CRAFT TF Dummy 线圈 VPI 模具设计与分析

环向场(Toroidal Field, TF) 线圈是聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT) 的重要组成部分, 由CICC(Cable in Conduit Conductor) 导体完成线圈绕制, 通过真空压力浸渍(Vacuum Pressure Impregnation, VPI)完成线圈绝缘处理. 在树脂浸渍线圈绝缘层, 随后进行较长时间的高温固化, 以完全固化整个绝缘层的树脂. 在浸渍和固化过程中,VPI 模具不仅承受线圈本身的载荷, 还要承受大气压力、 内部打压、 热变形等. 为了保证线圈绝缘质量, 采用 CATIA 软件对 VPI 模具进行3D 建模, 并对 VPI 模具进行了 Ansys Workbench 有限元软件分析与校核. 分析表明,VPI 模具的设计合理, 为工程设计提供了理论和实践依据.     

CFETR TF Dummy 线圈 VPI 系统设计

TF 线圈为大型“D”形轮廓, 由高、 中、 低场线圈通过套装和堆叠而成. 需要分别对高中低场线圈进行绝缘处理, 套装后填充高中低场之间的间隙(10 mm~120 mm) , 包绕对地绝缘后, 再对间隙填充层进行绝缘处理. 为了充分验证绕组制造的工艺, 采用一个以中场绕组尺寸的Dummy 绕组进行真空压力浸渍(Vacuum Pressure Impregnation, VPI) 完成线圈绝缘. 针对 VPI 过程中真空环境、 外部压力、 固化温度、 时间控制等方面的技术难点, 完成 TF Dummy 线圈 VPI 系统设计. 采用 CATIA 软件对 Dummy 线圈 VPI 系统进行建模, 合理设计子系统, 有效缩短 VPI过程的时间, 保证绝缘质量. 通过每个子系统的理论分析计算, 更精确地选择 VPI 系统配备的设备型号,CFETR TF Dummy 线圈 VPI 系统的设计和相关工艺的验证对后续 TF 线圈制造至关重要.     

高温超导线圈制备的绝缘技术研究

建立了电热耦合模型,根据热力学原理,以最大温度梯度为目标,对双饼线圈进行了三维有限元分析,为超导磁体的制备选择了一种性能良好的绝缘材料.为了探究仿真选型的绝缘材料对高温超导储能磁体电磁性能的影响,绕制了A、B两个双饼线圈进行了浸渍工艺实验研究,对线圈A、B分别采用了直接浸泡式和真空压力式浸渍进行绝缘处理,与浸渍固化前相...     

微厚胶层恒温固化状态动态监测系统设计及优化

为了解决恒温条件下光学部件粘接用微厚胶层凝固应力无法定量获知的难题,设计了一种微厚胶层恒温固化状态动态监测系统。首先通过微厚胶层恒温凝固应力产生机理及影响因素分析,确定了微厚胶层恒温固化状态动态监测系统的工作原理,制定了胶层固化状态监测系统的总体方案;然后设计了各功能模块的关键部件结构,对其支撑结构的刚度、挠度和形变进行详细计算与有限元分析,并建立基于装配方向图的整机装配模型;最后对所设计系统的性能进行实验验证。结果表明：经过优化后的监测系统设计合理,带45°支撑角的U型结构整体刚度较初选7型结构提高了84%,使用该系统监测并获得了两种胶层固化阶段的状态特征和应力方向及数值,应用效果良好。该研究为微厚胶层的固化原理提供了理论参考,使恒温状态下微厚胶层固化状态实测成为可能。     

高场铁基超导内插线圈制作工艺的研究

铁基高场内插线圈制作工艺及性能测试技术开发研究是进行铁基超导体设计的关键内容,其关系着制造的铁基超导体是否稳定可靠。在正式进行铁基线圈绕制前,开展了线圈绕制过程中相关力学分析以及全尺寸模型线圈的研制工作。本文对线圈绕制张力及线圈预紧力进行了计算并分析,同时详细地给出模型线圈的绕制、热处理、真空压力环氧浸渍(VPI)和装配等工艺方法与流程,解决绕制期间出现的问题。最终确定不锈钢带绕制张力取5 kg(49 N),铁基超导带材绕制张力取2 kg(19.6 N),线圈最大径向应力及最大轴向应力分别为23.5 MPa及78 MPa,均小于铁基带材热处理前抗拉强度200 MPa,模型线圈的绕制、热处理制度、VPI工艺及装配结果等均满足设计要求,验证了制作工艺的可行性。     

