ITER中子屏蔽塊結(jié)構(gòu)塑性極限分析.pdf

1、國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆ITER裝置的真空室是發(fā)生核聚變的場所，真空室是雙層殼體結(jié)構(gòu)。在雙層殼體中間設(shè)置中子屏蔽層，中子屏蔽層由多個中子屏蔽塊組成，用于屏蔽核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子流。在核聚變正常工作的工況下，中子屏蔽塊將受到多種載荷的作用力，它們有螺栓的預(yù)緊力、結(jié)構(gòu)體的自重、渦流電磁力、磁化電磁力（鐵磁材料）以及有可能產(chǎn)生的地震載荷和垂直位移事件載荷。因此，中子屏蔽塊以及整個中子屏蔽層的結(jié)構(gòu)安全性和可靠性尤其重要。
　　 由于中子

2、屏蔽塊是一個復(fù)雜的裝配體，在其詳細(xì)設(shè)計過程中，為了校核它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，只能采用有限元的方法對其進(jìn)行仿真分析。在大多數(shù)的工程分析中，有限元彈性分析應(yīng)用比較廣泛，但由于在彈性分析的后處理中，應(yīng)力分類比較困難，分析的結(jié)果難免比較保守，而塑性極限分析就避免了這個問題。
　　 在對中子屏蔽塊進(jìn)行有限元分析中，單個組件所受的載荷和邊界條件都不易確定，因此，為了準(zhǔn)確地分析計算中子屏蔽塊的受力情況，在此對中子屏蔽塊整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，而且在比

3、較關(guān)心的組件之間建立接觸。因此，有限元模型的前處理是比較復(fù)雜的，本文將詳細(xì)介紹。
　　 本文首先介紹了中子屏蔽塊裝配體及其各組件的詳細(xì)設(shè)計，然后對中子屏蔽塊進(jìn)行有限元彈性分析，以彈性分析的標(biāo)準(zhǔn)對中子屏蔽塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，結(jié)果表明部分組件應(yīng)力過大，大于許用應(yīng)力。為此，在彈性分析的基礎(chǔ)上，本文重點對中子屏蔽塊做塑性極限分析。因為材料真實的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是一個復(fù)雜的曲線，將真實的應(yīng)力-應(yīng)變曲線用于塑性極限分析是不現(xiàn)實的，為了簡化計算

4、，在此假設(shè)材料為理想彈塑性材料，將真實載荷以一定的載荷系數(shù)加載到屏蔽塊上，載荷系數(shù)逐漸變大，直到計算收斂失敗。提取結(jié)果并繪制載荷-應(yīng)變曲線，根據(jù)塑性極限分析應(yīng)變的評定準(zhǔn)則對分析的結(jié)果進(jìn)行評定。
　　 塑性極限分析的結(jié)果顯示應(yīng)變的大小沒有達(dá)到極限載荷的應(yīng)變值，因此，真實載荷小于極限載荷，中子屏蔽塊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是安全的。因此，塑性極限分析充分發(fā)掘出了材料的潛能，不僅節(jié)省了材料，而且避免了對中子屏蔽塊的重新設(shè)計。同時，在對中子屏蔽塊的塑