HIAF强流重离子加速器真空室烘烤功率计算及热-结构耦合分析

针对薄壁真空室的使用特点,首先利用ANSYS有限元软件进行结构优化设计。其次通过理论计算和数值模拟相结合的方法计算出真空室烘烤功率,并给出在达到热平衡后真空室的温度分布规律。此外采用间接耦合法得到薄壁真空室在热-结构耦合状态下的变形及应力分布规律,结果表明升温阶段损失功率随时间而逐渐增加,真空室达到热平衡后损失功率保持恒定;仅大气压作用下真空室被压缩,高度方向的变形占主导地位,在烘烤过程中热载荷带来的影响较大,真空室长度方向的变形占主导地位;由于气体载荷和热载荷在某一点处所引起的应力方向不一致,所以真空室在热-结构耦合作用下的最大应力不是各个载荷应力值的线性叠加。     

光阴极直流高压电子枪的极高真空系统

设计了一套用于光阴极直流高压电子枪的极高真空系统。首先对电子枪真空腔室的钛阳极、阴极和高压陶瓷分别进行表面处理及烘烤除气后确定材料表面放气率,然后对真空室压强进行模拟计算并确定配泵方案,最后在现场组装、检漏后对真空系统进行调试。调试过程中为了保证不能被直接加热的内部阴极杆在烘烤时充分除气,使用ANSYS-Fluent软件的S2S辐射模型对烘烤过程进行模拟并确定烘烤温度与时间。经过真空调试,电子枪腔内真空度为5.6×10~(-10)Pa,满足其极高真空设计要求。     

HIRFL-CSR超高真空烘烤系统

为了满足兰州重离子加速器冷却储存环 6× 10 - 9Pa的真空度要求 ,必须建立温度在 2 0 0～ 30 0℃、控制良好的在线烘烤系统。主要从热电偶、加热器及绝热套 ;功率计算及分布 ;烘烤控制 ;样机测试结果等几个方面介绍兰州重离子加速器冷却储存环 (HIRFL- CSR)超高真空烘烤系统。     

KTX反场箍缩实验装置感应加热烘烤除气方案设计

KTX反场箍缩实验装置不锈钢环形真空室外包覆一层1.5 mm厚无氧铜皮用来稳定等离子体,真空室外壁与铜皮间用聚四氟薄板隔开,简单的壁加热烘烤除气手段难以实现。巧妙地将纵场(TF)线圈作为感应加热线圈,通过工频电磁感应直接加热方法来实现真空室的烘烤除气。计算了热平衡条件下由于传导、对流引起的热量损失确定了保温阶段所需的加热功率。工频电源采用三相交流供电,晶闸管全波整流;4只晶闸管构成的H桥逆变电路为串联LC谐振电路供电。电源频率选择2000 Hz,通过对系统电参数的计算,确定串联谐振电容参数。串联LC谐振电路等效为纯电阻电路,通过改变整流晶闸管的触发角改变直流电压来实现加热功率在0~153 kW间可调,满足了加热初始大功率升温和后阶段小功率保温的加热流程的要求。加热中通过TF线圈的电流、电压以及过程中的温升对TF线圈都是安全的,设计方案可行。     

利用材料发射率来确定玻璃高真空系统的烘烤温度

在高真空系统中，真空室的烘烤温度对获得要求的真空氛围有着重要的影响，对于玻璃制作的真空系统，目前对于该温度的确定缺少一种较为简单易行的方法，本文基于辐射换热分析提出了具有通用性的利用材料表面辐射率来计算玻璃表面烘烤温度的近似方法，将这难以直接测量的温度通过附设热电偶的示值和本文推荐的关系式来确定，于实际情况相比较为吻合．     

