【摘 要】
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国际热核聚变实验堆（ITER）是一个计划能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克实验装置。波纹管作为连接真空室和杜瓦、杜瓦和外部建筑物之间的通道,吸收真空室和杜瓦、杜瓦和外部建筑物之间产生的相对位移,维持装置在各种工况下的稳定运行,性能非常重要。按照项目要求,ITER装置需要对所有窗口的波纹管提出的设计要求根据EJMA标准进行设计,再通过CATIA三维建模软件建立波纹管三维模型,并导入ANSYS Wo
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国际热核聚变实验堆（ITER）是一个计划能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克实验装置。波纹管作为连接真空室和杜瓦、杜瓦和外部建筑物之间的通道,吸收真空室和杜瓦、杜瓦和外部建筑物之间产生的相对位移,维持装置在各种工况下的稳定运行,性能非常重要。按照项目要求,ITER装置需要对所有窗口的波纹管提出的设计要求根据EJMA标准进行设计,再通过CATIA三维建模软件建立波纹管三维模型,并导入ANSYS Workbench中对其各种工况进行强度、塑性破坏和疲劳寿命等有限元分析,最后加工出原型件按照各种工况进行实验验证,分析及实验结果都满足实际工况要求后开始批量生产工作。本文以上窗口杜瓦波纹管（upper cell bellows）为研究对象,对该波纹管各种工况下进行疲劳分析,并通过实验进行验证,以满足合同要求。塑性破坏有限元分析时,得到波纹节最大线性化主应力,NO工况（正常工作工况）的薄膜应力为5MPa,薄膜应力+弯曲应力为20MPa;NO+Cr ICE II工况（正常+杜瓦进入冷却剂）的薄膜应力为5MPa,薄膜应力+弯曲应力为20MPa;BK+SL-1工况（烘烤+地震等级1）的薄膜应力为46MPa,薄膜应力+弯曲应力为99MPa。疲劳寿命有限元分析时,NO工况的应力为102MPa,可以推算出可循环次数为1e6次;NO+Cr ICE II工况的应力为428MPa,循环次数为40965次;BK+SL-1工况的应力为436MPa,循环次数为38170次。塑性破坏和疲劳寿命有限元分析结果显示的余量都很大,符合设计要求。实验测试时,进行位移荷载为-12mm～+19mm,疲劳试验周期为300次的疲劳测试,得到upper cell bellows实验刚度平均值K为361.79N/mm,upper cell bellows顺利通过测试。通过以上的研究,为ITER装置upper cell bellows的工程设计和加工制造提供理论依据和技术保证,为其他窗口波纹管提供技术参考,并为以后此类大型矩形波纹管的设计研究提供参考。
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