摘要：中国聚变工程实验堆的中心螺线管模型线圈由Nb3Sn、NbTi混合超导磁体组成,在初始设计阶段,需要进行大量的探索计算以获得设计方案。文章基于微元叠加法原理,利用Matlab的向量化编程,提出了一种可修改性强、计算时间短的磁场计算方法,并将计算结果与有限元法进行对比,证实了本方法是可行的,并提高了设计效率,同时给出了线圈电磁载荷的分布情况。

摘要：包层作为聚变堆中最重要的部件之一,其工作状态的分析是保证包层系统安全稳定运行的必要一步.以中国聚变工程试验堆中氦冷固态包层为例,分析包层工作所处的电磁环境,根据等离子破裂的具体工况,利用Ansys Workbench平台中的Maxwell电磁模块进行了磁场系统和包层系统的建模,模拟分析具体工况下固态包层上的瞬态电磁载荷,得到等离子破裂下的涡流分布图、矢量图、电磁力曲线图以及产生的扭矩.可知破裂产生的电磁影响在径向上最大,径向电磁力最大且线性破裂的影响大于指数破裂.为CFETR固态包层的安全分析和进一步设计改进提供参考数据.

摘要：Tail结构是背场磁体出线头的连接固定部件,起到传导载荷和增强连接强度的作用。运用有限元的方法,计算背场磁体装置运行时的电磁载荷,开展多工况下超导磁体关键部件Tail结构的力学分析。结果表明,Tail结构最大应力集中点出现在不锈钢腿2与线圈倒数第二匝导体焊接处,最大等效应力为641.01 MPa,应力线性化后的应力幅值小于设计许用值,复合材料绝缘隔断的最大法向应力和剪切应力分别为226 MPa和77 MPa,均低于许用值。所设计的Tail结构具有足够的强度来承受运行过程中的载荷,证明了结构设计的合理性。

摘要：针对22.5°真空室扇形模型,建立CFETR真空室在等离子体大破裂工况下的有限元分析模型。通过仿真计算得到真空室在等离子体破裂工况下的涡流分布、电磁力分布,并将电磁载荷导入结构场,分析真空室不同PS段的应力、形变等结果。计算得到最大薄膜弯曲应力位于PS1段,约53.9MPa,远小于许用应力值。结果表明,真空室设计满足等离子体破裂工况下的结构强度要求。

摘要：运用数值方法计算了不同等离子体运行时刻纵场磁体过渡馈线(CFT)超导母线上的电磁载荷,并确定了磁感应强度最大的时刻,采用增量有限元法对过渡馈线进行非线性力学分析,得到不同工况下结构上的应力分布及变形情况。分析结果表明,带有万向节的过渡馈线结构具有足够的强度来承受运行过程中的各种载荷,从而证明了结构设计的合理性。

摘要：本文基于中国固态实验包层模块(CN HCCB-TBM)优化设计,应用ANSYS软件参数化语言编程方法,对中国固态TBM在ITER等离子体两种主破裂事故下的电磁载荷进行了评估与分析,并利用分析结果进行了电磁-结构和电磁-热的耦合计算。研究结果表明中国固态TBM的更新结构设计在等离子体瞬态变化中符合安全设计要求。

摘要：中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)是中国自主设计研发的全超导托卡马克装置,其目的是解决国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)和聚变示范堆(DEMO)之间的物理与工程技术问题。诊断窗口是CFETR装置中一个关键部件,通过其内部安放的诊断系统可实现装置运行参数监测及反馈控制。由于诊断窗口靠近等离子体区域,电磁工况发生时在部件上感应产生的巨大电磁载荷将影响装置的结构稳定性。为了研究不同电磁工况时赤道面中窗口(Equatorial Diagnostic Port Plug,EDPP)上产生的电磁载荷,首先,根据CFETR诊断系统要求,完成了EDPP的概念设计;然后,利用商用有限元分析软件ANSYS,完成了10 MA等离子体在线性和指数两种工况下的电磁载荷评估。此外,还探讨了EDPP整体式和分布式两种方案设计对电磁载荷分布的影响。结果表明:整体式和分布式模型上产生的最大应力均小于10 MPa,满足设计要求。两种方案设计均表现出线性破裂产生的电磁载荷大于指数破裂。

摘要：介绍了HL-2M环向场线圈的基本结构设计及其承受的电磁载荷,分析了水平预加载、中心柱预应力筒以及环向抗扭支撑对线圈匝间剪切应力的影响。结果表明,水平预加载及预应力筒在中心柱内产生的压应力有利于提高中心柱的抗扭刚度;环向支撑刚度增加可减小线圈的面内剪切应力。在正常运行工况下,环向场线圈的最大匝间剪切应力小于8MPa,其结构设计满足线圈强度要求。对于大破裂瞬态事件,匝间最大剪切应力约12MPa,接近绝缘材料的剪切疲劳极限,建议采取破裂抑制措施避免该情况发生。

摘要：边界局域模线圈是国际热核聚变实验堆中用来抑制边界局域模现象的核心部件,在正常运行情况下,线圈中的电流和外部的背景场相互作用,在线圈上产生巨大的磁场和电磁力。由于边界局域模线圈通过螺栓连接固定在真空室内壁,在电磁载荷的冲击下会在线圈的铠甲和支撑部件上产生较大的剪切应力,一旦Tresca应力超出材料的设计应力强度阈值,线圈的设计寿命和可靠运行将受到严重影响。文章根据麦克斯韦方程计算线圈上的磁场大小和电磁力分布,并将电磁力作为外部边界条件,借助有限元分析工具ANSYS提取线圈上的剪切应力,基于ASME标准,采用分析设计的方法对应力进行分类评定,验证了设计方案的可行性。

摘要：ITER水平诊断窗口插件是用于安装可观察和测量等离子体相关参数的诊断设备和仪器的核心部件。窗口插件体积(2×2×3 m)和重量(大于43 t)均较大且处于悬臂安装状态,在装置运行期间窗口插件将受到较大的电磁力和电磁力矩,结构的强度将受到影响,同时作用在窗口上的载荷将对窗口插件内部集成的光学系统稳定性产生影响,容易造成光路不同。因此窗口插件结构的分析和优化非常重要。本文根据ITER组提供的概念化模型建立有限元模型,分析其在受到最大电磁力、电磁力矩及自重情况下对结构的影响。分析结果表明诊断窗口插件屏蔽板(BSM)连接处及提升法兰处均有较大的应力集中,通过改进结构设计进行优化分析后,窗口插件在结构上均能满足强度和变形要求。