GB/T 24174—2009中钢烘烤硬化值测定方法的修订及解读

介绍了GB/T 24174—2009修订中烘烤硬化值测定方法的主要技术内容变化,进行了相关验证试验,并分析了不同试样类型、拉伸试验速率、烘烤条件(放置方式、加热设备)、烘烤温度、保温时间和预拉伸应变量设置偏差等对烘烤硬化值测定结果的影响。结果表明:该次标准修订增加了标准适用的试样尺寸、拉伸试验速率、预拉伸应变量和不同屈服类型参与计算烘烤硬化值的要求。不同试样类型和加热介质对烘烤硬化值影响较小;易影响烘烤硬化值的因素有烘烤时的试样放置方式,测定涉及上屈服强度的烘烤硬化值B_(H2H)的拉伸试验速率、预拉伸应变量、烘烤温度和保温时间,采用标准推荐条件测定可得到相对一致的测定结果。     

聚焦光斑磁光极克尔磁滞回线的热效应分析

实验设计并组建了一套磁光极克尔磁滞回线测量装置,该装置可以通过改变照射到样品上的激光功率来改变薄膜样品上被聚焦光斑照射的测试点的温度。同时通过计算模拟了激光照射在TbFeCo磁光薄膜上的温度分布情况,得到了薄膜的矫顽力随照射激光功率的变化关系,由此可以确定薄膜的居里温度和补偿温度。为研究磁光薄膜样品在各种温度条件下,磁光性能的变化以及多层磁光薄膜的磁耦合效应提供了有效的手段。     

矩形大开孔薄壁圆筒真空室的强度及屈曲分析

本文运用三维有限元分析方法，对薄壁圆筒真空室上有大面积矩形开孔和接管的一类真空室进行了应力分析，并依据第三强度理论给出了应力及变形情况。此外，本文还应用特征值法对真空室进行了屈曲分析，得到了其一阶临界载荷和波形。结果表明真空室在承受工作载荷条件下满足强度和稳定性要求。     

HL-2A托卡马克真空烘烤除气性能研究

120℃过热水循环系统对HL-2A主机真空室进行烘烤除气,温升梯度为±1.5℃,持续时间302 h。烘烤过程包含两个恒温阶段,90℃热平衡后真空度达到4.8×10-4Pa,120℃热平衡后真空度达到2.3×10-4Pa。真空室经过烘烤除气后真空度为2.2×10-5Pa。结合实验数据,通过拟合函数建立数学模型对真空度变化规律进行趋势分析,验证了过热水烘烤除气在HL-2A装置真空系统运行中的合理性和重要性,为300℃以上高温烘烤除气方案的制定提供依据。     

封面图片说明

正高密度存储、快速读写磁性逻辑器件是磁学领域中人们一直关注与研究的课题.随着人们对数据存储密度和读写速度要求的提高,磁畴壁的研究引起人们的高度关注.本期封面图片展示的是北京科技大学材料学院姜勇教授研究团队在磁畴壁研究方面取得的近期研究成果.该团队在超高真空室蒸镀制备了Ni80Fe20纳米环,并通过微纳加工得到纳米点接触结     

轮胎型真空室在核聚变装置上的设计与分析研究

在磁约束核聚变装置中,真空室是一个非常重要的关键部件,它为高温等离子体提供洁净运行环境。KTX装置是一种反场箍缩核聚变装置,它有别于托卡马克装置和仿星器核聚变装置。目前核聚变装置上使用的真空室由多个虾米扇段通过焊接成环形真空室,此类型真空室焊缝数量多,焊缝距离长,焊接变形控制难度大。根据装置要求,KTX磁约束核聚变装置真空室设计为轮胎型结构,大半径为1.4 m,截面半径为0.4 m,真空度为1.5×10-6Pa,且具有易于进入维护和更换真空室内部部件功能。本论文针对KTX装置真空室设计要求和技术参数,对轮胎型真空室开展设计,在设计过程中,基于真空室各种运行工况,对真空室开展了热、电磁和结构相关方面分析计算,根据计算结果对真空室进行优化和验证。本类型真空室设计和分析方法为未来磁约束核聚变装置真空室设计研制提供参考和借鉴。     

