined using optical and scanning electron microscopes, energy dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction. The microhardness of the surface is measured and the residual stress formed at the surface vicinity is determined from the XRD technique. It is found that partial dissolution of carbide particles takes place at the surface. The composition of fine grains at the surface vicinity, nitride compounds formed, and dissolution of Laves phase at the surface region enhances the hardness at the treated surface. In addition, laser treated surface is free from the micro-crack network and cavities.     

HL-2M真空室支撑耳轴锻件的研制

介绍了HL-2M 真空室支撑耳轴的整体异型锻件的制造工艺流程,从锻件本体上切取试样进行了材料检测。检测结果表明,所试制的耳轴锻件表面和芯部位置的屈服强度分别为1100MPa 和1057MPa,两位置的材料晶粒度等级都达到4 级,各项力学性能指标均满足设计要求。     

散裂靶中质子束窗的散射效应

质子束窗是在高功率靶区中的一个分界窗,它将质子输运线上高真空区域和氦容器中的氦环境分开。在其他散裂中子源中质子束窗的热效应以及机械问题都已经被研究过了,但质子束在该窗中散射效应的研究却很少被报导,然而在靶设计中如果没有处理好质子束窗的散射效应会有很大的问题。报导了质子束窗散射效应的模拟计算结果,包括不同质子束窗的材料和结构选择,并以中国散裂中子源（CSNS）为例,介绍了在CSNS一期和二期中质子束窗采用周边水冷的铝合金单层结构,CSNS三期采用中间水冷的铝合金夹层结构。文中给出了不同结构的质子束窗和不同的与靶距离散射效应对靶上经非线性磁铁均匀化的束流分布的影响的模拟计算结果。模拟结果显示质子窗的散射效应对束流损失和靶上的束流分布有重要的影响。     

发射光谱法测定碳钢断裂表层中的Mn

本文介绍了用高频火花光源激发样品,我点采样迭加曝光法,测量碳钢棒拉伸断裂层表面组分中的Mn,结果表明,分析方法的精密度RSD小于7％。     

牛津型斯特林制冷机的失效分析方法

分析了牛津型斯特林制冷机的主要失效机理、参数表征及探测方法,提出了制冷机的失效分析方法和程序。该方法将用于80K/2W制冷机加速寿命试验后的失效分析,为确认其失效模式和机理提供依据。     

分置式斯特林制冷机失效分析

斯特林制冷机是红外探测器组件中一个关键的组成部分。目前我国斯特林制冷机的性能指标与国外同类产品差距缩短 ,但可靠性问题一直没有很好解决。文中介绍了斯特林制冷机的原理、双活塞对动型分置式斯特林制冷机的结构特点及表征参数 ;通过对产品研制开发过程中成品率低的原因分析 ,揭示了主要失效机理 ,对改进工艺和设计起到了参考和指导作用。     

扫描镜动态面形变化和模态分析

为了分析某热像仪帧扫描镜在工作状态下的面形变化和产生2000Hz共振的原因,并提供改进设计依据,根据帧扫描镜运动曲线计算了帧扫描镜的扫描角速度和角加速度,用有限元分析软件I DEAS计算了扫描镜在扫描、加速、减速过程中面型的变化和前10阶固有模态,分析了扫描镜在试验中产生2000Hz共振的原因,并对扫描镜结构进行了改进,重新计算了面型变化和前10阶模态,试验证明消除了共振现象。最后提出了扫描镜设计时应注意动态下的面型变化是否满足要求,以及固有模态要避开驱动力矩中的干扰频率等要点。