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用有限元法对ITER装置磁体系统的高性能氦气密复合材料绝缘子的结构设计进行电场分析和力学性能分析。分析结果表明,绝缘子能够承受耐电压56kV、耐气压4MPa、耐拉力2000N、耐弯矩1000Nm、耐扭矩100Nm的技术参数要求;同时热应力分析结果表明,与外力作用的影响相比,热应力是影响绝缘子性能的关键因素;绝缘子在拉力、弯矩和扭矩受力下发生变形的是金属部分,外力对绝缘部分的影响不大。     

ITER轴向绝缘子性能测试研究

对ITER高性能氦气密复合材料轴向绝缘子的性能作了全面的试验测试研究分析,并简单的介绍了一下绝缘子的结构和工艺设计。试验测试结果表明:绝缘子能够承受室温到液氮温度50次冷热循环冲击,耐电压等级56kV、耐气压4MPa、耐拉压2000N、耐弯矩100Nm、耐扭矩100Nm的参数要求。绝缘子在电绝缘性能、机械性能、热冲击性能和气密性方面都能满足ITER磁体系统的技术要求。     

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用有限元法对EAST装置磁体系统的高性能氦气密复合材料绝缘子性能作了全面的分析.结果表明:绝缘子可满足承受EAST装置耐电压15kV的使用要求;热应力对绝缘子的绝缘层影响最大,外力对绝缘层应力的影响可忽略;EAST复合材料绝缘子具有优良的低温力学性能.     

ITER轴向绝缘子低温机械疲劳性能实验研究

文中在拉伸实验、压缩实验、弯矩实验和扭矩实验的基础上研究了ITER轴向绝缘子的低温耐疲劳性能,并对绝缘子的氦气密性能以及PASCHEN放电特性进行了检测.检测结果表明:ITER轴向绝缘子在6万次机械疲劳后,液氮温度4MPa氦气内气压下其氦气漏率在6.0×10-10Pa.m3/s以下;约100Pa氦气压、56kV高电压下...     

机械夹持状态下KDP晶体的热应力

从机械结构角度对机械夹持状态下吸收了高能激光束能量的磷酸二氢钾(KDP)晶体内部产生热应力的问题进行了研究。理论分析了KDP晶体吸收激光能量引起的温升,研究了机械夹持状态下KDP晶体内部热应力的生成机理。采用有限元方法对KDP晶体的温度分布和热应力分布进行了仿真计算,分析了夹持装置结构参数、预紧力、摩擦系数和弹性模量对热应力的影响。结果表明,夹持装置对KDP晶体的机械夹持作用是KDP晶体内部产生热应力的重要因素,热应力的大小与夹持装置的结构参数有关。     

高强度氦气密复合材料绝缘子的性能研究

用于超导磁体冷却回路和电回路绝缘的绝缘子是EAST超导托卡马克装置中一个关键部件,在装置实际运行过程中它必须经受在一定的弯矩和拉力的动态情况下高电压和高内气压的考验。该文主要利用有限元程序对绝缘子力学性能、热学性能和电性能进行了分析与计算,并根据低温实验对绝缘子性能进行了进一步的研究。     

基于模型的发动机仿真与优化

利用Matlab软件中的MBC(model-based calibration)工具箱和仿真软件Ricardo Wave对汽油发动机的动力性进行了基于模型的标定和优化;在标定流程中,首先利用Wave建立了发动机仿真模型,并通过验证;接着,运用实验设计(DoE)方法确定了发动机的运行工况点,并用仿真模型计算出发动机在这些工况点处的参数和性能(扭矩、油耗、功率和缸内最高压力等);最后,建立发动机数学统计模型和标定优化;得到了发动机点火提前角、空燃比MAP图和优化后转矩的三维图;研究结果表明,该方法结合现代DoE试验设计理论和自动标定技术,不仅使发动机的扭矩从198 Nm提升到215 Nm,还能减少试验时间,提高标定效率。     

