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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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简要介绍了ITER计划的发展历程;综述了ITER实验包层模块计划(ITER-TBM)的历史、主要技术路线和最新的设计与研发进展;概述了与实验包层计划相关的DEMO聚变堆的定义与发展策略。最后,介绍了国内开展的基于固体增殖剂概念的ITER实验包层的初步设计概况,对TBM的研发计划提出了建议。     

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根据ITER运行的主要危险工况,设计了一个专用的三维加载测试平台,并对该测试平台进行了结构有限元分析。有限元分析结果表明,三维测试平台结构有足够的强度和刚度,能满足磁体支撑原型件的三维加载测试的精度要求,可以用该设计方案进行制造。为了确信三维加载测试的可靠,制定了专门的三维加载测试平台的验收方案并按此方案对测试平台进行了可靠性测试。     

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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。     

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对ITER中子通量监测器(NFM)建立了简化模型并进行了计算分析。利用MCNP程序模拟计算了具有不同慢化剂材料/类型的NFM的探测效率能量响应和时间响应,通过对结果的分析确定了不同NFM上所使用的慢化剂种类及其用量,同时给出了对ITER NFM的初步物理认识。     

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为了验证ITER磁体支撑结构的可靠性,建立了多维加载测试平台对支撑部件进行机械性能检测。测量控制系统由7台EDC控制器、计算机系统、16通道准动态应变仪、25只位移传感器、7套油缸中的负荷和位移传感器组成。基于可编程语言,利用EDC220数字控制器实现了多通道协调加载的测量和控制过程,完成了7套双油缸高精度同步控制实验。针对典型的加载工况进行工程测试。结果表明,测控系统设计合理,控制系统可靠,能满足下一步的实验要求。     

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采用一体化安全分析程序,建立了ITER装置第一壁/包层及其主热传输系统、抑压系统的事故分析模型。对真空室内第一壁冷却剂管道双端断裂的失水事故进行计算,并选取单根冷却剂管道双端断裂和多根冷却剂管道双端断裂导致的失水事故工况进行热工水力行为的研究,分析相关系统的热力响应。分析表明,在发生第一壁冷却剂管道断裂事故后,由于冷却剂向真空室内释放,导致真空室内压力升高,之后由于抑压系统爆破盘的开启,可以有效缓解真空室内压力的升高,能够保障真空室系统满足设计限值。     

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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。     

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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。     

ITER过渡馈线直线段管的优化设计与屈曲分析

根据强度原则,用有限元静力分析方法优化了馈线系统直线段管中的圆管和波纹管相关结构的设计参数;根据能量准则,通过特征值屈曲分析和非线性屈曲分析方法,用有限元法稳定性的判据计算出长跨度的薄壳直线段管发生失稳时的临界载荷为1.21MPa,验证了该结构在正常工况(安全系数为12.1)和故障状态工况(安全系数为6.05)下不会发生失稳现象,为ITER馈线系统的下一步研制提供了基础。     

ITER轴向绝缘子结构设计与分析

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...     

ITER超导母线结构设计与分析

国际热核试验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)采用超导母线(Superconducting Busbar)连接磁体线圈和电流引线,传递整个磁体系统所需的电流.本文就ITER超导母线的绝缘、固定以及结构设计进行阐述,并通过有限元分析法对结构进行分析,为最终结构的确定提供理论依据.     

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阐述了ITER纵场磁体超导母线及其支撑结构设计。运用有限元算法,对工作状态下的超导母线进行电磁结构耦合分析,并对超导母线的应力及变形进行校核,从而验证了纵场磁体超导母线及其支撑结构的安全可靠性,为进一步的详细设计提供了依据。     

ITER校正场过渡馈线冷质支撑的设计与传热分析

对过渡馈线的冷质支撑在真空与低温环境下的绝热性能进行研究,以增大热阻抑制热量传递为目的,在保证强度的基础上,同时考虑加工与装配的方便,确定了一种支撑结构.并利用有限元方法对该结构进行了稳态传热分析,得出了支撑的温度分布和冷量损耗大小.研究表明该支撑在满足强度的要求下,不仅结构简单、装配方便而且绝热性能良好,能很好地降低...     

S波段系列干负载的研制

微波组近年来研制了一系列S波段干负载。使用CST对S波段系列干负载进行仿真优化设计,仿真结果在中心频率2856 MHz处电压驻波比均小于1.04,满足电压驻波比小于1.1的频带宽度都大于100 MHz。以上所有干负载的实际加工产品低功率测试电压驻波比均小于1.05,其中14介质柱高功率干负载已由韩国完成了高功率测试,测试时在重复频率60 Hz,脉冲宽度1 s,速调管输出50.7 MW的情况下,干负载电压驻波比为1.09且工作状态稳定。其他各型干负载也都已安装于国内外加速器上,经过了长时间的稳定运行,性能可靠。     

ITER屏蔽包层第一壁人工缺陷模块热传导计算与分析

设计了3个外形一致的模块,其中两个在铍铜界面处预制有不同尺寸、形状和位置的缺陷,另一个是无缺陷的完整模块。通过有限元计算方法,分析了预制缺陷对温度分布的影响。通过无缺陷的完整模块的传热分析,评估有效的缺陷位置区域,计算了不同尺寸、形状、位置的缺陷的温度分布;根据对热传导基本公式中的各个量分别进行研究,并通过比较各种因素,得到了缺陷影响铍和铜合金界面温度的主要因素。     

ITER遥控运输车支撑腿的设计与分析

借助虚拟样机技术为ITER遥控运输车设计了一种全新概念的支撑腿。该支撑腿能承受50t重的载荷,并能在行程150mm内任意调整高度。机械动态仿真和有限元分析的结果表明,设计的机构不仅完全实现了需要的功能,且还具有载荷恒定、控制变量呈现线性关系等良好特征。