NBI综合测试台真空筒体的结构分析及优化

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

  针对核聚变装置中的中性束注入器真空筒体的工作要求,完成了综合测试台真空筒体的结构设计,并对真空筒体各主要部件进行了受力计算和静力分析。分析结果表明,真空筒体各主要部件均满足设计要求,且筒体各段的强度和刚度均远小于所选材料的屈服极限,存在材料浪费。据此,在不改变材料的基础上,进一步对真空筒体进行了结构优化设计,优化后真空筒体重量和体积分别减少28.72%和26.87%,再次模拟分析表明,优化后真空筒体的各主要部件均达到了性能要求。该分析优化方法为复杂模型的优化设计提供参考。

  关键词:结构优化设计;中性束注入器综合测试台;有限元;静力分析

  中性束注入器( Neutral Beam Injector, NBI) 是一套用来产生强流带电粒子并对其进行中性化的设备, 由离子源、中性化室、主真空室、偏转磁铁、漂移管道等组成。NBI 真空筒体是中性束粒子流经过的重要通道, 为各种内部部件提供真空环境和支撑平台, 为能量及介质的输入和输出提供接口, 同时提供各种信息的采集窗口。

  NBI 综合测试台真空筒体筒体内部工作环境复杂, 结构性能和安全可靠性的要求高, 本文将有限元法和结构优化设计理论应用于真空筒体的结构分析和优化。有限元法广泛应用于结构优化设计领域,其不规则几何形状、复杂载荷工况结构的应力和变形计算能力十分突出, 已经成为解决工程问题的重要手段之一。

1、NBI 综合测试台真空筒体受力分析

  http://www.chvacuum.com/systemdesign/032829.html

2、真空筒体的静力分析

  http://www.chvacuum.com/systemdesign/032830.html

3、真空筒体的尺寸优化

  http://www.chvacuum.com/systemdesign/032831.html

4、优化后的真空筒体结构分析

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5、结束语

  本文在有限元法的基础上, 对NBI 综合测试真空室进行了受力分析计算, 同时根据受力分析结果对真空筒体进行了静力分析, 对静力分析结果进行分析研究, 给出了结构的合理性判断, 以及提出了结构优化的途径。再以结构优化设计理论和方法为依据, 通过尺寸优化方法寻出了真空筒体的结构最优方案, 并对最优方案进行静力分析, 将真空筒体优化前后的结构性能进行对比, 为真空筒体的结构设计提供理论依据。

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