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烘烤工况下的ITER中子屏蔽块整体结构分析

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真空科学与技术学报 2012年第2期32卷 128-131页

作者：王开松冯昌乐徐杨宋云涛安徽理工大学淮南232001 中科院等离子体物理研究所合肥230031

中子屏蔽块分布于国际热核聚变实验堆(ITER)超导托卡马克真空室双层壳体内部,由多个组件装配而成,用于屏蔽核聚变产生的中子。在烘烤工况下,承受螺栓预紧力作用的中子屏蔽块受200℃烘烤温度的影响,产生热应力。为校核在烘烤温度下中子... 详细信息

中子屏蔽块分布于国际热核聚变实验堆(ITER)超导托卡马克真空室双层壳体内部,由多个组件装配而成,用于屏蔽核聚变产生的中子。在烘烤工况下,承受螺栓预紧力作用的中子屏蔽块受200℃烘烤温度的影响,产生热应力。为校核在烘烤温度下中子屏蔽块的应力强度,本文采用ANSYS软件对其整个装配体进行整体结构分析。分析中将螺栓预紧力导致的模型位移作为边界条件,分预紧力载荷、温度载荷、重力载荷等载荷步进行热-结构耦合分析,分析结果按照ASME评定标准可以表明,中子屏蔽块各组件的最大应力强度在许用应力之内,满足结构强度要求。该分析的类型是典型的多接触高度非线性分析,对模型网格化和接触对设置的质量要求较高,处理不当会导致分析计算不收敛,同时该分析能正确地反映各结构件之间的实际连接关系,避免零件单独分析时用刚性连接代替弹性连接的状况。该分析方法为承受预紧力的复杂模型进行接触和耦合分析提供参考。

关键词：国际热核聚变实验堆中子屏蔽块烘烤整体结构分析热-结构耦合分析

倾斜种植应用于不同质量颌骨的三维有限元分析

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安徽医科大学学报 2015年第5期50卷 695-698页

作者：夏琳张志宏刘红红杜双松冯昌乐韩倩陈佳安徽医科大学附属省立医院口腔医学中心合肥230001 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

通过运用三维有限元方法建立Ⅰ-Ⅳ类骨质中种植体不同角度倾斜种植模型24个，垂直集中加载300 N。分析研究显示，在同一骨质中，随着种植体倾斜角度的增加，密质骨和松质骨中的最大应力及应变量均逐渐增大；而相同角度的种植体于不同质... 详细信息

通过运用三维有限元方法建立Ⅰ-Ⅳ类骨质中种植体不同角度倾斜种植模型24个，垂直集中加载300 N。分析研究显示，在同一骨质中，随着种植体倾斜角度的增加，密质骨和松质骨中的最大应力及应变量均逐渐增大；而相同角度的种植体于不同质量的颌骨中时，最大应力发展趋势为：密质骨：Ⅳ类骨质〉Ⅲ类骨质〉Ⅱ类骨质〉Ⅰ类骨质；松质骨：Ⅲ类骨质〉Ⅳ类骨质〉Ⅱ类骨质。

关键词：倾斜种植不同质量颌骨应力分析三维有限元

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烘烤工况下ITER中子屏蔽螺栓预紧力研究

低温与超导 2013年第4期41卷 83-86,68页

作者：郑红梅王成锋刘素梅冯昌乐合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥230009 中科院等离子体物理研究所合肥230031

国际热核实验反应堆ITER计划是一项大型国际研究合作项目。中子屏蔽组件位于真空室内、外壳之间,其作用是屏蔽中子流、降低环向磁场波纹度。文中以中子屏蔽组件为研究对象,研究在烘烤温度下预紧力对其力学性能的影响。运用ANSYS软件对... 详细信息

