HT-7U超导托卡马克装置真空室结构的强度分析
HT-7U真空室及PFC设计组
HT-7U 超导托卡马克装置真空室作为装置的关键部件之一，不仅受到自重、大气压、电动力等作用，还受到250°结构烘烤所产生的热应力，特别是各窗口颈管与真空室壳层以及底部低刚性支撑结构的相贯处的应力分布异常复杂，在结构设计时必须予以考虑。为了使真空室的结构设计安全、可靠，必须根据物理和工程的设计要求，充分考虑工艺生产的难度，通过一些详尽的力学计算，选取合适的真空室壁厚，确定真空室的基本结构。
1．引言
HT-7U真空室结构极其复杂，它是一个截面为D形的双层环体结构，运行时夹层内充有0.2Mpa的硼化水以屏蔽中子，降低中子在超导磁体上的核热沉积和对环境的污染，并且根据物理要求，还开有水平和上下垂直窗口，用于诊断、加热、抽气、充气、冷却等。这样一方面由于结构的连续性被破坏，在窗口颈管与真空室本体连接处将产生较大的附加弯曲应力，另一方面由于器壁材料被削弱，会引起应力增加和容器强度的减弱，在局部连接处出现应力集中，另外加上真空室需要烘烤所产生的热应力，以及等离子体破裂和垂直不稳定事件所产生的电动力，使得真空室的载荷工况极其复杂。对于这样一个结构形状、受力情况和边界条件都十分复杂的真空容器，目前世界上还没有一个统一的标准可以参照，没有一个统一的经验计算公式可参考，传统的计算方法很难对其应力分布和强度情况进行较为准确的分析。只有通过计算机采用有限元方法对其在各种工况下的受力状况进行有限元分析，才能获得较为准确的数据，为工程直接提供参考依据。目前国外的一些大中型在建的超导托卡马克装置如韩国的KATAR、印度的SST-1等都已先后引进了有限元计算这一先进的技术，通过模拟装置各种不同运行工况下的受力情况，分析装置在各种极端载荷下的安全和可靠性能，不断优化结构的工程设计参数，从而为超导托卡马克装置的建造提供了可靠的依据，不仅为工程节省了时间和经费，而且也避免了工程上许多不必要的失误和重复。因此在HT-7U装置的真空室设计过程中引进有限元这一先进技术意义十分重大。
有限元法是五十年代末出现的处理固体力学的一种数值方法，大容量的电子计算机是运用和发展有限元法所必备的工具，在国外由于电子计算机的迅速发展，有限元在各个学科领域的应用相当广泛，一直到七十年代中期，我国才在工程领域开始推广应用有限元法，并不断普及和发展有限元方法和理论。到现在为止，有限元技术已成为大型复杂机械结构强度分析的有力工具。表1给出了国际上几个大型托卡马克装置结构设计时所使用的有限元分析软件情况：
表1 国际上大型托卡马克装置结构设计时所使用的有限元分析软件
KSTAR
SST-1
ITER
TPX
JT-60U
强度分析
ANSYS
ANSYS
ANSYS COSMOS
NASTRAN
IDEAS
COSMOS
ANSYS
NASTRAN
结构屈曲/失稳分析ANSYS
————
ANSYS COSMOS
NASTRAN
COSMOS
ANSYS
————
温度场的分布及热应力分析FLUENT
ANSYS
ABAQUS
FLUENT
COSMOS
ANSYS
————
流体分析
FLUENT
ANSYS
ABAQUS
FLUENT
————
————
地震响应及疲劳寿命的分析
————
————
DYNAN3D
NASTRAN
————
DYNAN3D
NASTRAN
注：早期建造的托卡马克装置如ASDEX等采用的都是使用SAP有限元程序.
近年来，国外一些大型有限元商业软件发展较快，其中最著名的有NASTRAN，ANSYS，COSMOS等，它们在功能、求解问题的规模以及前后处理方面都有了较大改进。COSMOS 是由美国SRAC公司开发的面向微型机计算机的大型结构分析软件，其特点是不需要中小型或大型计算机的硬件条件，它可以直接在个人计算机上运行，计算分析成本相对较低，1995年和1996年分别推出了1.75和2.0两个版本，软件售价仅需数千美元。该程序的分析模块包括静力、动力、线性、非线性、振动、疲劳、流场、电磁场、温度场、优化设计等等，可广泛应用于机械工程、航空工程、土木建筑工程等领域，它的最高结点数有128000个，可以满足一些复杂结构的有限元分析，曾获1998年全美机械有限元分析软件评比第一名。NASTRAN和ANSYS两个软件都有近30多年的发展史，版本也不断推陈出新，它们也都是世界最著名、最权威、最可靠的大型通用结构有限元分析软件，价格也相当昂贵。NASTRAN的供应商是MSC公司，总部设在洛衫机，是享誉全球的工程校验，有限元分析和计算机仿真软件的供应商，它先后在1989年收购了流体CAE软件Pisces International公司，1993年收购了著名CAD供应厂商Aries Technology公司，1994年收购当时全球第二大CAE公司PDA Engineers，1998年收购机构动力学和运动学仿真软件公司Knowledge Revolution，1999年收购顶尖高度非线性CAE软件公司MARC等，在CAE行业奠定了无可争议的霸主地位。NASTRAN不仅始终作为美国联邦航空管理局(FAA)飞行器适航证领取的唯一验证软件，而且还是中国船级社指定的船舶分析验证软件(CCS/CC(1997)118附件)。为适应中国的工业标准，它作为与压力容器行业标准(JB4732-95)相适应的设计分析软件，全面通过了(中国)全国压力容器技术委员会的严格考核认证。近些年它在国防、铁道、核能、电子、石化和工程机械行业，均有不俗业绩。ANSYS有限公司由John Swanson博士创建于1970年，经过30年的发展和版本的推陈出新，凭借其先进的技术和可靠的质量，ANSYS 软件已得到世界诸多行业的认证，在国际上是ASME（美国机械工程师学会）、NQA（美国核安全局）认证的标准软件之一，在中国也通过了全国压力容器标准化委员会的严格考核，成为与中国压力容器行业标准(JB4732-95)相适应的设计分析软件。在HT-7U超导托卡马克装置真空室结构设计过程中，为了获得准确的设计依据，在充分利用我所现有的有限元软件COSMOS的同时，借助我国航空部门使用的成熟的有限元软件NASTRAN 对真空室有限元分析进行了详尽的力学计算和校核。
2 薄壳的基本理论及其有限元分析方法
随着工程技术的发展，人们逐渐认识到板壳结构的优越性，因而在现代工程技术部门中如航天、航海、石化、原子能等广泛地应用它们。板壳力学作为固体力学的一个重要分支就是研究平板和壳体在外力作用下所产生的应力和变形的一门学科，它直接为工程的结构设计提供了有力的理论依据。
HT-7U托卡马克装置真空室内外壳层采用的就是薄壳结构，因为真空室的壁厚远远小于真空室的总体结构尺寸。在这种薄壳的理论计算中，可分为两大类：薄膜理论和弯曲理论。前者又称为无矩理论，后者又称为有矩理论。无矩理论是壳体分析中一种近似理论，它忽略了力矩的存在，壳体上只有沿厚度方向分布均匀的法向力和剪切力，应用十分广泛，但必须满足以下条件：
（1）薄壁壳体，即，当为厚壁壳体时，则不能忽略弯矩的作用
（2）壳体的曲率半径连续，无突变；壁厚连续；材料性能连续
（3）作用在壳体上的外载荷包括机械载荷和温差连续；不允许承受垂直于壳体的集中力和力矩作用
（4）壳体边界处的支撑为自由支撑，即边界截面处的转角和法向位移均不受约束；如在壳体边界处有外力，则此外力应作用在壳体经线的切面以内
HT-7U真空室是一个截面为D形的环体结构，并且焊有大量的垂直和水平窗口，D形截面又是由一段直线段和五段弧连接而成，另外结构在运行时还会受到集中电磁载荷作用，无论从几何结构型式，载荷情况和支撑条件几个方面看，都存在这样或那样的不连续。壳体中的弯矩效应不能忽略，若采用无矩理论计算应力显然不合适。HT-7U真空室的实际结构是由圆柱壳和环形壳拼装组合而成，当容器受到内压、外压或集中电磁载荷作用时，在真空室直线段与弧段连接处以及真空室曲面与窗口相贯的地方因为不能相互自由变形而产生局部弯曲，从而引起局部的弯曲应力和薄膜应力，由于这些应力只发生在连接边缘，因而又称为边缘效应。在这些地方的焊缝必须消除残余应力，确保焊缝强度。
正是由于HT-7U真空室属于开孔非圆截面薄壳结构，开孔应力集中现象明显，理论上不能完全采用无矩理论方法，求解十分复杂，模型实验（多为钢质结构）周期长，代价高。只有借助有限元方法考虑弯曲效应采用壳体模型进行分析计算。根据薄壁结构的特点，在板壳结构力学模型中，可近似地用结构中面形变来描述结构的应力情况。其中α,β,γ为参数坐标，α,β位于壳体中面的切平面内，γ为中面的法线。根据板壳理论，结构应力应变与中面形变有以下关系：
