NBI综合测试台真空筒体的尺寸优化

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥工业大学机汽学院 作者:孟冠军

1、NBI综合测试台真空筒体优化模型的建立

  在建立真空筒体的尺寸优化模型时, 设定的优化设计要素如下:

  (1) 目标函数对真空筒体进行尺寸优化的目的是使真空筒体材料堆积体积最小化、重量最轻。

  (2) 约束条件根据压力容器设计标准并结合前期设计经验, 首先确定安全系数n 等于2, 在此情况下, 约束各段筒体的筒体的应力最大值为138 MPa,为筒体材料AL. ALY. 6061-T6 屈服极限276 MPa 的1/ 2; 离子源连接盖板和漂移管道盖板的应力最大值为102MPa, 约为盖板材料SST304 屈服极限205 MPa的1/ 2。

  (3) 设计变量对真空筒体进行尺寸优化的手段就是通过改变各段筒体的筒体、离子源连接盖板和漂移管道盖板的厚度尺寸大小, 将以上部件的尺寸厚度作为设计变量。

2、 NBI综合测试台真空筒体优化结果及分析

  根据建立好的真空筒体尺寸优化模型, 对真空筒体进行了四次迭代计算, 表4 是每次迭代计算的相关数据。

  表4 每次迭代计算时真空筒体的堆积体积和重量变化大小

每次迭代计算时真空筒体的堆积体积和重量变化大小

  第一次迭代后真空筒体的堆积体积和重量变化最大, 第二次迭代是在前一次的基础上进行微调, 体积和重量仍比第一次迭代后的数据小, 而第三次迭代的体积反而比第二次迭代的体积大, 说明第二次迭代时, 得出的相关数据超过了约束条件给的数值,第四次迭代和第三次迭代结果相同。因此, 从四次的迭代结果来看, 说明第三次、第四次的迭代结果最接近给出的条件数值。

3、NBI综合测试台真空筒体优化方案的确定

  通过对优化的结果分析, 根据第三次、第四次的迭代结果确定真空筒体的优化方案。优化后的三段筒体的筒体厚度尺寸大小为9.079 mm, 离子源连接端盖和漂移管道连接端盖的厚度尺寸大小为60mm。考虑到材料的制造过程, 选择筒体的厚度尺寸大小为9.10 mm, 离子源连接端盖和漂移管道连接端盖的厚度尺寸大小仍为60 mm, 其他尺寸不变。

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