论文部分内容阅读
即将在德国国家重离子实验室建设的国际反质子与离子加速器FAIR是新一代粒子加速器，以用于与物质基本结构有关的未来前沿科学和其它交叉学科的研究。二极超导磁体作为FAIR项目中收集环CR的主要部件之一，其质量的优劣不仅将直接影响到收集环CR物理参数的实现，而且还将关系到整个装置建设的成败，因而有必要在设计阶段对二极超导磁体进行有限元分析，目的是提供一个满足物理设计要求且安全可靠的二极超导磁体系统。为此本文借助ANSYS开展了诸多相关内容的有限元分析。
本文首先利用ANSYS对二极超导磁体在额定电流下的电磁特性进行了二维和三维分析，得到了磁体的磁感应强度的大小及分布情况，结果表明二极磁体的物理参数达到了设计要求。在磁场分析结果的基础上，对二极超导磁体在工作电流下的磁体储能、电感以及线圈所受到的电动力等电磁特性进行了详细的分析。同时本文亦对二极超导磁体在10A到350A不同电流激励下的电磁参数进行了分析，得到了磁体的储能、电感等参数随激励电流的变化曲线。电磁分析结果为磁体失超保护系统的设计、结构设计及其分析提供了必要的参数。
本文对二极超导磁体进行了详尽的结构力学分析。首先利用1/4模型对磁体的降温过程中进行了力学分析。计算结果表明磁体沿各个方向的收缩变形与理论值相近，磁体各组分的热应力均小于所用材料在低温下的许用应力。其次在不同的边界条件下，利用ANSYS的间接法顺序耦合方法对二极超导磁体在电动力载荷和重力载荷作用下的结构进行了有限元分析；同时利用ANSYS的子模型技术对磁体系统截面进行了二维分析。计算结果表明有中间支撑时，磁体在各个方向的变形均在允许范围内，且此时磁体内部各组分材料所受到的Von Mises应力或剪应力均小于材料的许用应力，线圈绕组在励磁过程中是安全的。