ε01,ε02,ε03是由壳体内张力产生的中平面薄膜形变，是由于壳体受到弯矩和扭矩产生的中平面弯曲形变。由于中面形变反映了整个结构的应力情况，所以空间壳体的应力分析的控制方程可以用六个中面形变的偏微分方程来描述。具体的理论推导可参考相关文献。在计
算中为了方便起见，常用中面位移和中面转角代替中面形变。因此在有限元分析时，每个壳体单元都具有6个自由度，它们分别是三个中面位移UX,UY,UZ和三个中面转角RX,RY,RZ。它的有限元分析方法主要分为以下步骤：
（1）确定计算模型——离散结构，划分网格
（2）单元分析——假定单元位移函数，建立单元的节点力与节点位移关系式，计算单元刚度矩阵，把外加在单元上的载荷转化为节点载荷
（3）整体分析——将各单元的刚度矩阵集合形成总刚度矩阵，建立结构各节点的平衡方程，形成结构的整体方程组
[K]{U}= {F}
[K] 是结构刚度矩阵, {U}是节点位移向量，{F}是节点载荷向量
（4）引进边界条件——修改结构的平衡方程
（5）解线性代数方程组——求出结构的各节点位移分量
（6）计算单元应力——利用已解得的各节点位移分量，计算各单元应力
根据以上六个步骤不断优化网格参数进行计算即可以求得真空室在外载荷作用下得应力、应变和位移大小。然后对计算得结果进行后处理，打印结果数据、绘制应力和位移云图。
3 HT-7U装置真空室的结构线性有限元分析
为了获得可靠的工程设计参考数据，HT-7U真空室的强度分析是依靠美国SRAC公司开发的COSMOS\M和美国MSC公司开发的NASTRAN两大有限元分析程序进行计算的，并通过对这两种程序的计算结果进行分析和相互校核，不断进行有限元分析和试设计，获得了许多可靠的数据，它可以直接为HT-7U真空室的最终设计提供依据。
以下就是真空室有限元分析的详细过程。
l 几何模型的建立
基于真空室的对称性，选取了真空室的1/16段（包括一个水平窗口、一个上垂直窗口、一个下垂直窗口）为分析对象，真空室及其内外壳层之间的筋板位置的相关几何尺寸如图1所示。COSMOS的几何模型是通过程序中提供的点、线、面体、区域、轮廓等几何实体，借助坐标变换，生成真空室的三维几何模型，NASTRAN几何模型是先通过UG生成三维CAD图，然后通过PATRAN转化为NASTRAN程序中的几何模型，这些几何模型实体只是用于产生有限元网格，形成计算模型的辅助工具，有限元的计算并不直接依赖于几何实体，而是通过单元和节点来定义的。
l 建立有限元模型
有限元模型包含有节点和单元，其中最关键的技术就是如何进行网格划分。COSMOS和NASTRAN这两种程序都有许多划分网格的方法，如自动网格和映射网格等。在划分HT-7U 真空室模型时，形状比较规则的地方采用自动网格，所有节点网格的产生都是计算机根据几何模型的特征自行计算获得的，这样所达到的计算精度是足够的，且运算的速度快一点，不容易出错。而在真空室壳体与窗口相贯的地方，形状不连续并且出现突变或，如果仍然采用自动网格，就无法获得合适的网格，这样
图2 真空室的有限元模型
只能依靠映射网格，人为地指定真空室与窗口连接处的曲线或曲面上的网格数量及网格大小进行分网，在可能出现应力集中的部位进行网格加密。COSMOS和NASTRAN两种有限元分析模型如图2所示。
l 元素组、材料特性和实参数的定义
元素组是用于规定所使用的元素类型及相关的选择；材料特性是用于规定有限元各节点单元材料的特性参数；实参数是用于规定在图上不能标明的元素几何尺寸（如真空室壳体的厚度等）。由于HT-7U真空室是一种薄壳结构，其壁厚远远小于部件的整体尺寸，因此在有限元分析时如果将其视为一般的三维实体（SOLID）处理，不仅会增加网格难度，而且由于网格的崎变而不能获得较为理想的计算结果，如果采用板壳单元模型进行分析，不仅可以简化分析计算，而且可以获得更为准确的分析计算结果，鉴于此，真空室的有限元分析采用了薄壳单元，但究竟选用什么形式的薄壳单元计算结果精度高、收敛快，对工程设计能够更安全、更保守的参考依据，
为了验证这一点，COSMOS和NASTRAN分别采用了三结点三角形单元和四结点矩形单元进行分析计算。
真空室所选用的316L不锈钢的材料特性如下：
密度：7961Kg/m3
弹性模量：192Gpa
泊松比：0.3
热膨胀系数：0.18E-04/ Centigrade
热导率：0.039 Cal/cm/s/C
比热：0.12E+06 Cal·cm/kgf/s/s/C
真空室各部分实参数定义如下：
真空室内外壳体厚度：8mm
水平窗口厚度：10mm
上垂直窗口厚度：10mm
下垂直窗口厚度：15mm
内外壳层之间筋板厚度：15mm
窗口法兰厚度：30mm
l 载荷工况：
HT-7U装置放电真空室运行时，除了受大气压、硼化水压力和等离子体破裂引起的电磁力作用外，还会受到由于真空室烘烤或运行时温度分布不均匀以及局部热膨胀受到限制而引起的热应力。根据第二章载荷工况的分类，真空室的静态载荷有限元分析可分成以下工况进行计算：（详细的动态力学和结构地震分析参见第七张）
(1) 真空室的内侧、外侧或夹层等某处真空被破坏后，真空室就会受到大气压的不平衡作用，依照各种故障特点分成以下四种情况：
A．夹层和内侧为大气，外侧为真空
B．夹层和外侧为大气，内侧为真空
C．夹层为大气，内外侧为真空
D．夹层为真空，内外侧为大气
(2) 夹层内通0.2MPa的硼化水
(3) 由于真空室本身及内部部件引起的自重
(4) 真空室上感应涡流与磁场相互作用引起的电磁力
(5) 装置运行时HALO电流与磁场相互作用引起的电磁力
(6) 真空室烘烤情况：装置运行前真空室要进行250°C的烘烤（夹层内有压力硼化
水），温度梯度以及变形受到限制引起的应力
(7) 装置运行时极端危险情况：真空室壁温维持在100°C（夹层内有压力硼化水），
窗口端面为室温，温度梯度以及热变形受到限制引起的热应力，同时有涡流和HALO
电流引起的电磁力作用
l 边界条件
HT-7U真空室是通过窗口颈管与外真空杜瓦相连的，窗口端面固定在杜瓦壁上，在每个窗口颈管上又焊有特制的焊接波纹管以吸收真空室热胀冷缩引起的热变形，底部是通过一个低刚性支撑固定在外杜瓦底座上，由于波纹管的存在，上垂直窗口颈管允许沿垂直方向做一定范围内的上下移动，水平窗口颈管可以沿水平方向运动，同时由于波纹管本身就是一个弹性构件，窗口波纹管可用加在窗口单元上的等效弹簧边界元来代替，波纹管在X、Y、Z 三个方向上的刚度是通过实验和理论计算获得的。另外由于真空室的力学计算是取1/16真空室为研究对象，D形端面是靠施加对称约束来模拟真实情况，只允许其沿径向运动，不允许其沿大环方向运动。表2给出了上垂直窗口、下垂直窗口、水平窗口六个自由度情况。“0”表示固定，“1”表示自由。
表2
X方向
Y方向
Z方向
XOY面
XOZ面
YOZ面
上垂直窗口
1
下垂直窗口
1
水平窗口
1
D形端面（1）
1
1
D形端面（2）
1
1
l 真空室的有限元分析
一．HT-7U真空室主要参数的优化与选择
（1）真空室厚度的优化
真空室壳层厚度不仅直接影响到真空室各项力学和物理性能，而且关系着整个装置的工程造价。通过计算厚度大小对真空室与筋板连接处的应力强度影响较大，因此为了确定合适的真空室壁厚，选取夹层内通压力硼化水作为优化工况，经计算认为真空室壳层定为8mm比较合适。其具体优化结果如表3所示。
表3
真空室内外层壁厚
最大应力
最大位移
夹层通硼化水
内外侧为真空
真空室上有电动力和HALO电流产生的作用力(硼化水压力0.2Mpa)
6mm
173MPa
0.97mm
7mm
147 MPa
0.73mm
8mm
83.2 MPa
0.63mm
10mm
58.1 MPa
0.57mm
（2）上垂直窗口颈管厚度的计算
由于上垂直窗口颈管较长，当真空室夹层和内侧为大气，外侧为真空时，窗口中间部分的应力值往往会超过材料的许用应力，且应力集中，为了对这部分的情况有进一步的了解，减少网格划分引起的不必要的误差，需要单独取出窗口部分，细化网格进行计算。考虑到上垂直窗口很长并且是焊接在真空室本体上，真空室本体刚性又较好，因此可将真空室与颈管相连的地方视为全固定约束边界来进行计算。
结果如图3、4、5、6所示。
单位：Kg/cm2, r =29mm
图3 颈管厚为10mm的应力分布图4 颈管厚为12mm的应力分布
单位：Kg/cm2, r =37mm
图5 颈管厚为10mm的应力分布图6 颈管厚为12mm的应力分布
从以上的计算结果看，真空室颈管小R的大小对应力分布影响较大，如果将R的大小29mm 变成37mm，对应的最大应力值将下降30%左右，所以建议窗口颈管小R大小的确定，应该是在不影响物理诊断或测量装置的前提下应尽可能地大，一方面有利于降低真空室上的应力集中值，另一方面也可大大方便窗口颈管与真空室本体的焊接组装。
