ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆(ITER)的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。     

电力系统用高温超导磁体的热稳定性分析

为了研究高温超导磁体在电力系统应用中的运行状态,在建立了高温超导磁体在交变电流运行下的分析模型的基础上,对磁体温度场进行有限元分析,给出了磁体在交变电流运行下磁体内部的温度分布,探求了磁体的安全工作电流,提出了改善磁体热稳定性的措施,对直接冷却、饼式结构的高温超导磁体研制有一定参考意义。     

特殊工况下的高温超导磁体设计

基于特殊工况下移动式高温超导磁体(HTS)的设计要求,提出了三种带材的绕制方案。依据经济性和基本设计原则选择了混合磁体设计方案,并对磁体的线圈,绝缘和支撑进行了设计。利用有限元软件对磁体线圈进行了电磁学分析,并根据不同工况条件对磁体的结构进行了力学分析,分析结果表明设计结果符合设计要求,为高温超导磁体的制作和实验提供了可靠依据。     

Y系超导螺管储能磁体的优化设计

磁体结构的好坏将直接关系到磁体的制造成本以及磁体能否正常运行.在磁体结构的优化设计中,选定磁体的体积为目标函数,在满足磁体储能,符合超导材料的B～J特性,尽量减小漏磁等条件下,使目标函数达到最小.文章选定新一带超导涂层导体YBCO为SMES线圈的制造材料,分析了Y系带材的材料特性,并采用大型有限元仿真软件ANSYS和磁体优化中常用的算法-模拟退火算法(simulated annealing)对SMES线圈进行优化仿真分析,得出最优的磁体结构.     

磁爆加载下强磁体的磁场研究

 为了研究磁爆压缩发生器加载下强磁体形成的磁场,对磁爆加载过程进行分析,建立了磁爆加载下强磁体形成磁场的理论模型。按照此模型,对6种不同结构强磁体的磁场进行对比研究,得到了强磁体的磁场变化规律。结果表明：在加载初始阶段,磁爆压缩发生器的自身参数为主要影响因素,各磁体的磁场峰值和范围差别较小;在磁通压缩阶段,电路过程的改变使得磁体结构的影响逐渐显著,各磁体的磁场峰值和范围发生了明显变化;磁体结构对磁场的空间分布具有决定性作用,磁场分布不受加载过程的影响。     

基于单螺线管的超导储能磁体阶梯结构设计优化

高温超导带材各向异性严重制约了磁体临界电流密度的提高,从而使其储能也受到影响。主要通过有限元分析软件对磁体建模仿真,在磁体带材用量不变的前提下,首先以单螺线管型磁体为前提,研究不同径高比对磁体储能的影响,并获取储能最高时的最佳径高比。在此基础上,通过结构优化,建立二阶梯结构的磁体使储能进一步提高,并获得此时储能最大时磁体结构所满足的条件——即满足θ约等于40°时。最后,通过由单一带材到混合带材的使用进一步提高储能。仿真结果表明,通过上述的结构和带材的优化,磁体的储能效率明显提高约61%。     

Y系超导螺管储能磁体的优化设计

磁体结构的好坏将直接关系到磁体的制造成本以及磁体能否正常运行．在磁体结构的优化设计中，选定磁体的体积为目标函数，在满足磁体储能，符合超导材料的B～J特性，尽量减小漏磁等条件下，使目标函数达到最小．文章选定新一带超导涂层导体Ⅵ瑚为SMES线圈的制造材料，分析了Y系带材的材料特性，并采用大型有限元仿真软件ANSYS和磁体优化中常用的算法-模拟退火算法（simulated annealing）对SMES线圈进行优化仿真分析．得出最优的磁体结构．     

