上海同步辐射装置(SSRF)是一台高性能的第三代光源,其区别于第一、二代光源的最主要的特征之一就是具有极高的辐射功率和极高的功率密度,每平方毫米可达几十瓦至几百瓦。装置中介于储存环和光束线之间的前端区具有限制同步辐射光出口尺寸、保护储存环真空环境、吸收高热负载、保护下游光学元件等重要作用。第三代同步辐射装置高总功率和高密度的热负载给前端区挡光元件的设计带来了许多困难。为了降低光束作用在挡光器上的功率密度,挡光器通常采用掠入射结构,使受光面与入射同步辐射光成一小夹角,增大受光面积,并沿光轴方向在挡光器内部开槽,用水冷却,并选用导热性能较好的材料制造挡光器。挡光元件在设计时除了需要考虑结构的强度外,还需要考虑在频繁阻挡同步辐射时带来的热机械疲劳问题。由于高温低周循环疲劳与热疲劳在本质上都属于低循环应变疲劳,在现象上也类似,如果取与热疲劳的温度循环等效的某个温度作为高温低周循环疲劳的实验温度,并且给出与热应变等幅度的应变幅度来进行试验,则两种疲劳的破坏循环数是相同的,它们的应变—寿命曲线也是相同的。可以通过高温低周循环疲劳的寿命预测模型来预测热疲劳寿命。大部分前端区热负载部件采用导热性能优良的Glidcop?材料,Glidcop是一种氧化铝颗粒弥散强化铜,氧化铝颗粒在接近铜的熔点时仍能保持热稳定性,有效提高了合金的高温强度,同时又不明显降低合金的导热性能。本文系统测试了上海光源提供的Glidcop材料的拉伸与疲劳性能,得到了Glidcop在室温、200℃和400℃下的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和应变寿命疲劳曲线。同时考察了应变对Glidcop导热系数、热膨胀系数的影响。为挡光元件的设计模拟提供了试验参数。挡光元件的受光面承受局部高热负载,最大应变集中在一个小区域内,改变了受光面的表面形貌,使同步辐射光的入射角发生改变,挡光元件接收的总功率不变,但热流密度的分布发生了一定的变化,能量重新分配,温度场与应变场随之发生变化。为了考察这种影响的大小,特别是在接近Glidcop材料破坏极限时的情况,本文对承受局部高热负载的平板进行了有限元模拟,用应变场对受热面与入射光夹角修正后重新计算热流密度,加载到平板上经过热结构耦合分析得到修正后的温度场与应变场,循环多次后得到稳定的最高温度与最大应变。当入射角在1.5°～12°,平板的最高温度在600℃附近时,稳定后的最大应变值与初始值的差异小于7%,受热面局部承受高热负载导致的表面形貌改变对热流密度的影响可以忽略。