基于Ansoft的Bi系高温超导磁体临界电流的仿真计算

本文基于Bi2223/Ag超导带材的临界电流特性,探讨了高温超导磁体临界电流的计算方法,使用有限元电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立了双饼线圈和小型超导磁体的模型,给出了磁场按方向分解后各分量的分布情况和找出各分量磁场的最大值的方法,利用各分量磁场最大值确定超导磁体的励磁直线,再依据超导磁体的励磁线和临界电流与各磁场分量的关系曲线确定其临界电流,并以实际双饼线圈和小型超导磁体对计算结果进行了验证,较小的误差证明了该计算方法的可行性.     

超导磁体绕制预应力有限元分析北大核心CSCD

为保证绕组平整,导线排列紧凑,避免超导磁体运行时因导线过大移动而造成大的机械扰动,在绕制磁体过程中需要对超导线施加适当的绕制张力.超导磁体绕制过程中的预应力问题是一个非线性问题.每绕制一层导线,已绕制导线层中的预应力均会发生改变,磁体中预应力的分布很难用方程来近似表达.本文提出了研究超导磁体绕制应力的详细有限元模型,为导线建立独立模型,为每匝导线施加绕制张力,采用非线性结构分析,动态模拟绕制过程.基于该模型研究了传导冷却超导磁体的预应力,分析了绕制张力对环向应力和径向应力的影响.在该分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变特性,为高性能超导磁体的设计和建造提供理论指导.     

超导磁体绕制预应力有限元分析

为保证绕组平整,导线排列紧凑,避免超导磁体运行时因导线过大移动而造成大的机械扰动,在绕制磁体过程中需要对超导线施加适当的绕制张力.超导磁体绕制过程中的预应力问题是一个非线性问题.每绕制一层导线,已绕制导线层中的预应力均会发生改变,磁体中预应力的分布很难用方程来近似表达.本文提出了研究超导磁体绕制应力的详细有限元模型,为导线建立独立模型,为每匝导线施加绕制张力,采用非线性结构分析,动态模拟绕制过程.基于该模型研究了传导冷却超导磁体的预应力,分析了绕制张力对环向应力和径向应力的影响.在该分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变特性,为高性能超导磁体的设计和建造提供理论指导.     

微细光束固化的蒙特卡罗建模

光固化是光束与光敏树脂之间的光化学反应,其作用过程对光固化加工分辨率有着直接影响.基于光子输运理论,利用蒙特卡罗方法追踪光子往树脂中的运动轨迹,对曝光光束人射、传输过程进行抽样,建立了微细光束固化模型;利用遗传算法并结合光同化实验重构获得了树脂材料的光学参数;利用该崮化模型,模拟计算了微细会聚紫外光束(λ=365 nm)单点曝光同化过程和固化单元点的形状和大小,分析了不同曝光最对固化结果的影响规律,计算结果与实验结果一致.研究表明,该模型可以有效地对微细光束与光敏树脂作用的复杂过程进行仿真,并能对不同入射光和曝光工艺条件下的固化物进行模拟计算,为微细光固化机理的研究和工艺优化提供了基础.     

热流变对润滑脂圆管内部流场影响的数值模拟

采用旋转流变仪研究了不同温度下NLGI 00锂基润滑脂流变特性的变化规律。基于润滑脂热流变实验结果,建立了润滑脂圆管流动的计算模型,并采用Fluent软件对润滑脂圆管流动进行了数值模拟。得出各温度下润滑脂圆管流动过程中压力、速度和表观黏度分布情况。揭示了热流变对润滑脂圆管流场的影响规律及变化机理。