涡流损耗对爆炸去磁脉冲发生器输出性能的影响

 为了提高爆炸去磁脉冲发生器的输出能量，设计了绝缘层截断涡流回路磁体结构，以减小冲击去磁过程中磁体内产生涡流造成的能量损耗。把圆柱形钕铁硼磁体切分成4块，在块与块之间增加聚脂绝缘层，再组合成一个圆柱形整体，形成截断涡流回路的磁体结构。采用Maxwell 3D电磁场有限元分析软件，对未切分和切分后的钕铁硼磁体进行了静磁场计算，分析了两种结构下的磁感应强度分布。对这两种磁体结构的脉冲发生器进行了爆炸实验，测量了脉冲发生器输出的感生电动势，分析了涡流损耗对发生器输出电流的影响。结果表明：磁体中截断涡流回路的脉冲功率发生器涡流损耗较小，能够输出更大的电能。     

1.5T关节超导核磁共振成像主磁体电磁机械特性分析

本文设计了用于关节成像的1.5T超导核磁共振成像(MRI)主磁体的电磁结构与机械支撑结构.首先计算了主磁体成像区域及磁体周围的电磁场分布.在此基础上,采用电磁-结构耦合方法计算了主磁体与支撑结构中的应力、应变分布情况.同时分析了不同的支撑材料对磁体应力/应变的影响.给出了1.5T超导MRI主磁体支撑结构的设计标准.     

考虑磁场径向分量的高温超导储能磁体几何结构优化配置

高温超导储能磁体磁场的径向分量使得带材利用率不高且磁体储能密度低.针对此问题,本文提出了一种获得高温超导储能磁体最优几何结构配置的方法.首先利用MATLAB对YBCO高温超导储能单螺管磁体的结构进行优化获得初步模型,随后对双饼线圈进行分组,利用电磁场有限元分析软件对内外三阶梯和内外八阶梯结构磁体的磁场径向分量、储能大小进行了分析,研究了相邻双饼线圈不同厚度间距对磁体带材利用率和磁体储能密度的影响.由仿真计算结果可知,内外多阶梯结构磁体均能够提升磁体的性能,其本质是减小磁场径向分量.通过对计算结果比较分析最后获得了储能磁体几何结构的最优配置.     

Current leads for superconducting magnets of ADS injector Ⅰ

In an ADS injector Ⅰ, there are five superconducting magnets in each cryomodule. Each superconducting magnet contains a solenoid magnet, a horizontal dipole corrector (HDC), and a vertical dipole corrector (VDC). Six current leads will be required to power the electrical circuits, from room temperature to the 2.1 K liquid helium bath: two leads carry 100 A current for the solenoid magnet while the other four carry 12 A for the HDC and the VDC. This paper presents the principle of current lead optimization, which includes the cooling methods, the choice of material and structure, and the issues for current lead integration.     

Design of self-correction coils in a superferric dipole magnet

Design of self-correction coils in a superferric dipole magnet is carried out. By adopting the self-correction coil (SCC) scheme, we can do online correction of unwanted fields inside the magnet aperture during the whole operating cycle irrespective of their origin. The self-correction coils are short-circuited superconducting coils of required symmetry placed in the useful aperture of the AC dipole magnet. Design and operation mechanism of self-correction coils in a superferric dipole magnet are discussed in this paper.     

欧洲FAIR中超导二极磁体样机的初步设计与分析

介绍了欧洲FAIR超导二极磁体样机设计的背景及设计要求,以及磁体样机的几个大部件及其作用。用有限元分析软件ANSYS进行了线圈电磁性能分析,得到其磁场、电感、储能随电流的变化曲线,并对其中的一个部件线圈盒进行了结构分析,为下一步的设计提供参考。     

Calculation of magnetic field for 4 T fast cycling superconducting dipole magnet

The problem of optimization of the two-dimensional magnetic field distribution of a dipole magnet with a field of 4 T and aperture diameter of 100–110 mm for a fast cycling synchrotron is considered. A singlelayer winding with a small number of turns is made from a hollow NbTi superconducting cable with an operating current up to 30 kA. The mathematical method providing optimization of the higher harmonics amplitude of the magnetic field by varying the position of current windings is described. The results of calculation of two-dimensional magnetic fields of the superconducting magnet are given.     

