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典型托卡马克装置环向场线圈受力—结构分析

作　者: 张继明
导　师: 彭杰钢
学　校: 电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 典型托卡马克装置环向场线圈大型有限元分析软件ANSYS 有限元受力-结构分析
分类号: TL631.24
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

受控核聚变研究是当代倍受世人瞩目的重要科研项目之一,而托卡马克装置是受控核聚变研究领域的重要装置。托卡马克装置环向场线圈系统(Toroidal Field Coil )是托卡马克装置主机的重要组成部分,它产生环向磁场以提供对等离子体的整体约束。因为环向场线圈系统的稳定状况将直接影响到整个托卡马克装置运行的稳定性,因此对环向场线圈进行受力-结构分析显得尤为重要。本论文根据研究目的模拟构建一个较为理想化的典型托卡马克装置,并针对某种极限工况,利用大型有限元软件ANSYS对其环向场线圈进行了受力-结构分析。本论文紧紧围绕“典型托卡马克装置环向场线圈受力-结构分析”这一主题,对典型托卡马克装置的环向场线圈进行了受力-结构分析。本论文主要内容如下:首先通过综合比较、讨论交流,创建本文的研究对象—典型托卡马克装置环向场线圈的有限元模型;然后通过设定不同的约束条件并施加载荷,利用有限元分析软件—ANSYS对环向场线圈的有限元模型进行受力-结构分析;最后将此分析结果与理论值进行了对比,得出环向场线圈在某种极限工况下仍可安全使用的结论,为后续研究工作提供了数据基础,并积累了相关技术经验。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-15
  1.1 核聚变能是理想的新能源  8-9
  1.2 核聚变反应的基本原理及受控核聚变反应  9-10
  1.3 托卡马克  10
  1.4 托卡马克研究的历史回顾和发展  10-13
    1.4.1 国际方面  10-12
    1.4.2 国内方面  12-13
  1.5 本论文研究的主要内容  13-15
第二章典型托卡马克装置及其环向场线圈  15-22
  2.1 托卡马克装置  15-18
    2.1.1 托卡马克装置的结构  15-17
    2.1.2 托卡马克的工作原理  17-18
  2.2 典型托卡马克装置  18-20
  2.3 典型托卡马克装置的环向场线圈  20-22
第三章典型托卡马克装置环向场线圈模型的建立  22-36
  3.1 有限元分析及大型有限元分析软件—ANSYS  22-26
    3.1.1 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）  22-24
    3.1.2 有限元分析软件—ANSYS  24-26
  3.2 创建典型托卡马克装置环向场线圈实体模型  26-29
    3.2.1 创建单并环向场线圈不锈钢壳的实体模型  26-29
    3.2.2 创建单并环向场线圈内部铜线圈的实体模型  29
  3.3 创建典型托卡马克装置环向场线圈的有限元模型  29-36
    3.3.1 创建环向场线圈不锈钢壳的有限元模型  30-33
    3.3.2 创建环向场线圈内部铜线圈的有限元模型  33-36
第四章典型托卡马克装置环向场线圈受力类型及来源  36-44
  4.1 环向场线圈受力来源及类型  36-37
  4.2 环向场线圈受力-结构分析的理论基础  37-39
  4.3 环向场线圈有限元分析的磁场分布及电磁力数据  39-44
    4.3.1 某种极限工况  39-40
    4.3.2 判断环向场线圈磁场强度有限元分析结果的有效性  40-44
第五章典型托卡马克装置环向场线圈受力-结构分析  44-61
  5.1 含防倾覆结构的环向场线圈受力-结构分析前处理部分  44-46
  5.2 含防倾覆结构的环向场线圈受力-结构分析求解部分  46-48
    5.2.1 定义分析类型并施加载荷和约束条件  46-48
    5.2.2 求解  48
  5.3 含防倾覆结构的环向场线圈受力-结构分析后处理部分  48-58
    5.3.1 查看和分析位移结果  49-53
    5.3.2 查看和分析应力结果  53-58
  5.4 含防倾覆结构的环向场线圈受力-结构综合分析与讨论  58-61
    5.4.1 综合分析  58-60
    5.4.2 讨论  60-61
结论与展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-64
攻硕期间取得的研究成果  64-65

典型托卡马克装置环向场线圈受力—结构分析

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