NBI綜合測試臺真空筒體受力分析
1、NBI 綜合測試臺真空筒體結構
NBI 綜合測試臺真空筒體由三段筒體組成, 前端是離子源連接蓋板, 后端是漂移管道連接蓋板, 底部是C 型腹板。三段筒體與兩端蓋板互相通過螺栓連接, 三段筒體與底部C 型腹板以焊接方式接連在一起。工作狀態時, 真空筒體整體被安置在鏈輪導軌上, 鏈輪通過鞍座與C 型腹板橫梁相連接。圖1 是NBI 綜合測試臺真空筒體整體外觀圖。
圖1 NBI 綜則試臺真空筒體
2、真空筒體材料和主要尺寸
三段真空筒體及內部連接件的材料均為AL.ALY. 6061-T6, 材料密度P= 2.70 g/ cm3, 彈性模量為E= 68.9 GPa, 泊松比為U= 0.33, 屈服極限Q= 276MPa; 離子源連接端蓋、漂移管道連接端蓋、C 型腹板材料為SST304, 材料密度P= 7.93 g/ cm3, 彈性模量為E = 197 GPa, 泊松比為U= 0.3, 屈服極限= 205MPa。真空筒體的各部件主要尺寸如表1。
表1 真空筒體主要尺寸
3、真空筒體受力計算
真空筒體的三段筒體中各裝有內部部件8 個、1個和2 個, 計算筒體內部受力時, 主要根據內部部件的重量和連接情況, 不考慮各部件的具體尺寸與形狀等, 通過建立簡化模型進行分析計算。筒體I內部部件較多, 受力復雜, 為說明計算方法, 本文以筒體I中的部分部件受力計算過程為例作詳細說明。
(1) 受力計算方法
筒體I結構及連接件位置如圖2 所示。
圖2 連接件位置示意圖
以其中的部件2、3、4、5 為例, 四個部件總重量為3070 kg。其中, 內部部件2 為最上端的部件, 依靠螺栓與連接件2-1 相連接, 懸掛在筒體上, 該連接件共4 個, 呈左右對稱。連接件2-2 呈左右對稱分布, 對部件起到支撐作用, 上表面靠近筒體中心處受力, 單側受力面積大小為42. 44 cm2; 連接件2-3 與內部部件進行螺紋連接, 受力方向為豎直向下, 沿連接件上的螺紋孔軸線方向; 連接件2-4 及2-5 與內部部件進行螺紋連接,受力方向均為沿著連接件的中心螺紋孔的軸線方向。
根據各連接件位置示意圖以及之前所做的假設, 可以將內部部件2、3、4、5 的重量均分為四個部分, 連接件2-1、連接件2-2 和2-3、連接件2-4、連接件2-5 分別承受了四分之一的重量。
圖3 連接件2- 1 的力學示意圖
根據圖3 建立的力學示意圖, 計算結果可得
G2= 3070*9. 8/ 4= 7. 52 kN
F 3= F'3= 1. 88 kN
F4= F,4= 2. 76 kN
連接件2-2、2-3 共三個支撐件, 每個支撐件受力F5= G2/ 3= 2. 51 kN
連接件2-4、2-5 分別受力F6= G2/ 2= 3. 76 kN
(2) 筒體各段受力計算結果
筒體各段受力計算結果如表2 所示。
表2 真空筒體受力計算結果
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