高平均功率开关晶体热力学特性有限元分析

 基于有限元数值方法,就不同的光强分布模型以及电光晶体固定或自由的边界条件,模拟分析了KDP,DKDP,LiNbO₃,BBO开关晶体材料在高平均功率激光负载下的热力学特性。结果表明:激光作用数s后,温升分布基本与光强分布一致;晶体表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;晶体的力学边界约束对最大轴向位移及最大拉热应力的影响随着光斑填充因子的增大而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,KDP上的温升最大,热畸变最严重,DKDP次之,而LiNbO₃和BBO具有较低的温升值或较低的热形变和热应力。     

高平均功率开关晶体热力学特性有限元分析

基于有限元数值方法,就不同的光强分布模型以及电光晶体固定或自由的边界条件,模拟分析了KDP,DKDP,LiNbO3,BBO开关晶体材料在高平均功率激光负载下的热力学特性。结果表明:激光作用数s后,温升分布基本与光强分布一致;晶体表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;晶体的力学边界约束对最大轴向位移及最大拉热应力的影响随着光斑填充因子的增大而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,KDP上的温升最大,热畸变最严重,DKDP次之,而LiNbO3和BBO具有较低的温升值或较低的热形变和热应力。     

基于光纤光栅的螺纹管压弯扭测量技术

引入光纤光栅传感器,并结合螺纹管压弯扭分离测量理论,实现对螺纹管所受压力、弯矩和扭矩的测量.由测量结果可知,光纤光栅传感器测得压力与驱动电机上压力传感器测得压力基本相符,两者测得压力的差值为-11.4~15.5N;光纤光栅传感器测得弯矩与理论值基本一致,两者之间的差值为-0.54~0.46N·m;光纤光栅传感器测得扭矩与驱动电机上扭矩传感器测得扭矩基本相符,两者测得扭矩的差值为-0.54~0.87N·m.测量结果验证了光纤光栅传感器对螺纹管力学参数测量的可行性,为螺纹管的力学参数测量提供了一种新方法.     

Grain boundary segregation and relaxation in nano-grained polycrystalline alloys

The present study carries out systematic thermodynamics analysis of Grain Boundary(GB)segregation and relaxation in NanoGrained(NG)polycrystalline alloys.GB segregation and relaxation is an internal process towards thermodynamic equilibrium,which occurs naturally in NG alloys without any applied loads,causes deformation and generates internal stresses.The analysis comprehensively investigates the multiple coupling effects among chemical concentrations and mechanical stresses in GBs and grains.A hybrid approach of eigenstress and eigenstrain is developed herein to solve the multiple coupling problem.The analysis results indicate that the GB stress and grain stress induced by GB segregation and relaxation can be extremely high in NG alloys,reaching the GPa level,which play an important role in the thermal stability of NG alloys,especially via the coupling terms between stress and concentration.The present theoretic analysis proposes a novel criterion of thermal stability for NG alloys,which is determined by the difference in molar free energy between a NG alloy and its reference single crystal with the same nominal chemical composition.If the difference at a temperature is negative or zero,the NG alloy is thermal stable at that temperature,otherwise unstable.     

多喷嘴氦冷偏滤器的优化与分析

利用ANSYS/CFX对聚变堆氦冷多喷嘴冷却偏滤器模块在相同高热负荷条件但不同冷却条件下进行了有限元数值分析,得到了偏滤器冷却单元的温度和换热系数分布图,将该温度场作为结构力学分析的加载条件,利用ANSYS/Mechanical对冷却模块进行了稳态条件下的结构应力分析,得到了具有不同结构参数的偏滤器模块的应力分布。通过分析各结构参数对偏滤器模型的热应力的影响,对结构参数进行筛选,得到内应力相对较低的结构设计,从而优化多喷嘴氦冷偏滤器结构。     

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利用ANSYS/CFX对聚变堆氦冷多喷嘴冷却偏滤器模块在相同高热负荷条件但不同冷却条件下进行了有限元数值分析,得到了偏滤器冷却单元的温度和换热系数分布图,将该温度场作为结构力学分析的加载条件,利用ANSYS/Mechanical对冷却模块进行了稳态条件下的结构应力分析,得到了具有不同结构参数的偏滤器模块的应力分布.通过分析各结构参数对偏滤器模型的热应力的影响,对结构参数进行筛选,得到内应力相对较低的结构设计,从而优化多喷嘴氦冷偏滤器结构.     