二．波纹管刚度及应力计算
真空室窗口颈管上的波纹管是采用厚度为1mm的不锈钢板压制成型后焊接而成，具体的制作过程详见第九章。为了获得该种非标结构的波纹管的刚度系数和应力分布情况，建立了含有5个波的焊接波纹管结构有限元模型，并沿垂直方向分别施加单位（1N/mm2）的载荷，模型采用板壳单元进行网格划分和有限元分析的。最后根据波纹管位移量，通过胡克定律K=F/δ，就可得到了波纹管的刚度系数。波纹管的计算应力云图和位移云图如图7、8所示。
图7 波纹管应力云图（单位：MPa）图8 波纹管位移云图（单位：mm）波纹管的计算结果如表4所示。
表4
波纹管波数
垂直压力
变形量
最大应力
刚度
5
9294N
2.94mm
157MPa
320N/mm
三．真空室静态有限元力学分析结果
根据真空室的结构尺寸，并将材料参数和结构的优化结果定义成真空室有限元分析模型的实参数，就可以得到真空室在各种工况下的应力分布情况。
1．工况1（自重引起的应力）：最大应力是7.9Mpa，主要出现在下垂直窗口颈管与真空室壳层和底部支撑相贯的地方，最大位移是0.116mm出现在上垂直窗口。应力分布结果如图9、10所示。
单位：Kg/cm2 单位：cm
图9 自重引起的应力云图图10 自重引起的位移云图
2．工况2（大气压作用引起的应力）：这种工况又可分成四种不同的工况，其结果如表5所示。
表5
工况分类
最大应力值
最大位移量
位置
大小(Mpa)
位置
大小(mm)
夹层为大气
内外侧为真空
水平窗口与壳体连接处
41.3
水平喇叭窗口侧面
0.225
夹层内侧为大气
外侧为真空
水平窗口颈管侧面上
135.3
窗口颈管侧面上
3.3
夹层外侧为大气
内侧为真空
水平窗口颈管侧面上
135.2
窗口颈管侧面上
3.3
内外侧为大气
夹层为真空
筋板与壳体连接处
43.7
真空室D型端面处
0.226
3．工况3（夹层内通压力硼化水引起的应力）：当夹层内通0.2MPa压力硼化水时，真空室上产生的最大应力为82.7Mpa，出现在真空室内外层与筋板连接的地方，最大位移为0.452mm，出现在筋板、真空室壳层与水平窗口颈管相贯的地方。其结果如图11、12所示。
单位：Kg/cm2 单位：cm
图11 压力硼化水引起的应力云图图12 压力硼化水引起的位移云图
4．工况4（真空室在由涡流引起的电磁载荷作用下产生的应力）：由于真空室上的涡流是局部形成闭合回路的，分布在整个真空室的本体上，但对真空室破坏性最强的是作用在真空室窗口附近电磁力。真空室在这种电磁载荷作用下产生的最大应力为59.7Mpa，出现在下垂直窗口颈管与真空室壳层相贯的地方，最大位移为0.78mm，出现在真空室的上窗口端。其结果如图13、14所示。
5．工况5（真空室在由HALO电流引起的电磁载荷作用下产生的应力）：这种工况下的应力分析基本同工况4相同，HALO电流引起的电磁载荷主要集中在下垂直窗口附近，由于该电磁载荷作用，真空室上产生的最大应力为16.5Mpa，出现在下垂直窗口颈管小半径端与真空室壳层相贯的地方，最大位移为0.179mm，出现在下垂直窗口颈管上。其结果如图15、16所示。
单位：Kg/cm2 单位：cm
图13 涡流电磁力引起的应力云图图14涡流电磁力引起的位移云图
单位：Kg/cm2 单位：cm
图15 HALO流电磁力引起的应力云图图16 HALO流电磁力引起的位移云图四．真空室热应力分析结果
HT-7U真空室除了受自重、大气压、硼化水压和电磁载荷等作用力外，还受到由单位：Kg/cm2 单位：Kg/cm2
第一种边界条件下真空室应力云图第二种边界条件下真空室应力云图
图17 真空室在250°C烘烤时的应力分析结果
单位：Kg/cm2 单位：Kg/cm2
第一种边界条件下真空室应力云图第二种边界条件下真空室应力云图
图18 真空室在100°C运行时的应力分析结果
于壁处理烘烤温度分布不均匀或受热膨胀被限制而引起的热应力。这种热应力有时可能达到很大的数值，如果不限制该应力大小，足以使真空室发生破坏，所以真空室的热应力分析非常重要。
在真空室有限元模型上加上计算获得的真空室温度场分布结果，（参见《HT-7U温度场分析》），并定义好真空室的各项热性能参数及边界条件。通过计算得知边界条件对真空室的应
力分析结果影响较大，为了更好地反映边界条件对真空室应力计算的影响，以及真空室在烘烤及运行状态下实际的受力大小，分别进行了三种情况的计算，一种是按照表2定义的边界条件进行计算，应力分析结果如图17所示，250°C烘烤时最大应力为602.8MPa，100°C 运行时最大应力为207Mpa，应力集中主要出现在各窗口端面的边界上以及窗口颈管与壳层相贯的地方，另一种是将所有窗口端面的约束条件解除，应力分析结果如图18所示，250°C烘烤时最大应力为113MPa，100°C运行时最大应力为90.7Mpa，应力集中主要出现在窗口颈管与壳层相贯的地方，还有一种就是首先通过有限元分析获得上、下垂直窗口、水平窗口以及底部低刚性支撑在X、Y、Z三个不同方向上的刚度系数，其有限元模型如图19，然后将这些刚度系数分别加到NASTRAN模型相应的位置上，进行计算就可得到真空室在烘烤和运行状态下的真实应力情况。
图19 真空室边界处刚度计算有限元模型
通过垂直窗口颈管、水平窗口颈管和底部支撑有限元计算的单位变形量可以获得真空室各窗口端面的在X、Y、Z三个方向上的刚度系数，如表6所示。
表6
刚度系数N/mm
垂直窗口
水平窗口
底部支撑
X方向
1680
160
146627
Y方向
32
2577
58479
Z方向
1492
2630
1602
将以上这些刚度系数分别施加到NASTRAN模型相应的位置上，就能够得到如下真空室在不同状态下的应力分布情况。
单位：Kg/cm2 单位：mm
第三种边界条件下真空室应力云图第三种边界条件下真空室应力云图
图20 真空室在100°C运行时的应力分析结果
单位：Kg/cm2 单位：mm
第三种边界条件下真空室应力云图第三种边界条件下真空室应力云图
图21 真空室在250°C烘烤时的应力分析结果
4．结论
从以上分析结果看，真空室在250°C烘烤时产生的应力最大，最大应力出现在下垂直颈管与底部低刚性支撑的连接处，另外在各窗口与真空室壳层相贯的地方有应力集中现象，特别是上、下垂直窗口小半径端与壳层相贯处。所以在设计时必须考虑这些地方的结构加强。总体上说真空室的应力水准是在安全强度范围内，具体的应力分析评定和真空室动态应力结构分析将在另外的报告中给出。
螺丝柱结构设计
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gdutang
螺丝柱结构设计
螺丝柱在一般的结构中用得是最多的，因为两个胶件的配合用螺丝比扣位要好得多，只是成本高了， 但一般稳固的结构都会用螺丝的，如下图就是自功螺丝的配合。 在画图时就有一点技巧了。 虽然画这个很简单，但看完后你就知道为什么了。
我们先拉伸一个柱实体，如下图，技巧来了，怎么选取草绘面，因为后面还要 CUT 出螺丝孔和螺丝沉孔。 我们要把以后的特征都参考到这个实体柱，在设变时就非常方便了。
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螺丝柱结构设计
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gdutang
如下图，因为这个例子比较特殊，底面是平面，我们直接草绘平面直接放在平面上就可以了。
CUT 螺丝沉孔时我们不要以外表面平面作草绘平面， 如下图， 我们以实体柱的底面 OFFSET 一个距离作草 绘平面。
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为什么要这样做，如下图，我们在改红色线的高度时就能保证绿色箭头那段距离不变了， 实践中，红色这个高度一般不会一次就能定下来的，在后面的设计中会作一些调整的。
如下图，是外观面不是平面的情况，我们就是以一个面为基准，最好是 DATUM PLANE OFFSET 一个距离后再拉伸实体柱 UP TO NEXT ，不要用 UP TO SURF 。 那么实体柱的高度可以随便调整了。
螺丝柱的位置一般在一边用尺寸控制，另一边则要参考到这一边，这样在移位时就可以很方便的同步移动 了。 如下图，就是用尺寸控制的一边。
