正负电子对撞机储存环真空室结构设计与有限元研究

论文摘要

BEPCⅡ是北京正负电子对撞机(BEPC)的二期改造工程,真空室是BEPCⅡ储存环的关键设备之一。真空室的工作环境非常复杂,其结构设计有多方面的问题需要解决。真空室设计的核心问题是确定真空室结构,它是决定真空系统设计总体方案的关键,同时也是影响储存环总体设计及相关系统工程设计的重要因素。BEPCⅡ确定储存环真空系统中选用铝合金材料、机械加工焊接成型的真空室方案。本文以此为基础,重点开展了储存环真空室的结构设计研究工作,研究了真空室结构设计与真空室有限元分析的基础理论和关键实现技术。同时文中利用有限元方法,分析了真空室在实际工况条件下的工作性能,并对真空室进行了结构优化。 本文采用Inventer完成了真空室建模,并利用ANSYS有限元分析软件的强大功能,研究了真空室受力变形、动力学特性和热力学性能,将得到的分析结果,用于优化设计方案。本文的设计分析研究工作,既可以节省做试验模型的费用,又可以减少设计时间,缩短设计周期,保证产品质量。 本文在理论和实践中的主要研究工作包括: (1) 在满足储存环物理和真空方面的性能要求下,结合储存环整体结构要求及国内超高真空室加工技术和工艺水平,确定储存环真空室结构设计方案,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）
• 1.2 储存环真空室结构设计
• 1.2.1 真空室结构设计思想
• 1.2.2 储存环真空室的历史、现状
• 1.3 有限元法应用现状
• 1.3.1 有限元法的思想
• 1.3.2 有限元法发展与应用
• 1.3.3 有限元软件 ANSYS的特点
• 1.4 真空室结构优化设计
• 1.4.1 结构优化设计现状
• 1.4.2 结构优化设计理论
• 1.5 课题背景、研究意义及主要研究工作
• 1.5.1 课题背景、研究意义
• 1.5.2 本课题的主要研究工作
• 1.6 本章小结
• 2 BEPCⅡ储存环真空室结构设计
• 2.1 概述
• 2.2 储存环单元结构
• 2.3 真空室结构设计基本要求与准则
• 2.3.1 真空室结构设计的基本要求
• 2.3.2 影响真空室设计的物理因素分析
• 2.3.3 储存环真空系统分析
• 2.3.4 设计的基本性能要求
• 2.3.5 真空室结构设计基本准则
• 2.4 真空室材料
• 2.5 真空室工艺类型
• 2.6 真空室结构设计
• 2.6.1 前排气室
• 2.6.2 引出光狭缝
• 2.6.3 束流室区
• 2.6.4 真空室的厚度与强度
• 2.6.5 真空室与磁铁系统元件的设计
• 2.6.6 真空室局部结构
• 2.7 焊接结构设计
• 2.8 本章小结
• 3 真空室有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 有限单元法及 ANSYS应用简介
• 3.2.1 有限单元法简介
• 3.2.2 ANSYS典型应用分析过程
• 3.3 真空室静力分析
• 3.3.1 真空室力学模型建立
• 3.3.2 真空室的静力分析
• 3.3.3 静力分析结论
• 3.4 真空室的模态分析
• 3.4.1 模态分析方法
• 3.4.2 模态分析结果
• 3.5 真空室冷却水的热流耦合分析
• 3.5.1 真空室冷却水道管径的确定和允许流速计算
• 3.5.2 热-流耦合分析中冷却水流场的数学模型
• 3.5.3 边界条件
• 3.5.4 耦合数值求解方法
• 3.5.5 计算结果与结果分析
• 3.5.6 冷却水热流耦合分析结论
• 3.6 真空室整体热稳定性计算
• 3.6.1 真空室温度场分析
• 3.6.2 真空室在冷却水作用下的温升分析
• 3.7 本章小结
• 4 真空室结构优化设计
• 4.1 概述
• 4.2 真空室结构优化设计的意义
• 4.3 结构优化设计
• 4.3.1 基于 APDL的结优化设计概念
• 4.3.2 基于 APDL的设计优化过程
• 4.4 真空室优化设计优化目标的确定
• 4.5 真空室优化设计模型
• 4.5.1 生成分析文件
• 4.5.2 优化过程控制文件命令流
• 4.5.3 结构优化结果
• 4.6 本章小结
• 5 论文总结与将来工作设想
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 将来工作设想
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间的主要研究工作
• 声明
• 致谢