迫流冷却二极NbTi超导磁体的研究

首先介绍了导体的测试结果;其次,为评估迫流冷却的二极NbTi超导磁体正常工况下对液氦产生的低温热负荷,基于surf152表面效应单元对线圈盒进行了辐射传热分析;此外,为减小通过线圈盒支撑的传导热负荷并且提高其机械强度,依据线圈盒支撑杆的设计尺寸,提出使用玻璃纤维经过三维编织的各向异性复合材料-G10制作线圈盒支撑杆,从...     

GSI加速器超导二极磁体的绝缘结构及其力学分析

主要介绍超导二级磁体的绝缘结构,绝缘材料的特性,绝缘结构的形成工艺(VPI)。用有限元分析软件ANSYS对绝缘结构进行了力学分析。     

Calculation of magnetic field in the region of the superconducting winding of window frame dipole for particle accelerators

The necessity of simulations in design of superconducting dipole magnets is due to the following circumstances. First, the critical current as a function of the magnetic field I _c(B) for the multicore superconducting cable which drops strongly requires the knowledge of the value of maximum magnetic field “felt” by its coils for estimation of the working current of the magnet. Second, for choosing the optimal number of coils of the winding (1 or 2) and the working current of the magnet, the ratio of B _max for the inner and outer layers of the dipole magnet winding should be known. Since usually the length of the dipole magnet exceeds many times its transverse size, in this work all calculations of B(x, y) are performed in the transverse plane crossing the center of the magnet. The field at the central point is chosen to be B(0, 0) = 2 T (this is the characteristic working value close to the maximum value in the dipole magnet of this type). In this work, the results of calculation of B(x, y) for single-and double-layered windings with 8 and 16 coils from circular hollow cable are presented.     

超导磁约束系统中超导磁体涡流损耗的研究

在超导磁约束系统中,超导磁体与射频场、磁场、声场、电场等复合场的兼容耦合是系统稳定运行的关键。探讨了在13.56 MHz频率下的Shoji型天线产生的高频电磁波对超导磁体的影响,高频电磁波会在超导磁体表面产生涡流损耗,进而产生功率损耗并生成热量,导致超导磁体失超。为避免失超现象的发生,在超导磁体室温孔内采用金属屏蔽层进行防护。利用COMSOL软件对整个电磁-射频非线性耦合场进行建模仿真分析,完成了屏蔽层结构的优化选择。基于计算结果,分析讨论了屏蔽层厚度和高度变化对超导磁体上涡流损耗功率的变化影响。通过对超导磁体涡流损耗功率随屏蔽层参数变化进行拟合,最终得到了优化后的屏蔽层参数。     

基于ANSYS的传导冷却超导磁体系统的热分析

在传导冷却超导磁体系统中,超导磁体与系统其它部分的温度平衡过程是依靠固体间的热传导来实现热量传递的。由于超导磁体和冷屏等低温部件冷却条件的差异,将导致磁体内部各处和冷屏不同部位的温度分布不均匀。分析研究超导磁体系统的低温温度分布状况,对于低温系统的热设计和磁体的温度裕度设计具有重要意义。文中借助于ANSYS有限元分析软件,建立了一个大口径传导冷却超导磁体低温系统的稳态三维热分析模型,仿真了超导磁体和冷屏的空间温度场,得到了传导冷却超导磁体低温系统的热分布规律。该分析结果对于大口径传导冷却超导磁体的低温系统设计具有重要的参考价值。     

FAIR超导二极磁体实验失超保护系统设计与分析

阐述了超导磁体线圈实验过程中采用的平衡桥路电压失超检测及保护方案,对超导磁体电压失超检测电路进行了分析,提出了平衡桥路失超电压检测法选取原则。