负离子源测试平台真空室结构设计及优化北大核心CSCD

负离子源测试平台是用于开展未来磁约束聚变装置中性束注入系统负离子束源性能研究的测试装置。研究分析了负离子束源性能特征及测试方法,基于测试平台工程及物理设计需求,完成了国内首台以盒形壳体作为结构模式的大功率负离子源中性束注入系统(Negative ion based Neutral Beam Injection system,NNBI)束源测试平台真空室的结构设计及重要部件的集成。运用ANSYS Workbench软件建立有限元模型,数值分析了真空室结构静态力学特性,得到了应力与变形分布规律,并通过应力线性化分类处理与响应面的方法分别进行了各类应力评估和束线真空室变形最大的后端封头的结构优化。结果表明:真空室的结构强度与变形量均满足工程设计需求,优化后的封头变形幅值显著降低,为负离子源测试平台的集成设计优化与研制奠定了基础,具有工程应用价值。     

烘烤工况下的ITER中子屏蔽块整体结构分析

中子屏蔽块分布于国际热核聚变实验堆(ITER)超导托卡马克真空室双层壳体内部,由多个组件装配而成,用于屏蔽核聚变产生的中子。在烘烤工况下,承受螺栓预紧力作用的中子屏蔽块受200℃烘烤温度的影响,产生热应力。为校核在烘烤温度下中子屏蔽块的应力强度,本文采用ANSYS软件对其整个装配体进行整体结构分析。分析中将螺栓预紧力导致的模型位移作为边界条件,分预紧力载荷、温度载荷、重力载荷等载荷步进行热-结构耦合分析,分析结果按照ASME评定标准可以表明,中子屏蔽块各组件的最大应力强度在许用应力之内,满足结构强度要求。该分析的类型是典型的多接触高度非线性分析,对模型网格化和接触对设置的质量要求较高,处理不当会导致分析计算不收敛,同时该分析能正确地反映各结构件之间的实际连接关系,避免零件单独分析时用刚性连接代替弹性连接的状况。该分析方法为承受预紧力的复杂模型进行接触和耦合分析提供参考。     

离子火箭发动机真空试验设备的设计

根据离子火箭发动机试验的特殊要求,通过对真空室的尺寸和形状、离子火箭发动机的工作压力、真空室材料和主抽气真空泵选择的分析,得到满足离子火箭发动机试验要求的真空试验设备的设计。     

EAST装置中TZM材料基底表面硅化镀膜特性研究北大核心CSCD

文章研究了EAST聚变装置中,在离子回旋(ICRF)和直流辉光(GD)两种放电辅助下氘化硅烷与氦的混合气体(10%SiD4+90%He)在第一壁钛锆钼合金(Titanium-zirconium-molybdenum,TZM)表面硅化镀膜的特性。实验结果表明,相同工作功率的ICRF辅助硅化,烘烤温度更高比烘烤温度低的样件表面沉积的硅膜均匀光滑。这可能是由于样件表面烘烤温度越高,越有利于表面物理吸附的杂质气体的释放,从而获得致密平整的硅膜。相同烘烤温度(60℃)的ICRF辅助硅化,工作功率由20 kW提升至40 kW,样件表面沉积的硅膜Si含量增加,且硅膜的膜层厚约1.5 nm。这是因为提高ICRF工作功率,有助于清除TZM样件表面的氧化物和其他化合物,可增加SiD4电离和沉积,显著提高Si/O和薄膜厚度。相同烘烤温度(160℃)下,GD辅助硅化比ICRF辅助硅化沉积的硅膜厚约3.0 nm。这可能是由于GD相比于ICRF工作气压更高,工作时间更连续均匀。以上研究为EAST中评估钼基壁材料表面硅化镀膜效果对等离子体性能的影响及其在未来和聚变装置中的应用提供了有力的数据支持及实验积累。     