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HT-7U超导托卡马克装置真空室结构的强度分析 HT-7U真空室及PFC设计组 HT-7U 超导托卡马克装置真空室作为装置的关键部件之一，不仅受到自重、大气压、电动力等作用，还受到250°结构烘烤所产生的热应力，特别是各窗口颈管与真空室壳层以及底部低刚性支撑结构的相贯处的应力分布异常复杂，在结构设计时必须予以考虑。为了使真空室的结构设计安全、可靠，必须根据物理和工程的设计要求，充分考虑工艺生产的难度，通过一些详尽的力学计算，选取合适的真空室壁厚，确定真空室的基本结构。 1．引言 HT-7U真空室结构极其复杂，它是一个截面为D形的双层环体结构，运行时夹层内充有0.2Mpa的硼化水以屏蔽中子，降低中子在超导磁体上的核热沉积和对环境的污染，并且根据物理要求，还开有水平和上下垂直窗口，用于诊断、加热、抽气、充气、冷却等。这样一方面由于结构的连续性被破坏，在窗口颈管与真空室本体连接处将产生较大的附加弯曲应力，另一方面由于器壁材料被削弱，会引起应力增加和容器强度的减弱，在局部连接处出现应力集中，另外加上真空室需要烘烤所产生的热应力，以及等离子体破裂和垂直不稳定事件所产生的电动力，使得真空室的载荷工况极其复杂。对于这样一个结构形状、受力情况和边界条件都十分复杂的真空容器，目前世界上还没有一个统一的标准可以参照，没有一个统一的经验计算公式可参考，传统的计算方法很难对其应力分布和强度情况进行较为准确的分析。只有通过计算机采用有限元方法对其在各种工况下的受力状况进行有限元分析，才能获得较为准确的数据，为工程直接提供参考依据。目前国外的一些大中型在建的超导托卡马克装置如韩国的KATAR、印度的SST-1等都已先后引进了有限元计算这一先进的技术，通过模拟装置各种不同运行工况下的受力情况，分析装置在各种极端载荷下的安全和可靠性能，不断优化结构的工程设计参数，从而为超导托卡马克装置的建造提供了可靠的依据，不仅为工程节省了时间和经费，而且也避免了工程上许多不必要的失误和重复。因此在HT-7U装置的真空室设计过程中引进有限元这一先进技术意义十分重大。 有限元法是五十年代末出现的处理固体力学的一种数值方法，大容量的电子计算机是运用和发展有限元法所必备的工具，在国外由于电子计算机的迅速发展，有限元在各个学科领域的应用相当广泛，一直到七十年代中期，我国才在工程领域开始推广应用有限元法，并不断普及和发展有限元方法和理论。到现在为止，有限元技术已成为大型复杂机械结构强度分析的有力工具。表1给出了国际上几个大型托卡马克装置结构设计时所使用的有限元分析软件情况： 表1 国际上大型托卡马克装置结构设计时所使用的有限元分析软件 KSTAR SST-1 ITER TPX JT-60U
电力变压器线圈结构分析及机械强度的问题探讨 电力变压器线圈结构种类比较多，主要分为低压线圈、高压线圈和调压线圈三种，它们在保障变压器使用安全的过程中扮演着重要的角色。电力变压器线圈质量对于变压器的运行安全性影响比较大，在变压器线圈机械强度检查活动中，技术人员应该检查线圈使之处于绕紧缠绕牢固的状态，并且对线圈的机械强度进行检验，确保其能够经久耐磨，并在用电高峰期时线圈结构处的电压处于较高状态下线圈不会出现失稳现象。文章从电力变压器线圈结构安全保障的角度进行分析，提出几点有利于提升电力变压器运行安全性的可行性措施。 标签：变压器；线圈结构；机械强度；电力系统 电力变压器的线圈结构应该采用紧密缠绕的方式进行设计，并且不同结构的线圈采用不同的绕组方式。变压器不同绕组的线圈其径向力和轴向力之间应该满足一定的数值要求，达到径向力和轴向力的对应平衡。并且，为了确保电力变压器线圈结构的使用安全，技术人员应该对线圈结构的机械强度进行精准控制。从输入时间及压紧应力进行分析，技术人员应该认真做好短路电流的计算工作，根据电力变压器线圈短路电流的大小计算线圈的弹性系数。重点对变压器线圈的阻尼因数进行认真计算，防止线圈在电流过大的情况下出现不规则。计算上下铁圈结构夹件力的大小，保证其符合一定机械强度下的耐磨性能所需。 1 电力变压器线圈结构分析 1.1 电力变压器调压线圈结构设计 在变压器调压线圈设计方式中，一般有两种层式结构类型，主要分为单匝模型设计方法和双饼模型两种。 双饼模型设计活动中，技术人员应该考虑阻性参数对于铁芯结构的影响，一般来说，支路铁心电感应具有较强的阻抗矩阵效果，如果铁芯结构的设计不够合理，支路空气电感应效果不强。在变压器的集合结构参数线圈的结构和形式设计活动中，技术人员还应该考虑到阻性参数对于变压器线圈结构的具体影响。将焦耳损耗和电解质损耗降低到最低水平。技术人员应该注意处理好铁芯半径与绕组内外半径之间的参数对应关系，总线匝数和饼间垫块数以及垫块宽度，都是影响电力变压器强度的关键参数。浸油绝缘材料相对介电常数应该控制为油、绝缘纸、垫块2.2/2.6/4.5的比例为宜。其油道高度控制在4.6mm-9.9mm之间。 1.2 变压器线圈匝数和内外径问题 采用合适的线圈结构设计方式，有利于保证变压器线盒内部导向体处于绝缘状态。其中，低压线圈的额定电压为10.5kV时，变压器线圈匝数为131圈为宜。其高度不应该低于1.08米，线圈内径应该控制在小于0.28米的水平，并且确保外径不大于0.344米。
模具結構強度分析方法 當我們在進行模具設計時,首先進行的動作便是結構確定.模具結構的合理性,對模具的承載能力有很大的影響,不合理的結構可能引起嚴重的應力集中或過高的工作溫度,從而惡化模具的工作條件,降低模具壽命,造成生產成本增加. 為確定合理的模具結構,以下幾點我們必須要有一些初步的了解: 一模具的失效形式及原因: 在正常情況下,模具的失效主要過程為:損傷--->局部失效--->失效 模具損傷的基本形式有五種:塑性變形,磨損,疲勞,冷熱疲勞(主要出現在熱作模具),斷裂及開裂. 1沖壓模具的結構對損傷過程的影響: 1>模具的沖裁間隙是一個重要的結構參數,對模具刃口的應力水平以及 其磨損速度有很大的影響. (1)沖裁間隙過小在沖頭的刃口和凹模刃口處易產生裂紋.此時,被 沖下的材料外形大于凹模刃口的內徑,板料上沖孔的直徑小于沖 頭的直徑.當進行沖壓工作時沖頭和凹模刃口的側面將受到劇烈 的磨擦,使磨損加劇. (2)沖裁間隙過大間隙過大時,板料變形量增大,使刃口和板料的接 觸面積減少,刃口端面的壓應力急劇增大,加速了刃口的塑性變形 (鈍化). 2>模具鋼的力學性能指標及治金質量對模具的失效形式及壽命有很大的 影響. 3>模具的熱處理是非常重要的工序,模具要通過此工序賦予其所需要的 性能,才能保障模具的壽命. 二模具結構強度分析方法: 模具結構強度分析方法到目前為止還未有統一的標準,大體上依據: (1)應力分析(塑性變形抗力,斷裂抗力,疲勞抗力,耐磨性,韌性 或沖擊韌度ak), (2)材料在復雜應力狀態下的強度分析(例如建立有限元模型, 利用速度和加速度傳感器進行模擬分析), (3)材料疲勞的工程分析; (4)工程斷裂分析; 不同的試驗研究單位有各自的試驗方法,由於試驗方法不同,結果也不相同.並且此類方法也不適應目前的模具結構強度分析, 此類試驗研究尚停留在材料或模型分析過程,無法適應現在的模具設計進度要求.但是此類的研究對設計人員預防模具早期失效有很大的幫助,對提高模具的承載能力有極大的潛力. 三模具局部結構強度改善 模具工作部份的幾何形狀,決定于沖壓產品的外形,模具非工作部份的幾何形
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910371323.4 (22)申请日 2019.05.06 (71)申请人 中国汽车技术研究中心有限公司 地址 300300 天津市东丽区先锋东路68号 申请人 中汽研汽车检验中心（天津）有限公 司 (72)发明人 王芳 马天翼 陈立铎 刘仕强 樊彬 刘磊 姜成龙 李玉鹏 (74)专利代理机构 天津滨海科纬知识产权代理 有限公司 12211 代理人 孙晓凤 (51)Int.Cl. G01N 3/00(2006.01) (54)发明名称 一种锂离子电池内部结构机械强度的分析 方法 (57)摘要 本发明涉及种锂离子电池内部结构机械强 度的分析方法，包括锂离子电池预处理、锂离子 电池内部结构、机械强度测试、数据耦合和过程 还原、锂离子电池内部机械强度分析等主要步 骤，这一方法可以验证锂离子电池的机械安全 性，测试锂离子电池在经过各项机械安全性测试 后内部结构的稳定性，为评估锂离子电池机械安 全性提供了可靠的评估依据。权利要求书1页 说明书5页 附图6页CN 110274815 A 2019.09.24 C N 110274815 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110274815 A 1.