NBI综合测试台真空筒体受力分析
1、NBI 综合测试台真空筒体结构
NBI 综合测试台真空筒体由三段筒体组成, 前端是离子源连接盖板, 后端是漂移管道连接盖板, 底部是C 型腹板。三段筒体与两端盖板互相通过螺栓连接, 三段筒体与底部C 型腹板以焊接方式接连在一起。工作状态时, 真空筒体整体被安置在链轮导轨上, 链轮通过鞍座与C 型腹板横梁相连接。图1 是NBI 综合测试台真空筒体整体外观图。
图1 NBI 综则试台真空筒体
2、真空筒体材料和主要尺寸
三段真空筒体及内部连接件的材料均为AL.ALY. 6061-T6, 材料密度P= 2.70 g/ cm3, 弹性模量为E= 68.9 GPa, 泊松比为U= 0.33, 屈服极限Q= 276MPa; 离子源连接端盖、漂移管道连接端盖、C 型腹板材料为SST304, 材料密度P= 7.93 g/ cm3, 弹性模量为E = 197 GPa, 泊松比为U= 0.3, 屈服极限= 205MPa。真空筒体的各部件主要尺寸如表1。
表1 真空筒体主要尺寸
3、真空筒体受力计算
真空筒体的三段筒体中各装有内部部件8 个、1个和2 个, 计算筒体内部受力时, 主要根据内部部件的重量和连接情况, 不考虑各部件的具体尺寸与形状等, 通过建立简化模型进行分析计算。筒体I内部部件较多, 受力复杂, 为说明计算方法, 本文以筒体I中的部分部件受力计算过程为例作详细说明。
(1) 受力计算方法
筒体I结构及连接件位置如图2 所示。
图2 连接件位置示意图
以其中的部件2、3、4、5 为例, 四个部件总重量为3070 kg。其中, 内部部件2 为最上端的部件, 依靠螺栓与连接件2-1 相连接, 悬挂在筒体上, 该连接件共4 个, 呈左右对称。连接件2-2 呈左右对称分布, 对部件起到支撑作用, 上表面靠近筒体中心处受力, 单侧受力面积大小为42. 44 cm2; 连接件2-3 与内部部件进行螺纹连接, 受力方向为竖直向下, 沿连接件上的螺纹孔轴线方向; 连接件2-4 及2-5 与内部部件进行螺纹连接,受力方向均为沿着连接件的中心螺纹孔的轴线方向。
根据各连接件位置示意图以及之前所做的假设, 可以将内部部件2、3、4、5 的重量均分为四个部分, 连接件2-1、连接件2-2 和2-3、连接件2-4、连接件2-5 分别承受了四分之一的重量。
图3 连接件2- 1 的力学示意图
根据图3 建立的力学示意图, 计算结果可得
G2= 3070*9. 8/ 4= 7. 52 kN
F 3= F'3= 1. 88 kN
F4= F,4= 2. 76 kN
连接件2-2、2-3 共三个支撑件, 每个支撑件受力F5= G2/ 3= 2. 51 kN
连接件2-4、2-5 分别受力F6= G2/ 2= 3. 76 kN
(2) 筒体各段受力计算结果
筒体各段受力计算结果如表2 所示。
表2 真空筒体受力计算结果
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