[发明专利]一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法

权利要求书

1.一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、建立线圈堆栈模块及预紧杆的弹簧计算模型；

S2、计算电磁载荷作用下线圈支撑系统的作用力；

S3、建立预紧力与线圈弹簧变形的函数关系；

S4、建立预紧力、电磁力共同作用下弹簧的变形与力的函数关系；

S5、建立预紧力、电磁力共同作用下预紧杆弹簧的变形与力的函数关系；

S6、计算弹簧力G_i；

S7、确定不同磁场位型下所需的最小和最大预紧力；

所述S1包括：

S11、将n个线圈模块分割成N个子模块；

S12、将N个线圈子模块和预紧杆由线圈弹簧等效，从而建立弹簧计算模型。

2.根据权利要求1所述的一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，其特征在于：所述S2包括：

S21、假定中心螺线管线圈通过顶部的吊装结构进行固定，令吊装结构的作用力为F₀；

S22、假定每个线圈子模块上的电磁力为F_i(i＝1,2…,N)，且作用于线圈模块的中心位置；

S23、由于中心螺线管最终处于静止状态，故得到公式1：

3.根据权利要求1所述的一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，其特征在于：所述S3包括：

S31、假定预紧力的大小为P，各个线圈弹簧的弹簧常数为k_i(i＝1，2…，N+1)，预紧力作用下的变形为Δl′_i(i＝1，2…，N+1)；

S32、由于N+1个弹簧构成了一个串联弹簧系统，故得到公式2：

k₁Δl′₁＝k₂Δl′₂＝k₃Δl′₃＝…k_N+1Δl′_N+1＝P。

4.根据权利要求1所述的一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，其特征在于：所述S4包括：

S41、假定弹簧i受到的电磁力为F_i(i＝1，2…，N+1)，电磁力和预紧力作用下弹簧的变形为Δl_i(i＝1，2…，N+1)

S42、对于弹簧i，在平衡状态满足公式3：

k_iΔl_i+k_i+1Δl_i+1+F_i＝0；

即，公式4：

Δl_i＝k_i+1Δl_i+1/k_i+F_i/k_i。

5.根据权利要求4所述的一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，其特征在于：所述S5包括：

S51、建立线圈弹簧压缩变形与预紧杆弹簧拉伸变形的函数关系，假定N个线圈弹簧串联后的初始长度为l_coil，预紧杆弹簧拉伸前的初始长度为l_rod，由于l_coil-l_rod≡c，故得到公式5：

得到公式6：

得到公式7：

S52、联立公式3、公式6并求解非齐次线性方程组，得公式8：

解方程组求解预紧杆弹簧的变形，得公式9：

Δl_rod＝(P-q_N+1Λ)/k_rod；

得公式10：