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国际热核聚变实验堆ITER(International Thermonuclear ExperimentalReactor),是当今世界上仅次于国际空间站的最大的国际合作项目,其目标是建造一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆以验证聚变反应堆的工程可行性。超导校正场线圈是ITER超导磁体系统的重要组成部分,共有18个线圈分为三组:6个BCC(bottom correction coil)线圈、6个SCC(side correction coil)线圈和6个TCC(top correction coil)线圈。校正场线圈采用管内电缆导体结构,通过4.5K超临界氦冷却工作,以校正线圈由于制造误差、安装误差、接头以及引线等引起的磁场形态误差,SCC也用于等离子体电阻壁模式扰动的反馈控制。本文主要针对ITER校正场SCC线圈开展工程计算和分析,为其设计与制造提供重要依据。
文章主要采用CATIA软件进行结构设计,ANSYS软件进行有限元分析。首先介绍了SCC相关的结构设计以及最新开展的一些工艺研究;进行SCC的电磁分析,找出了磁场最小和最大时刻以及相应的电磁力,为结构分析和疲劳分析奠定了基础;为了简化结构分析,进行线圈超导电缆部分的等效材料属性有限元分析;利用等效材料属性进行了SCC整模的结构分析并找出了最大应力的位置;针对整模上应力最大部位进行了局部详细的结构分析和疲劳分析;同时完成了JOGGLE区域应力分析及评估;最后开展了校正场线圈SCC线圈的热分析,主要包括线圈的降温过程以及正常工作过程的热分析。所有的分析结果表明:校正场SCC的设计完全满足ITER的设计标准,且有相当的裕量。因此可以认为目前的SCC的结构是合理的、安全的和可靠的,达到了本文的主要目标。