国际热核实验反应堆ITER计划是一项大型国际研究合作项目。中子屏蔽组件位于真空室内、外壳之间,其作用是屏蔽中子流、降低环向磁场波纹度。文中以中子屏蔽组件为研究对象,研究在烘烤温度下预紧力对其力学性能的影响。运用ANSYS软件对中子屏蔽组件进行非线性有限元计算,对比分析了在不同预紧力下螺栓的变形和结构的应力响应。研究表明,为了增强连接的紧密性,在保证结构完整性和螺栓强度的前提下充分利用螺栓的预紧力,应将预紧力产生的预紧应力控制在材料屈服应力的60%左右。

关键词：中子屏蔽螺栓预紧力烘烤

Limit Analysis for the Mechanical Structure of the ITER Neutron Shielding Block

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Plasma Science and Technology 2013年第4期15卷 391-396页

作者：郝俊川宋云涛杜双松王忠伟徐杨冯昌乐 Institute of Plasma Physics Chinese Academy of Sciences School of Mechanical Engineering Anhui University of Science and Technology

The ITER neutron shielding blocks are located between the inner shell and the outer shell of the vacuum vessel （VV） with the main function of providing neutron shielding. Conskicring the combined loads of the shielding blocks during the plasma operation of the ITER, limit analysis for one typical ferromagnetic （FM） shielding block has been performed and the structural design has bccn evaluated based on the American Society of Mechanical Engineers （ASME） criterion and European standards. Results show that the collapse load of this shielding block is three times the specified load, which is much higher than the design requirement of 1.25. The structure of this neutron shielding block has a sufficient safety margin.

关键词： ITER VV neutron shielding blocks limit analysis criterion

ITER极向场线圈过渡馈线冷屏的结构优化与传热耦合分析

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真空科学与技术学报 2011年第5期31卷 612-616页

作者：董标韩曼芬王开松宋云涛王忠伟程勇吕佳佳邵珠振冯昌乐徐杨安徽理工大学机械工程学院淮南232001 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

国际热核聚变实验堆磁体馈线系统是连接杜瓦内部的磁体线圈和杜瓦外部之间的冷源、电源以及控制系统的重要通道,其主要作用是为磁体线圈供电、冷却和测量控制诊断。本文通过理论传热计算、利用有限元分析软件ANSYS进行热分析和温度-结... 详细信息

国际热核聚变实验堆磁体馈线系统是连接杜瓦内部的磁体线圈和杜瓦外部之间的冷源、电源以及控制系统的重要通道,其主要作用是为磁体线圈供电、冷却和测量控制诊断。本文通过理论传热计算、利用有限元分析软件ANSYS进行热分析和温度-结构耦合分析,对处于特殊低温与真空环境的辐射冷屏进行了结构优化,保证了系统的安全运行,为降低冷屏热应力和4.5 K温区的热负荷、减小整个系统的热漏指明了方向,为下一轮冷屏结构设计提供了可靠的依据。

关键词：国际热核聚变实验堆极向场过渡馈线冷屏传热分析

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超导磁体低温恒温器冷屏设计与测试

低温工程 2021年第1期 43-47页

作者：胡锐丁开忠李蕾杜双松邹春龙张华辉冯昌乐中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 合肥中科离子医学技术装备有限公司合肥230088

现有的超导磁体系统中冷源与冷屏的距离较远,为了实现远端冷屏的有效降温,采用液氮为冷却介质,并通过冷源提供的冷量与冷屏热负荷实现冷却介质的热虹吸效应。对冷屏的冷却管路布置进行了有限元分析,预测了冷屏的稳态温度分布情况。冷屏... 详细信息

现有的超导磁体系统中冷源与冷屏的距离较远,为了实现远端冷屏的有效降温,采用液氮为冷却介质,并通过冷源提供的冷量与冷屏热负荷实现冷却介质的热虹吸效应。对冷屏的冷却管路布置进行了有限元分析,预测了冷屏的稳态温度分布情况。冷屏降温测试表明:通过液氮强迫降温,冷屏可快速冷却至80 K,冷源开启后,液氮管路中形成热虹吸效应,可使冷屏系统稳定工作在液氮温区,且冷屏温度均匀,最大温度差不超过1.3 K。在低温恒温器运行过程中,冷却介质可通过自循环保持冷屏温度稳定。

