CFETR中心螺线管模型线圈应变和位移实验设计与分析

摘要

中国聚变工程实验堆(CFETR)是基于中国自主设计研制、成功建成运行先进实验超导托卡马克装置(EAST)和加入国际热核聚变实验堆(ITER)计划建设的开展受控核聚变研究的超导托卡马克装置，它对我国开发聚变能源、应对能源危机具有重要意义。
　　CS线圈，是CFETR聚变装置核心部件之一，它对等离子体电流的诱导产生、等离子体的成形和稳定起到关键作用。在中国聚变工程实验堆(CFETR)的概念设计阶段，针对CFETR中心螺管磁体的关键科学和技术问题，设计了一个CS模型线圈，用以开展模型线圈的设计与分析、绕制、热处理、绝缘等关键技术问题研究，完成模型线圈的研制及测试。
　　本文针对CSMC在降温过程和通电励磁过程的应变、位移行为进行了数值仿真分析和测量方法研究。
　　首先介绍了CFETR的中心螺线管模型线圈结构，使用ANSYS有限元分析软件建立了CSMC的有限元模型，对CS模型线圈在运行条件下（低温和强电磁力）的应变分布和位移变化进行模拟分析研究。
　　确定了使用四分之一Ⅱ型电桥法进行温度及磁场补偿，以修正温度和磁场对应变的影响，并搭建了测试平台，开展了材料从室温降到液氦温度，以及在0-10T背景磁场环境下的应变，实验结果表明了测量方法的可行性。确定了使用激光三角法测量CSMC的宏观位移，进行了激光位移传感器的精度对比实验，并测定了传感器的温漂系数。
　　最后，根据之前的分析结果，给出了CFETR CSMC的应变和位移的测量实验方案设计，为CSMC后期整体实验开展提供理论参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 能源发展趋势

1．2 受控核聚变研究

1．3 托卡马克装置

1．4 课题提出的背景和意义

1．5 论文研究的主要内容

第二章 CSMC降温及电磁载荷下力学性能模拟

2．1 CSMC结构及特点

2．2 有限元分析方法

2．2．1 弹性力学模型

2．2．2 有限元分析模型及材料属性

2．3 有限元分析结果及讨论

2．3．1 电磁特性

2．3．2 降温过程力学性能

2．3．3 电磁载荷下力学性能

2．4 本章小结

第三章 CSMC应变和位移测量方法

3．1 应变测量

3．1．1 应变测量方法

3．1．2 电阻应变片结构及工作原理

3．1．3 惠斯通电桥

3．1．4 应变测量

3．1．5 测量结果与分析

3．2 位移测量

3．2．1 位移测量方法

3．2．2 激光三角法

3．2．3 激光位移传感器

3．2．4 精度对比标定

3．2．5 温漂系数测定

3．3 本章小结

第四章 CSMC应变及位移测量系统设计

4．1 CSMC应变测量系统设计

4．1．1 系统原理与组成

4．1．2 测点选择

4．1．3 系统硬件设计

4．1．4 惠斯通桥路设计

4．2 CSMC位移测量系统设计

4．2．1 系统原理及组成

4．2．1 测点选择

4．2．2 系统硬件设计

4．2．3 位移转移概念设计

4．3 本章小结

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果