一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)锂离子电池预处理 将锂离子电池按照测试需求进行充放电预处理，调整电池的荷电状态至10％以下； (2)锂离子电池内部结构机械强度测试 i)内部结构关键点标注 将锂离子电池样品进行计算机断层扫描仪器测试，得到电池截面的图像，并对截面图像中的关键点进行标注； ii)机械强度力学探针分析 将力学探针注入电池内部，得到探针载荷随注入过程的力学变化曲线； (3)数据耦合和过程还原 根据步骤i)标注的关键点与步骤ii)获得的力学变化曲线进行耦合分析，根据关键点造成的力学曲线变化对曲线中关键点所在的区间进行定位，并与相应的内部结构图像对应，通过至少2点的定位过程使力学变化曲线与内部结构图像对应； (4)锂离子电池内部机械强度分析 根据步骤(3)的结果，获得力学探针尖端处于不同内部结构时的载荷，结合力学探针的截面面积，分析电池内部结构的机械强度。 2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，其特征在于，步骤ii)中力学探针注入速度为≤0.5mm/s。 3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，其特征在于，所述关键点选择电池内部结构中的外壳、空腔部位。 4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，其特征在于，所述关键点设置多个，该多个关键点为在电池内部结构中对称设置的6个点位。 2
目录 一、电动工具概论 (2) １、电动工具的定义 (2) ２、电动工具的发展历程 (2) ３、电动工具的用途 (3) ４、电动工具的分类 (4) ５、电动工具的使用环境 (4) ６、电动工具应满足的条件 (4) ７、电动工具的安全 (5) ８、电动工具的的安全操作 (5) ９、常用几种电动工具的介绍 (6) 二、市场调查 (9) １、国内的发展趋势 (9) ２、电动工具几个品牌的概况 (10) ３、客户情况调研 (13) 三、具体设计产品的调研 (15) 1、设计产品的确立 (15) 2、电动扳手的概况 (15) 3、市场上电动扳手的调研 (16) 4、目标用户调研 (17) 四、产品设计 (17) 1、设计定位 (17) 2、设计目标 (18) 3、思维发散 (18) 4、最终设计方案 (20) 5、设计感想 (22)
电动工具调研 一、电动工具概论 １、电动工具的定义 电动工具是一种运用小容量电动机或电磁铁,通过传动机构驱动工作头的手持式或可移式的机械化工具。 ２、电动工具的发展历程 国外的发展历程：１８９５年，德国Fein公司制造了第一台电动工具一直流电钻，重7．5kg，可钻中4mmL。20世纪初，又相继出现了三相工频、单相串励电钻及三相中频工具，这是第一代电动工具。第一代电动工具的特点是，已具备电动工具的典型结构和基本特征，缺点是笨重．电动机对地仅基本绝缘隔离，操作者有触电的危险。 为了提高电动工具的安全，1946年美国出现了采用热固性酚醛塑料外壳的电钻．随后欧洲电动工具制造商开发制造了双重绝缘电动工具以及全绝缘电动工具．由于塑料密度比金属小，电动工具的单位重量出力和安全性大大提高，目前，单相串励电动工具已普遍采用双重绝缘或全绝缘结构。这样的产品为第二代电动工具。 随着电子技术的发展，20世纪6(1年代初出现电子调速电动工具。8l库代起，电子技术已 在电动工具上广泛应用。电子技术的应用，不仅扩展了电动工具的功能，亦大大提高了电动工具的单位重量出力，使电动工具性能和水平有了很大提高，因此可称之为第三代电动工具。 长期来，电动工具都采用交流电源供电．都带有电源线，一般在工厂、家庭有交流电的场合使用，但在野外、建筑工地、空中、水下等场合就无法使用有电源线的交流电动工具。因此，1961年美国B&D公司开发了以电池作电的永磁直流电钻，使在无电源线及特殊条件下使用电动工具成为可能。但在开始时，由于功率较小、电池性能及永磁材料价贵的原因而发展不快，直20世纪80－90年代才大量发展。这可称之为第四代电动工具． 国内的发展历程：1942年，由当时的大威电机厂仿美国的“香槟”牌电钻制造了6MM，13MM的电钻，开创了我国生产电动工具的历史。在1954年成为我国第一家专业电动工具制造厂。 从1974年我国进行了单相串激电动工具联合设计，经过2年多的努力试制成了双重绝缘单相串激电钻，双重绝缘单相串激角向磨光机，手持式直向砂轮机三个系列以及双重绝缘
1、电动工具行业现状 电动工具是具有一定的技术含量和技术附加值的产品，它集塑料工程、机械、电机、电子控制等多种产业为一体， 与资源型产品有着本质的区别，其生产过程基本不对环境造成污染，属绿色产业，所以是近20年来国家一直鼓励生 产和出口的机电产品之一。 目前，我国电动工具行业已经成为一个外向型特征十分明显的行业，出口率高达85%以上，出口量居世界首位， 是居第二位的德国的2倍。我国已成为世界电动工具生产和出口的双料大国。 2、电动工具行业发展前景 业内人士目前对世界电动工具事业的发展都持乐观态度，相信电动工具事业是一项前景看好的产业。这是因为， 电动工具是一种“低值易耗品”，在欧美发达地区，电动工具不仅是工业系统常用工具，而且进入千家万户，成为家庭 必不可少的好帮手。据了解，在欧美发达国家和地区，每个家庭都有不同品种，不同用途的各种电动工具，有的甚至 有几套。在欧美发达国家和地区，电动工具不仅作为一种工具，而且被作为一种礼品，成为相互馈赠的礼物，因而有 较大的市场发展潜力。 3. 阿里巴巴关于“电动工具”买家分布情况 内贸方面，在alibaba买家分布中，广东、浙江、江苏买家数占59%，其市场开发潜力巨大。 4. 阿里巴巴电动工具企业概况 目前通过阿里巴巴搜索“电动工具”有95212条产品供应信息，这些企业中有很多实现了从做网站、做推广、找买家，谈生意、成交等一站式的业务模式。当前有效求购“电动工具”的信息已达到928条（数据截止 2008-10-23）。如下图所示： 阿里巴巴部分“电动工具”行业企业 公司名称合作年限公司名称合作年限 浙江新昌别克跃电动工具有限公司7 5 浙江省永康市第一钢丝轮厂7 珠海市和鸿企业有限公司7 常州市武进天力电动工具有限公司7 乐清市鸿力电子元件厂 6 武义吉顺工具有限公司7 4 上海得喜机械科技有限公司7 常州德力正清和工具有限公司 6 浙江省永康市电动工具制造有限公司 6 绍兴樱花船用机械有限公司7 5. 行业合作成功经验分享： 用贸易通聊天，40分钟能谈成生意？ 公司名：永康市电动机械厂 主营产品：电动工具角磨机小电磨等 加入阿里巴巴年限：第3年 雷春柳是浙江永康市电动机械厂的销售经理。 他才28岁，大学毕业不到6年的他，却谈吐成熟老练，销售风格硬朗。
全超导托卡马克的运行风险和需要采取的对策 全超导托卡马克的定义： 不仅纵场磁体而且所有主要的极向场磁体均为超导磁体的托卡马克。 一风险 1常规托卡马克所有磁体系统在设计运行的参数范围内均是自安全的； 2所有超导托卡马克的超导磁体即使在其设计的运行参数范围内均会在某些运行条件下发生失超，如不加以保护，不能及时将磁体内储存的磁能泄放，超导磁体或与其相关联的某些重要部件将被烧毁； 3对于只有纵场是超导磁体的超导托卡马克：运行风险主要来源于超导纵场磁体系统失超。引起失超的原因可以是：励磁电流过快、过大；制冷系统发生故障；磁体上局部地点温度升高；等离子体电流快速破裂；外杜瓦真空被破坏等等。失超后的具体风险为： 3.1由于纵场是托卡马克上储能最大的磁体系统，因此，发生失超时如不 能及时进行失超保护，将会造成磁体系统或相关部件烧毁的严重事故； 3.2如果及时进行了失超保护，但泄放回路的时间常数太小，则会使泄放 时感生的电压过高而造成部件绝缘击穿，烧毁磁体或相关部件； 3.3纵场系统失超时在与之有最强耦合的真空室和内冷屏的极向方向上将 感应出电流，这一电流将与纵场作用产生小截面上的扩张力和大环的 收缩力，它是一个将造成真空室和内冷屏剧烈振动的冲击力； 3.4由于在托卡马克装置上极向场系统与纵场系统的磁耦合很弱，因此在 只有纵场是超导磁体的超导托卡马克上极向场的快速变化（包括等离 子体电流的破裂）只会对外杜瓦内的纵场磁体系统造成小的影响； 4对于全超导托卡马克：在外杜瓦内不仅有超导纵场磁体系统而且全部极向场超导磁体系统也在同一外杜瓦内，由此，除了具有上述纵场系统失超引发的同样风险外还具有更大的运行风险，它是来源于所有极向磁场系统（包括等离子体电流）的特殊运行要求和自身相互之间的强耦合，具体是： 4.1等离子体电流的建立必需极向场线圈系统提供极快速（击穿）和快速 （电流爬升）的磁通变化： 4.1.1在这一阶段，极向场线圈，特别是中心螺管线圈极容易发生失超； 4.1.2同时所有与之强耦合的，构成环向回路的金属部件上将会引发感应 电压或涡流，前者可以引发电弧，后者将引起部件发热和电动力； 4.1.3电弧将会破坏外杜瓦真空，并有可能像预电离一样在外杜瓦内引发 更大面积的放电，造成不可收拾的严重后果； 4.1.4涡流将引发冷质部件的发热，从而也有可能引发线圈失超； 4.1.5涡流引发的电动力将有可能破坏或逐渐破坏绝缘从而引发电弧 4.1.6所有与之强耦合的极向场线圈上（包括中心螺管线圈自身）将引发 感应高电压，如果任何地方绝缘薄弱或损坏，则一定会引发线圈及 其部件烧毁的严重事故； 4.1.7在极向场线圈上感应的高电压将一直传递到电流引线箱，如果在超 导电流传输线和电流引线箱内绝缘薄弱、损坏和真空度下降均会引 发起弧、放电和因此烧毁部件。 4.2许多原因可以引发等离子体电流的突然破裂，其影响将首先发生在真