程控无油超高真空排气台的研制

由外冷式吸附泵作为前级泵、溅射离子泵作为主抽真空泵构成无油超高真空系统,采用计算机控制技术,以真空度为工艺进程判据,对器件进行烘烤排气,实现电真空器件的真空排气工艺的自动控制.介绍了无油超高真空系统、控制系统、烘箱与热功率以及软件的设计.排气台为多工位结构,具有气体质谱分析和充气功能;空载时极限真空度优于8×10-7Pa;烘箱烘烤温度为25～600℃,连续可调,恒温精度优于±1%;分析质量数为1～80.程控排气台设计合理,操作简便,计算机控制技术精细了工艺过程控制量,排除了人为因素,其性能稳定可靠,可满足使用要求     

磁敏弹性体微结构扫描电镜表征原理剖析及前处理方法优化

对试样液氮脆断后进行扫描电镜观察是研究材料微观结构的常用方法,但应用于磁性羟基铁粉填充的磁敏弹性体试样时,却很难获得理想效果。通过对橡胶高分子结晶现象和低温脆断理论的分析,揭示脆断截面无法形成裸露的羟基铁粉链的机理;提出机械切割和抛光相结合的截面处理方法,得到的样品截面可满足扫描电镜对磁敏弹性体表面微结构的表征要求。通过对扫描电镜工作原理和成像理论的分析,阐述磁性材料产生的杂散磁场与扫描电镜磁透镜的磁场、入射电子束、收集器电压产生的耦合作用。这种耦合作用使在样品表面按一定时间和空间顺序做光栅式逐点扫描的入射电子束发生畸变,改变磁敏弹性体发射的二次电子的运行轨迹,使二次电子收集器收集效果变弱,降低图像质量。根据绝缘电阻测试得到不同体积分数羟基铁粉的磁敏弹性体的电导率,确定金属离子真空溅射和粘贴导电胶的试样处理方法。提出磁敏弹性体样品的退磁方案,并得到理想的微观形貌图像。     

烘烤工艺对彩印覆膜铁DRD 罐性能的影响

目的研究烘烤工艺对彩印覆膜铁材料拉深成形后光油产生裂纹、内壁透明膜白痕、蒸煮后覆膜剥离的影响规律。方法分别设定罩光油烘烤时间为10,12,15 min,分析烘烤时间差异对光油表征及耐加工性能的影响,对比罐体烘烤前后的内壁白痕变化及耐蒸煮性差异。结果随着罩光油烘烤时间的延长,彩印覆膜铁表面光油的耐加工性能得到了提升,烘烤可以消除内壁透明膜白痕,并避免覆膜在蒸煮后剥离。结论将罩光油烘烤时间从10 min延长至15 min,可避免罐体拉深后的光油裂纹产生。罐身成形后增加烘烤工艺(烘烤温度为230℃,烘烤时间为1 min)可消除内壁透明膜白痕,提高空罐的耐蒸煮性能。     

汽车板材烘烤硬化特性的研究

介绍了烘烤硬化的微观机理及板材烘烤硬化特性的测定方法，针对宝钢生产的BTH340烘烤硬化板，测定了其烘烤硬化值，并通过试验系统地研究了工艺参数预变形、烘烤温度和烘烤时间对其烘烤硬化特性的影响。试验结果表明BTH340烘烤板具有良好的烘烤硬化性。     

6016铝合金热处理工艺研究

通过硬度测试、力学性能测试和烘烤硬化性能测试,研究了6016铝合金冷轧板材的热处理工艺,结果表明:合金的硬度随着固溶温度升高和固溶时间延长而增加;合金进行预时效处理时,随着预时效时间的增加硬度出现先降低后升高的现象,且预时效温度越高,硬度下降值越大;在本试验条件下,满足覆盖件性能要求的6016合金的热处理工艺为:540℃×20 min固溶水淬+120℃×10 min预时效处理。