脉冲磁化下高温超导带叠层导体的力学特征分析

第二代(RE)BCO高温超导带可以进行切割和堆叠以形成叠层状的复合导体结构,具备磁化后捕获强磁场的潜力.脉冲磁化条件下,叠层导体会受到电-磁-热多物理场作用,易对高温超导带的力学稳定性造成不利影响.本文基于电磁场H格式和热传导方程对叠层导体进行了多场耦合建模分析,同时结合有限元方法,分析了圆柱形叠层导体脉冲磁化过程中的应力分布特性.结果显示,环向拉应力是叠层导体的主要破坏因素.环向应力的主导成分为热应力,其变化趋势与热应力变化高度吻合.热应力在叠层内部处于较低水平,表现为拉应力,沿半径逐渐变更为压缩应力,在边缘区域达到峰值-34 MPa,随后转变为拉应力,并在边界处达到峰值38 MPa,峰值时间点都位于升磁阶段,降磁阶段峰值不断降低.     

运用功能梯度结构降低大功率激光系统中镜面热变形的数值分析

提出一种运用功能梯度结构以有效降低大功率激光系统中镜子温度和镜面热变形以及减缓热应力的新方法。讨论了环形分布和高斯分布2种类型的激光源。有限元分析结果表明,通过这种方法可使硅镜和铜镜的表面热变形成倍降低,并且还能同时显著降低镜体温度。讨论了代表热学和力学性质的函数表达式的斜率对镜面热变形的影响,研究表明：功能梯度结构的热物理对镜面形变产生重大影响,而力学性质对镜面形变的影响非常小。该结论可为具有该功能梯度结构的镜子优化设计和制造提供参考。     

运用功能梯度结构降低大功率激光系统中镜面热变形的数值分析

 提出一种运用功能梯度结构以有效降低大功率激光系统中镜子温度和镜面热变形以及减缓热应力的新方法。讨论了环形分布和高斯分布2种类型的激光源。有限元分析结果表明,通过这种方法可使硅镜和铜镜的表面热变形成倍降低,并且还能同时显著降低镜体温度。讨论了代表热学和力学性质的函数表达式的斜率对镜面热变形的影响,研究表明：功能梯度结构的热物理对镜面形变产生重大影响,而力学性质对镜面形变的影响非常小。该结论可为具有该功能梯度结构的镜子优化设计和制造提供参考。     

A functionally graded structural design of mirrors for reducing their thermal deformations in high-power laser systems by finite element method

In this paper, a new method is proposed to effectively lower the high temperature, smooth the thermal stress and reduce the thermal deformation of mirrors in high-power laser systems utilizing functionally graded materials (FGMs). Two kinds of laser source are discussed at the same time. One is the doughnut-shaped laser, and the other is the Gaussian-distributed laser. Numerical results from finite element analysis show that the thermal deformation of silicon and copper mirrors can be reduced by one order of magnitude, and the temperature rise is also lowered obviously by this means. The effects of slope regulation of the functions for representation of thermophysical and mechanical properties on thermal deformation of mirrors are discussed to meet the requirement of optimum design and manufacture of FGM mirrors for the future.     

基于ANSYS的超导磁体机械结构的应力应变分析

为合理设计超导磁体机械结构,保证磁体正常运行,机械结构的应力分析在磁体设计中起到非常重要的作用.借助于ANSYS有限元分析软件,给出一了个5T超导磁体机械结构的受力分析,讨论了超导磁体内部电磁力对不同材料的机械结构所产生的应力和应变.结果表明,由磁体内部电磁力引起的机械结构的最大应力和应变,出现在磁体芯筒的中间部位,最...