全球及中国电动工具行业研究及十四五规划分析报告 恒州博智(QYResearch) 2020年
2019年，全球电动工具市场规模达到了XX亿元，预计2026年可以达到XX亿元，年复合增长率(CAGR)为XX%。中国市场规模增长快速，预计将由2019年的XX亿元增长到2026年的XX亿元，年复合增长率为XX%。 本报告研究“十三五”期间全球及中国市场电动工具的供给和需求情况，以及“十四五”期间行业发展预测。重点分析全球主要地区电动工具的产能、产量、产值和价格，以及全球主要地区（和国家）电动工具的消费情况，历史数据2015-2020年，预测数据2021-2026年。 本文同时着重分析电动工具行业竞争格局，包括全球市场主要厂商竞争格局和中国本土市场主要厂商竞争格局，重点分析全球主要厂商电动工具产能、产量、产值、价格和市场份额，全球电动工具产地分布情况、中国电动工具进出口情况以及行业并购情况等。 此外针对电动工具行业产品分类、应用、行业政策、产业链、生产模式、销售模式、波特五力分析、行业发展有利因素、不利因素和进入壁垒也做了详细分析。 全球及国内主要厂商包括： Apex Tool Group Atlas Copco Hilti Corporation Ingersoll Rand Koki Holding Makita Corporation
Robert Bosch GmbH Stanley Black & Decker Snap-on Incorporated Techtronic Industries DeWalt Metabo Milwaukee 江苏东成电动工具 大有 按照不同产品类型，包括如下几个类别： 有绳 无绳 按照不同应用，主要包括如下几个方面： 施工 汽车 航天 其他 本文包含的主要地区和国家： 北美（美国和加拿大） 欧洲（德国、英国、法国、意大利和其他欧洲国家） 亚太（中国、日本、韩国、中国台湾地区、东南亚、印度等）拉美（墨西哥和巴西等）
2006年用户年会论文EAST托卡马克核聚变装置纵场超导磁体系统 的电磁分析 陈文革、秦织、徐厚昌 中国科学院等离子体物理研究所，合肥，230031 [ 摘要 ] EAST托卡马克装置是一个全超导的磁约束的核聚变实验装置，它的磁体系统主要由纵场超导系统与极向场超导磁体系统组成。本文主要介绍利用ANSYS分析软件对EAST装置纵场超导 磁体系统的磁场形态与电磁性能进行分析，以获得整个纵场超导磁体系统在EAST装置正常运 行过程中的主要电磁性能参数。 [ 关键词]电磁分析，超导磁体，EAST，托卡马克 The Electromagnetic Analysis for the TF superconducting Magnet System of EAST Tokamak Device Chen Wenge, Qin Zhi, Xu Houcang Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences Hefei, 230031 Abstract The EAST superconducting tokamak is a full superconducting magnetically confinefusion device, Its magnet system mainly consists of super-conducting toroidal field (TF) coils and super conducting poloidal field (PF) coils. This paper describes the distribution of magnetic field, ripple and electromagnetic loads of TF system by ANSYS code, Keyword Electomagnetic analysis, Superconducting magnet, EAST, Tokamak 1前言 EAST装置是一个具有非圆截面的大型全超导托卡马克核聚变实验装置，如图1所示。EAST 装置工程的科学目标是建造一个具有非园截面的大型超导托卡马克装置及其实验系统，发展并建立在超导托卡马克装置上进行稳态运行所需要的多种技术，开展稳态、安全、高效运行的先进托卡马克聚变反应堆基础物理问题的实验研究。EAST装置主机主要由超导纵场系统、超导极向场系统、真空室及其内部构件、内外冷屏、外真空杜瓦等五大部分组成。
熊猫型保偏光纤机械强度分析的理论和方法研究 英文题名 Analytical Theory and Method Study of Mechanical Strength of PANDA Polarization Model Optical Fiber 关键词保偏光纤; 机械强度; 耐疲劳因子; 英文关键词 polarization maintaining optical fiber; mechanical strength; anti-fatigue factor; 中文摘要光纤作为新一代的通信介质已经得到广泛的应用。光纤除了仅仅是作为通信介质应用外,还广泛地应用在各种光学器件中,同时也衍生出了各种不同类型的光纤。偏振保持光纤以优良的偏振特性,在各种偏振光学器件中得到了很大的应用,其中熊猫型保偏光纤在光纤陀螺中应用最为广泛。光纤陀螺是新一代导弹、航天器的导航器件,在军事方面的应用价值是非常巨大的,大有替代机械陀螺、激光陀螺的趋势。本文介绍了光纤的发展历程以及目前所应用的光纤种类,并且介绍了脆性材料的断裂知识以及光纤机械强度的基本理论知识,提出了前人对光纤机械强度性能的研究过程和方法。同时本文还介绍了国家标准中对普通单模光纤机械强度的分析方法,介绍了光纤张力筛选的原理和耐疲劳因子的测量方法。通过对普通单模光纤和熊猫型保偏光纤的比较,介绍了两种摘要 3-4 ABSTRACT 4 第一章绪论 7-14 1.1 引言 7-11 1.1.1 光通信发展的历史 7 1.1.2 光纤的特点和分类 7-11 1.2 目的和意义11-12 1.3 国内外研究现状 12 1.4 主要工作及论文结构 12-14 第二章光纤机械强度的基本知识 14-25 2.1 光纤机械强度的现状14 2.2 光纤强度基础知识的简介 14-16 2.3 光纤机械强度的分析方法 16-22 2.3.1 光纤强度的分析方法 16- 19 2.3.2 光纤强度的筛选方法 19-21 2.3.3 光纤机械强度的试验方法 21-22 2.4 光纤机械强度的分析实例 22- 24 2.5 小结 24-25 第三章光纤机械强度的试验方法 25- 39 3.1 张力筛选实验 25-28 3.1.1 恒定应力筛选试验 25 3.1.2 恒定轴向应变筛选试验 25- 26 3.1.3 恒定弯曲应变筛选试验 26-28 3.2 光纤的应力腐蚀参数的测量 28-38 3.2.1 用轴向张力法测量光纤动态疲劳参数 28-31 3.2.2 用两点弯曲法测量光纤的动态疲劳参数 31-34 3.2.3 用轴向张力法测量光纤静态疲劳参数 34-35 3.2.4 用两点弯曲法测量光纤静态疲劳参数 35- 37 3.2.5 用均匀弯曲法测量光纤静态疲劳参数 37- 38 3.3 小结 38-39 第四章熊猫型保偏光纤 39-51 4.1 保偏光纤同普通单模光纤的区别 40-41 4.2 熊猫型保偏光纤 41- 43 4.3 熊猫型保偏光纤的制作工艺简介 43-48 4.3.1 单模母棒和应力棒的制作 44-45 4.3.2 单模棒的加套 45- 46 4.3.3 单模棒和应力棒的加工和组装 46- 47 4.3.4 光纤拉丝 47-48 4.4 制作工艺的比较和影响 48-50 4.5 小结 50-51 第五章熊猫型保偏光纤机械强度分析的方法 51-65 5.1 熊猫型保偏光纤强度分析方法的选取 51 5.2 保偏光纤机械强度的试验 51-59 5.2.1 保偏光纤机械强度的样品和试验的设备 51-53 5.2.2 保偏光纤机械强度的试验过程53-54 5.2.3 保偏光纤机械强度试验数据及数据分析 54-
