[發(fā)明專利]一種堆棧型中心螺線管線圈的預(yù)緊力計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110698447.0
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113297708B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪獻(xiàn)偉;李秀蓮;謝文濤;邱睿;蔣琴仙
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 王巍巍

本發(fā)明公開了一種堆棧型中心螺線管線圈的預(yù)緊力計(jì)算方法，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：包括以下步驟：S1、建立線圈堆棧模塊及預(yù)緊桿的彈簧計(jì)算模型；S2、計(jì)算電磁載荷作用下線圈支撐系統(tǒng)的作用力；S3、建立預(yù)緊力與線圈彈簧變形的函數(shù)關(guān)系；S4、建立預(yù)緊力、電磁力共同作用下彈簧的變形與力的函數(shù)關(guān)系；S5、建立預(yù)緊力、電磁力共同作用下預(yù)緊桿彈簧的變形與力的函數(shù)關(guān)系；S6、計(jì)算彈簧力Gsubgt;i/subgt;；S7、確定不同磁場位型下所需的最小和最大預(yù)緊力；本發(fā)明給出了一種堆棧型中心螺線管線圈的預(yù)緊力計(jì)算方法，在預(yù)緊力的計(jì)算過程中，將線圈模塊和預(yù)緊桿等效為一維的線圈彈簧，簡化了計(jì)算模型，減小了網(wǎng)格數(shù)量，提高了建模效率，減少了計(jì)算時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電纜加工領(lǐng)域，特別涉及一種堆棧型中心螺線管線圈的預(yù)緊力計(jì)算方法。

背景技術(shù)

鑒于鎧裝式管內(nèi)電纜加工制造技術(shù)的限制，以及后續(xù)裝配的便捷性，當(dāng)前國內(nèi)外主流托卡馬克裝置的中心螺線管線圈普遍采用堆棧型超導(dǎo)磁體，然而中心螺線管線圈勵(lì)磁以后在線圈模塊之間產(chǎn)生的推斥力將導(dǎo)致線圈模塊的軸向分離和徑向錯(cuò)位，為了保持線圈系統(tǒng)的整體性需要在線圈的換向布置預(yù)緊結(jié)構(gòu)并施加預(yù)緊力。若預(yù)緊力過大，則在預(yù)緊桿上產(chǎn)生的拉應(yīng)力和磁體部件上產(chǎn)生的壓應(yīng)力將導(dǎo)致磁體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)破壞。若預(yù)緊力過小，則無法有效預(yù)緊各磁體模塊。因此，施加合適的預(yù)緊力就顯得尤為必要。然而預(yù)緊力不僅受溫度場的影響，電磁力的影響尤為明顯。而電磁力與磁場位形密切相關(guān)，托卡馬克中心螺線管線圈的磁場位形數(shù)量高達(dá)1.9×107，超大的計(jì)算量導(dǎo)致了難以采用有限元法，通過創(chuàng)建二維或三維分析模型來計(jì)算不同磁場位形下的電磁力，并進(jìn)一步預(yù)測在相應(yīng)的電磁力下所需要的預(yù)緊力。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術(shù)中提到的問題，本發(fā)明的目的是提供一種堆棧型中心螺線管線圈的預(yù)緊力計(jì)算方法，以解決背景技術(shù)中提到的問題。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

一種堆棧型中心螺線管線圈的預(yù)緊力計(jì)算方法，包括以下步驟：

S1、建立線圈堆棧模塊及預(yù)緊桿的彈簧計(jì)算模型；

S2、計(jì)算電磁載荷作用下線圈支撐系統(tǒng)的作用力；

S3、建立預(yù)緊力與線圈彈簧變形的函數(shù)關(guān)系；

S4、建立預(yù)緊力、電磁力共同作用下彈簧的變形與力的函數(shù)關(guān)系；

S5、建立預(yù)緊力、電磁力共同作用下預(yù)緊桿彈簧的變形與力的函數(shù)關(guān)系；

S6、計(jì)算彈簧力G_i；

S7、確定不同磁場位型下所需的最小和最大預(yù)緊力。

較佳的，所述S1包括：

S11、將n個(gè)線圈模塊分割成N個(gè)子模塊；

S12、將N個(gè)線圈子模塊和預(yù)緊桿由線圈彈簧等效，從而建立彈簧計(jì)算模型。

較佳的，所述S2包括：

S21、假定中心螺線管線圈通過頂部的吊裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，令吊裝結(jié)構(gòu)的作用力為F0；

S22、假定每個(gè)線圈子模塊上的電磁力為F_i(i＝1,2…,N)，且作用于線圈模塊的中心位置；

S23、由于中心螺線管最終處于靜止?fàn)顟B(tài)，故得到公式1：

較佳的，所述S3包括：

S31、假定預(yù)緊力的大小為P，各個(gè)線圈彈簧的彈簧常數(shù)為k_i(i＝1,2…,N+1)，預(yù)緊力作用下的變形為Δl'_i(i＝1,2…,N+1)；