[发明专利]一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法

说明书

本发明公开了一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，其技术方案要点是：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Gsubgt;i/subgt;；S7、确定不同磁场位型下所需的最小和最大预紧力；本发明给出了一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，在预紧力的计算过程中，将线圈模块和预紧杆等效为一维的线圈弹簧，简化了计算模型，减小了网格数量，提高了建模效率，减少了计算时间。

技术领域

本发明涉及电缆加工领域，特别涉及一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法。

背景技术

鉴于铠装式管内电缆加工制造技术的限制，以及后续装配的便捷性，当前国内外主流托卡马克装置的中心螺线管线圈普遍采用堆栈型超导磁体，然而中心螺线管线圈励磁以后在线圈模块之间产生的推斥力将导致线圈模块的轴向分离和径向错位，为了保持线圈系统的整体性需要在线圈的换向布置预紧结构并施加预紧力。若预紧力过大，则在预紧杆上产生的拉应力和磁体部件上产生的压应力将导致磁体系统的结构破坏。若预紧力过小，则无法有效预紧各磁体模块。因此，施加合适的预紧力就显得尤为必要。然而预紧力不仅受温度场的影响，电磁力的影响尤为明显。而电磁力与磁场位形密切相关，托卡马克中心螺线管线圈的磁场位形数量高达1.9×107，超大的计算量导致了难以采用有限元法，通过创建二维或三维分析模型来计算不同磁场位形下的电磁力，并进一步预测在相应的电磁力下所需要的预紧力。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，以解决背景技术中提到的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种堆栈型中心螺线管线圈的预紧力计算方法，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。

较佳的，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。

较佳的，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：

较佳的，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)；