关键词：超导磁体低温恒温器冷屏有限元

Static Structural Analysis for a Neutron Shielding Block in ITER

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Plasma Science and Technology 2013年第2期15卷 142-147页

作者：郝俊川宋云涛王晓宇 K.IOKI 杜双松戢翔冯昌乐徐扬 Institute of the Plasma Physics Chineses Academy of Science ITER Organization 13108 St. Paul lez Durance France School of Mechanical Engineering Anhui University of Science and Technology

The ITER neutron shielding blocks are located between the outer shell and the inner shell of the vacuum vessel to provide neutron shielding. Considering the combined loads acting on the shielding blocks during ITER plasma operation, the structure of the shielding blocks must be evaluated. Using the finite element method with ANSYS analysis software, static structural analysis is performed, including elastic analysis and limit analysis for one typical shielding block. The evaluated results based on RCC-MR code show that the structure of this shielding block can meet the design requirement.

关键词： vacuum vessel neutron shielding block finite element RCC-MR elastic analysis limit analysis

Rapid Thermal-Hydraulic Analysis and Design Optimization of ITER Upper ELM Coils

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Plasma Science and Technology 2014年第10期16卷 978-983页

作者：张善文宋云涛王忠伟卢速戢翔杜双松刘旭峰冯昌乐杨洪王松可罗志仁 Institute of Plasma Physics Chinese Academy of Sciences

ITER edge localized mode （ELM） coils are important components of the in-vessel coils （IVCs） and they are designed for mitigating or suppressing ELMs. The coils located on the vacuum vessel （VV） and behind the blanket are subjected to high temperature due to the nuclear heat from the plasma, the Ohmic heat induced by the working current and the thermal radiation from the environment. The water serves as coolant to remove the heat deposited into the coils. Based on the results of nuclear analysis, the thermal-hydraulic analysis is performed for the preliminary design of upper ELM coils using a rapid evaluation method based on 1D treatment. The thermal-hydraulic design and operating parameters including the water flow velocity are optimized. It is found that the rapid evaluation method based on 1D treatment is feasible and reliable. According to the rapid analysis method, the thermal hydraulic parameters of two water flow schemes are computed and proved similar to each other, providing an effective basis for the coil design. Finally, considering jointly the pressure drop requirement and the cooling capacity, the flow velocity is optimized to 5 m/s.

关键词： ITER upper ELM coils thermal-hydraulic analysis

Mechanical Analysis and Optimization of ITER Upper ELM Coil & Feeder

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Plasma Science and Technology 2014年第8期16卷 794-799页

作者：张善文宋云涛王忠伟卢速戢翔杜双松刘旭峰冯昌乐杨洪王松可罗志仁 Institute of Plasma Physics Chinese Academy of Sciences

International thermonuclear experimental reactor （ITER） edge localized mode （ELM） coils are used to mitigate or suppress ELMs. The location of the coils in the vacuum vessel and behind the blankets exposes them to high radiation levels and high temperatures. The feeders provide the power and cooling water for ELM coils. They are located in the chinmey ports and experience lower radiation and temperature levels. These coils and feeders work in a high magnetic field environment and are subjected to alternating electromagnetic force due to the interaction between high magnetic field and alternating current （AC） current in the coils. They are also subjected to thermal stresses due to thermal expansion. Using the ITER upper ELM coil and feeder as an example, mechanical analyses are performed to verify and optimize the updated design to enhance their structural performance. The results show that the conductor, jacket and bracket can meet the static, fatigue and crack threshold criteria. The optimization indicates that adding chamfers to the bracket can reduce the high stress of the bracket, and removing two rails can reduce the peak reaction force on the two rails arising from thermal expansion.

关键词： ELM coil feeder mechanical analysis optimization