1一旋转轴直径d=80mm，受径向力F=2kN，跨距L=2m。F力作用在二支点中间，试计算a点的最大最小弯曲应力σmax、σmin、应力幅σa、平均应力σm和循环特性系数r，并画出其变应力图。 2某优质碳素结构钢零件，其σs=280MPa，σB=560MPa，σ－1=250MPa，工作应力σmax=155MPa，σmin=30MPa，零件的有效应力集中系数Kσ=1.65，尺寸系数εσ=0.81，表面状态系数β=0.95，等效系数ψσ=0.30。如取许用安全系数[S]=1.5，试校核该零件的强度是否足够（为安全起见一般计算屈服强度和疲劳强度两种安全系数）。 ,，最小应力σmin，平均3某零件的工作应力变化如图所示，求最大应力σ max 应力σm，应力幅σa，循环特性r。
4热交换器中有一两端固定的钢管，线膨胀系数α=?-11106 ℃-1，弹性模量E =?21.10 MPa 5，钢的屈服极限σS 230MPa =，计算当在最低温度为20℃，最高温度为160℃范围内变化时，热伸长受到约束的管的热应力σc 是否超过σS 值？ 5某灰铸铁的σB MPa =260，该材料的疲劳极限与静强度的近似关系式为：σσ-=1045.B ，试画该材料的简化极限应力图。 6某零件受稳定交变弯曲应力作用，最大工作应力σmax =180MPa ，最小工作应力σm i n =150MPa ，屈服极限σS 240MPa =，对称循环疲劳极限σ-=1180MPa ，脉动循环疲劳极限σ0=240MPa ，略去危险截面处应力集中系数等综合影响系数()K σD 的影响，试求： （1）等效系数ψσ值 （2）安全系数S 值 7已知材料σ-=1260MPa ，σ0=360MPa ，K σσεβ=25 .，σa 50MPa =， σm 40MPa =，r =常数，用图解法及计算法求安全系数S 。 注：简化疲劳极限线图采用折线图法
电动工具的基本知识 我国电动工具的发展概况 1942年，由当时的大威电机厂仿美国的“香槟”牌电钻制造了6MM，13MM的电钻，开创了我国生产电动工具的历史。在1954年成为我国第一家专业电动工具制造厂。 从1974年我国进行了单相串激电动工具联合设计，经过2年多的努力试制成了双重绝缘单相串激电钻，双重绝缘单相串激角向磨光机，手持式直向砂轮机三个系列以及双重绝缘单相串激模具电磨，曲线锯等20个品种规格的产品。 1976年开始筹建国家级的科研试验基地“中国电动工具检测中心”，“中国电工产品认证委员会电动工具认证站”于1985年通过验收，从此我国可以按照国际标准和国家标准，专业标准，对国内外各类电动工具的功能参数，安全，噪声，无线电干扰等各种质量参数进行全面的鉴定试验，形式认可，安全认证。 1980年~1985年，电动工具制造业持续高速发展了五年后进入了平稳发展。 1987年以后，许多国外知名品牌的电动工具纷纷抢滩中国，并在我国建立生产工具基地，如：德国BOSCH博世电动工具在浙江杭州，日本牧田电动工具在江苏昆山，日本日立电动工具在上海合资上海日立“龙牌”，在广东番禹生产“日立”和福建合作生产“闽日”牌电动工具，美国得伟电动工具在江苏苏州，“喜利得”电动工具在广东湛江。 目前市场上销售及信誉较好的电动工具无外乎这些品牌。 我国电动工具产品在品种，规格，产量，质量上都有较大的发展，但与国外工业国家相比仍然存在着品种少，产品外观差，噪声大，单位重量输出功率低，有电磁干扰，使用寿命短等问题。 国外70年代以来大力发展家用电动工具，积极发展电子调速和控速电动工具，研究开发无电源线的电池式电动工具，如日本电池式电动工具已占电动工具年产量的1/10，有电钻，螺丝刀，砂轮机，电锤等10多个品种，这是电动工具发展趋势。 在提高产品单位重量输出功率上，因采用深槽定子结构，提高绝缘结构的耐热等级，以及如何降低噪声，振动，抑制对无线电和电视的干扰，提高可靠性和使用寿命。 标准是衡量产品质量的准绳，是产品认证的重要依据，电动工具的标准化工作应采用国际标准和国外的先进标准，使我国的产品质量更上一个台阶。 电动工具及其应用 概念：电动工具是一种运用小容量电动机或电磁铁，通过传动机构驱动工作头的手持式或可移式的机械化工具。 电动工具品种繁多，目前世界上的电动工具已经发展到近500多个品种。 特点：结构轻巧，携带使用方便。 比手动工具可提高劳动生产率数倍到数十倍； 比风动工具效率高，费用低，振动小和易于控制。 应用； 1〕机械工业中：钻孔，攻丝，锯割，去锈，磨光，抛光，胀管及螺钉，螺栓和螺母的紧固等。 2〕农田改造，水利建设，隧道施工，矿山开采中：凿岩，混凝土捣实， 3）铁道建设中；道渣捣实。 4）农牧业中：农药喷洒，剪毛。 5）采茶和林业中：伐木，造材，打枝。
2015版风动和电动工具制造行业发展研究报告
目录 1. 2009-2014年风动和电动工具制造行业分析 (1) 1.1.风动和电动工具制造行业定义 (1) 1.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业产值占GDP比重 (1) 1.3.风动和电动工具制造行业企业规模分析 (2) 2. 2009-2014年风动和电动工具制造行业资产、负债分析 (4) 2.1.2009-2014年风动和电动工具制造行业资产分析 (4) 2.1.1. 2009-2014年风动和电动工具制造行业流动资产分析 (5) 2.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业负债分析 (6) 3. 2009-2014年风动和电动工具制造行业利润分析 (8) 3.1.2009-2014年风动和电动工具制造行业利润总额分析 (8) 3.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业主营业务利润分析 (9) 4. 2009-2014年风动和电动工具制造行业成本分析 (11) 4.1.2014年行业总成本构成情况 (11) 4.2.2009-2014年行业成本费用分项分析 (12) 4.2.1. 2009-2014年行业产品销售成本分析 (12) 4.2.2. 2009-2014年行业产品销售成本率分析 (13) 4.2.3. 2009-2014年行业产品销售费用分析 (14) 4.2.4. 2009-2014年行业产品销售费用率分析 (16) 4.2.5. 2009-2014年行业管理费用分析 (17) 4.2.6. 2009-2014年行业管理费用率分析 (18)
4.2.7. 2009-2014年行业财务费用分析 (19) 4.2.8. 2009-2014年行业财务费用率分析 (20) 4.2.9. 2009-2014年行业产品销售税金及附加分析 (21) 5. 2009-2014年风动和电动工具制造行业盈利能力分析 (23) 5.1.2014年风动和电动工具制造行业经营业务能力分析 (23) 5.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业成本费用利润率分析 (24) 5.3.2009-2014年风动和电动工具制造行业销售利润率分析 (25) 5.4.2009-2014年风动和电动工具制造行业毛利率分析 (26) 5.5.2009-2014年风动和电动工具制造行业资本保值增值率分析 (28) 6. 2009-2014年风动和电动工具制造行业偿债能力分析 (30) 6.1.2009-2014年风动和电动工具制造行业资产负债率分析 (30) 6.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业产权比率分析 (31) 7. 2009-2014年风动和电动工具制造行业发展能力分析 (33) 7.1.2009-2014年风动和电动工具制造行业销售收入增长率分析 (33) 7.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业销售利润增长率分析 (34) 7.3.2009-2014年风动和电动工具制造行业总资产增长率分析 (35) 7.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业利润总额增长率分析 (36) 8. 2009-2014年风动和电动工具制造行业资产质量状况分析 (38) 8.1.2009-2014年风动和电动工具制造行业应收账款周转率分析 (38) 8.2.2009-2014年风动和电动工具制造行业流动资产周转率分析 (39) 8.3.2009-2014年风动和电动工具制造行业总资产周转率分析 (40) 8.4.2009-2014年风动和电动工具制造行业产成品资金占用率分析 (41)
