NBI综合测试台真空筒体的结构分析和优化

摘要

有限元技术作为性能分析与仿真的一种非常有效的手段，能够轻松的求解各种复杂工程的结构问题。现代结构优化理论和方法是以现代力学理论与数学优化算法为理论基础提出的新的理论和方法，为工程设计人员寻出最优化方案提供了理论依据。通过将有限元技术与现代结构优化理论和方法进行有机结合，可以有效提高设计水平、减少原材料消耗、缩短产品设计周期、增强产品的市场竞争力。本文通过利用有限元技术对NBI综合测试台真空简体的结构进行分析，验证真空简体的稳定性和安全可靠性，同时结合现代结构优化理论和方法对真空简体的结构进行优化和改进，达到减少重量、节约成本的目的。
　　首先对NBI综合测试台真空简体进行了基本力学分析，明确了真空简体的受载情况；其次利用有限元分析软件建立了真空简体的有限元模型，在以上基础上对真空简体进行了静力分析和模态分析的相关研究。
　　通过对真空简体的静力分析和研究，验证了真空简体结构的稳定性和安全可靠性。通过对计算结果的分析和研究，得知真空简体的最大应力远小于材料的许用应力，得出真空简体结构满足其强度和刚度要求的结论。并同时根据分析结论，提出了对真空简体的结构改进方案。
　　通过对真空简体的模态分析和研究，求解出了真空简体前6阶模态下的固有频率，通过对固有频率的分析和研究，为真空简体在工作状态时有效地避免共振等情况的发生提供了理论依据，并提出了有效地避免共振发生所应采取的措施。
　　在有限元分析的基础上，根据提出的结构改进方案，建立了真空简体的尺寸优化模型，寻求出了最优化方案。通过对最优化方案进行相应的有限元分析，并将优化前后的真空简体的结构性能进行比较，分析得出优化后的真空筒体结构不仅在性能上满足要求，并且有效地减轻了真空简体的重量，达到了节约成本的目的。

目录

文摘

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景和来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外结构优化设计发展现状

1.4 课题研究的主要内容

第二章 有限元法和Altair HyperWorks软件介绍

2.1 有限元法

2.1.1 有限元法概述

2.1.2 有限元法基本思想及分析过程

2.1.3 有限元法的应用

2.2 Altair HyperWorks软件介绍

2.2.1 HyperMesh模块

2.2.2 OptiStruct模块

2.2.3 HyperView模块

2.3 本章小结

第三章 NBI综合测试台真空筒体的结构和受力分析

3.1 NBI综合测试台真空筒体的结构

3.1.1 主要结构

3.1.2 材料和主要尺寸

3.2 NBI综合测试台真空简体受力分析

3.2.1 第一段筒体受力分析

3.2.2 第二段筒体受力分析

3.2.3 第三段筒体受力分析

3.2.4 离子源连接盖板受力分析

3.2.5 离子源连接盖板螺栓强度校核

3.3 本章小结

第四章 真空筒体的有限元模型的建立和静力分析

4.1 静力分析基础理论

4.2 NBI综合测试台真空筒体有限元模型的建立

4.2.1 几何模型的简化和清理

4.2.2 材料属性的赋予

4.2.3 单元网格的划分

4.2.4 焊接方式的处理

4.2.5 各工况下的边界条件

4.3 NBI综合测试台真空筒体的有限元模型的求解及结果

4.3.1 第一段筒体的有限元模型求解及结果

4.3.2 第二段筒体的有限元模型求解及结果

4.3.3 第三段筒体的有限元模型求解及结果

4.3.4 整段筒体的有限元模型求解及结果

4.4 结果分析

4.4.1 第一种工况的结果分析

4.4.2 第二种工况的结果分析

4.5 结构改进途径

4.6 本章小结

第五章 NBI综合测试台真空筒体的模态分析

5.1 NBI综合测试台模态分析基础理论

5.2 NBI综合测试台真空筒体的模态分析

5.3 本章小结

第六章 NBI综合测试台真空筒体的尺寸优化

6.1 结构优化理论

6.1.1 结构优化简介

6.1.2 结构优化数学模型

6.1.3 结构优化设计方法分类

6.2 OptiStruct结构优化

6.2.1 OptiStruct结构优化简介

6.2.2 尺寸优化原理

6.3 NBI综合测试台真空筒体尺寸优化

6.3.1 建立尺寸优化模型

6.3.2 优化结果及分析

6.3.3 优化方案的确立

6.4 优化后真空筒体结构分析

6.5 优化后的模态分析

6.6 优化前后的真空筒体性能比较

6.7 本章小结

第七章 总结和展望

7.1 总结

7.2 下一步工作设想

参考文献

攻读硕士期间已发表的学术论文