BFEB包层氦冷屏的结构力学分析与优化

摘要

通过Pro/MECHANICA编码计算,对在静态氦压与稳态温度场的组合作用下的氦冷屏基元管道模型进行了结构力学分析与优化.强度校核采用材料力学第4强度理论--八面体剪应力强度理论.氦冷屏基元管道的截面从矩形薄壁截面(12mm×9mm×1mm)优化为外方内圆薄壁截面(9mm×9mm×φ7mm或φ6mm)后,可使基元管道在静态氦压下的最大计算应力σ pm和最大位移D pm均得到数量级的下降,从而使在静态氦压与稳态温度场组合作用下的最大计算应力σ cm降低到小于HT-9许用应力[σT].编码分析表明:氦冷屏基元管道的静态氦压计算应力σp为二向拉伸状态,而稳态温度场计算应力σt为二向压缩状态,它们的叠加组合具有一些相互抵消的效果.这导致外方内圆截面(9mm×9mm×φ7mm)的基元管道模型较(9mm×9mm×φ6mm)的具有更小的最大组合计算应力σ cm.对于BFEB包层拟冷屏的拱形基元模型SC24-7和回弯形基元模型SC44-7,其最大组合计算应力σ cm分别为95.6和134MPa,即HT-9[σT]的55%和77%;最大组合位移均约为2.8mm.所以,氦冷屏基元管道的截面形状和尺寸优化后,其稳态结构力学强度具有一定的安全裕度.