多工况下ITER中子屏蔽块的结构分析

摘要

国际热核实验反应堆ITER(InternationalThermonuclearExperimentalReactor)计划是一项国际研究的合作项目，其目的是建造一个大型超导托卡马克，从科学和技术的角度展示和平利用聚变能的可能性。真空室是用来进行核反应的真空场所，中子屏蔽层IWS(InWallShielding)位于真空室的内壳和外壳之间，其作用是屏蔽中子和降低环向磁场波纹度。在研究的过程中将会涉及到多门学科的知识，包括静力学、材料力学、材料学、动力学、有限元理论等等。
　　 本课题是来源于:国际合作项目“ITER装置真空室中子屏蔽层的设计与研究”(FrameworkcontractITER/CT/09/6000000003)
　　 课题研究的重点是:为了保证ITER装置设计的安全性和可靠性，在中子屏蔽结构加工制造前，对其进行多种工况下的仿真分析，以确保中子屏蔽结构在受到电磁力、地震载荷、重力载荷等载荷的情况下可以正常工作，为结构设计提供依据。
　　 本课题论文的研究内容:首先，论文介绍了核聚变原理，以及从科学和技术的角度展示和平利用聚变能的可能性;其次，介绍了ITER装置及其屏蔽层的组成。通过对屏蔽层进行初步的结构设计，进而对组件的详细设计以及装配，获得了屏蔽块的组装模型。本文旨在以一个标准的屏蔽块模型为基础，对屏蔽块进行烘烤工况下的瞬态热分析和热应力分析;再次，开展屏蔽块结构强度的仿真分析，参考ASME标准，对屏蔽块在电磁力、重力和垂直位移等载荷下的应力进行评价，提出运用QR算法去除结构应力的二次应力，进而对去除二次应力后的结果进行评定，为中子屏蔽块的优化设计提供参考依据;最后，按照ITER工程要求，对屏蔽块进行模态分析和地震谱响应分析，得到了屏蔽块的各阶固有频率和振型，以及施加地震响应谱时屏蔽块上的最大位移和最大应力，从而验证屏蔽结构在地震载荷作用下的安全性和可靠性。