国内有哪些大科学装置 作者：中国科学院重大科学装置网来源：学习时报字数：1929 正负电子对撞机。北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在轻子和粲粒子产生阈附近研究-粲物理的大型正负电子对撞实验装置，也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机，BES是该能区内性能最好的谱仪。高能所已成为世界八大高能物理实验研究中心之一。1991年，国家计委正式批准成立北京正负电子对撞机国家实验室。 兰州重离子加速器。兰州重离子研究装置，亦称兰州重离子加速器，是我国能量最高的大型重离子研究装置。类似的中能重离子加速器现在世界上一共有8台，按建成时间排序HIRFL为第4台，法国、日本和我国都以大型分离扇回旋加速器作为主加速器。 合肥同步装置。国家同步辐射实验室是在真空紫外和软Ｘ射线波段向国内外用户开放的国际科研平台，是为多学科领域的基础研究、应用基础研究和应用基础服务的工业实验装置。 HT-7托卡马克。托卡马克（Tokamak）是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。通电时托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。受控热核聚变研究的重大突破是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，建成超导托卡马克，使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。超导托卡马克被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。 EAST托卡马克。EAST由实验“Experimental”、先进“Advanced”、超导“Superconducting”、托卡马克“Tokamak”四个单词首字母拼写而成，它的中文意思是“先进实验超导托卡马克”，同时具有“东方”的含意。EAST的建造具有十分重大的科学意义，它不仅是一个全超导托卡马克，而且具有会改善等离子体约束状况的大拉长非圆截面的等离子体位形，它的建成将使我国成为世界上少数几个拥有这种类型超导托卡马克装置的国家，使我国磁约束核聚变研究进入世界前沿。 长短波授时。长波授时系统（BPL）和短波授时系统（BPM）是国家授时中心目前主要的授时手段。短波授时台1970年基本建成，1981年正式开始短波授时服务，经升级改造，现短波授时台每天以四种频率连续24小时发播标准时间、标准频率信号。中功率长波台1979年建成试播，大功率长波台1983年开始授时服务，使我国陆基无线电授时服务达到国际先进水平，该项成果荣获1988年国家科技进步一等奖。 遥感卫星地面站。中国遥感卫星地面站是根据邓小平1979年访美期间所签订的中美科技合作备忘录建立的，经过近7年的筹备和建设，于1986年建成并投入运行。它的建立填补了我国资源卫星数据源的空白，它的发展催发和支持了我国遥感应用的发展，促进了遥感应用从科学实验向实用化、产业化的发展。地面站的主要任务是接收、处理、存档、分发各类地球对地观测卫星数据，为全国各行各业提供服务。同时开展卫星数据接收与处理以及相关技术的研究。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1717121842.html, 机械工程的可靠性优化设计分析 作者：刘峰王庆鑫赵秉祝 来源：《装饰装修天地》2020年第01期 摘; ; 要：随着我国经济技术的快速发展，人们对机械工程提出了更高的要求，机械工程产品应用广泛，对产品可靠性有较高要求，需要从多角度出发，对产品可靠性进行优化设计。首先对机械工程产品可靠性设计现状进行分析，探讨机械工程产品可靠性设计存在的不足。在此基础上，研究机械工程产品可靠性优化设计要点，提出几点具体的优化方法，以期促进其产品质量水平的提升。 关键词：机械工程;产品可靠性;优化设计 1; 引言 我国机械工程制造业发展较快，产品质量水平不断提升，已经进入良性发展期。但是在机械工程产品设计中，由于未能处理好产品功能扩展与可靠性要求的关系，导致产品可靠性存在不足，容易对产品使用安全造成一定影响。针对这种问题，应在提升产品可靠性设计重视度的基础上，采取有效的优化措施，为产品可靠性提供保障。 2; 机械工程可靠性优化的现状 我国机械工程制造业发展的起步较晚，在上世纪80年代时，才在产品可靠性设计方面取得一定突破。随着国内机械工程产品可靠性研究组织机构的相继成立，加快了我国产品可靠性设计的标准化进程，对于推动机械工程制造业发展做出了重要贡献。但客观而言，我国机械工程产品可靠性研究仍落后与西方发达国家，现有研究成果也偏重于理论，在实际生产领域的应用较少。从机械工程实践情况来看，由于缺少产品可靠性的优化设计经验，难以根据机械工程产品的实际用途、功能性能特点，对产品可靠性作出有效优化。或因产品可靠性优化设计周期较长，影响了实际工程进程。再加上成本等方面的客观限制条件，导致部分产品可靠性不足，容易影响机械工程产品的运行安全性和稳定性。针对这种状况，必须提高对机械工程产品可靠性设计的重视，同时应明确机械工程产品可靠性设计优化应贯穿于工程实践的全过程中，与产品制造、安装、使用及维修紧密结合起来，不断积累经验，提高机械工程产品可靠性设计水平。 3; 机械工程的可靠性优化设计原理 3.1; 机械可靠性定量设计方法
浙江省主要行业分析报告 浙江省五金行业概况： 2008年浙江省规模以上五金（金属制品）企业有3252家，销售额达到1722.92亿元。其中，炊具、吸油烟机、手工工具、手持式电动工具、锁具、阀门、拉链、不锈钢保温杯（壶）等主要五金产品产量均居全国首位。电动剃须刀、打火机产量占全国总量的90%以上，防盗安全门、不锈钢保温杯（壶）产量占全国总量的70%以上。炊具、吸油烟机、手工工具、手持式电动工具、锁具、阀门、拉链、不锈钢保温杯（壶）等主要五金产品产量均居全国首位。电动剃须刀、打火机产量占全国总量的90%以上，防盗安全门、不锈钢保温杯（壶）产量占全国总量的70%以上。 主要产业基地 金华市永康——中国五金制品基地 永康是中国最大的五金出口供货基地、最大的电动工具生产基地、最大的滑板车生产基地、最大的保温杯生产基地。据不完全统计，永康浙江省简介 浙江省地处中国东南沿海长江三角 洲南翼，东临东海，南接福建，西 与江西、安徽相连，北与上海、江 苏接壤。2009年出口额为1877亿 美元。
有五金机械企业10000余家，从业人员40多万，产品涵盖机械五金、装潢五金、日用五金、建筑五金、五金工具、小家电等1万多个品种，并形成了电动工具、有色金属冶炼、衡器、小家电、汽摩配、不锈钢制品、防盗门、滑板车等几大支柱产业，其中10多项五金产品的产量居全国之最，百余种产品打入国际市场。 浙江省余姚市——中国五金制品生产基地 余姚市五金制品行业及其相关企业超过5000家，而年产值500万元以上企业超过600家，形成了以厨卫及水暖器材、电动工具、不锈钢管带及制品等3个五金产业的产业集群。其中，水暖器材行业产出企业有500余家，主要集中在陆埠镇，产品涉及80多个系列280余个种类，陆埠镇已成为全国水暖器材最大的集散地和生产基地，被命名为“中国水暖器材之乡”。另外，全市拥有电动工具及配件企业300余家，其中规模以上企业32家，关联企业700余家，主要产品有电钻、电刨、电锯、电锤、电磨、切割机、园林工具、木工工具等八大系列，约800余个品种，产量超过2000万台，产品85%以上出口，销售约占全国同行的六分之一，配件产量约占全国配套件的50%左右，已成为全国电动工具零部件的主要生产基地之一，07年被中国电器工业协会授予“中国电动工具制造业基地”称号。 玉环——中国阀门生产基地、中国水龙头生产基地 玉环是全国最大的中低压铜制阀门生产和出口基地，也是重要的水龙头生产和出口基地。低压阀门占国内出口市场50%左右，内销市场占