水冷磁体制造技术

本发明专利技术公开一种水冷磁体

【技术实现步骤摘要】
水冷磁体Bitter片综合应力计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及水冷磁体仿真
，具体涉及一种水冷磁体
Bitter
片综合应力计算方法及系统
。

技术介绍

[0002]水冷磁体是稳态强磁场实验设施的重要组成部分，是强磁场实验室的主体实验装置，由于其具有磁场强度高
、
升场速率快等特点，成为了备受关注的极端条件实验平台，水冷磁体目前最高磁场可达
40T
以上
。Bitter
片（如图1）和绝缘片（如图2）是组成水冷磁体线圈的两个基本元素，
Bitter
片上布满冷却水孔，并开有一条沿径向的切缝；按照图3所示的堆叠方式，将
Bitter
片和绝缘片通过特定规律的错位堆叠形成螺旋上升的电流通道，形成水冷磁体线圈（如图4）
。
[0003]由于
Bitter
片要承受巨大电磁力，通常采用高强度高电导的铜合金材料，准确计算
Bitter
片在电磁力作用下的应力分布是水冷磁体设计的关键
。
文献“Design of the Resistive Insert for the Nijmegen 45 T Hybrid Magnet
，
IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 30, NO. 4, JUNE 2020”中提出
Bitter
片应力计算采用/>ANSYS
中2维圆周对称模型，但2维圆周对称模型只能计算沿径向的电磁力产生的应力，无法计算垂直于
Bitter
片平面的轴向电磁压力及
Bitter
片间相互作用的摩擦力对应力分布的影响，此外2维圆周对称模型忽略了
Bitter
片上切缝的存在，进而忽略切缝对应力分布的影响
。
因此
Bitter
片2维圆周对称模型计算应力误差较大，无法准确计算
Bitter
片上真实应力分布
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于如何在兼顾计算量和收敛性的同时获得
Bitter
片更高精度的应力分布
。
[0005]本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题的：本专利技术提出了一种水冷磁体
Bitter
片综合应力计算方法，所述方法包括：在有限元分析软件中利用无螺旋升角的3维带切缝的若干
Bitter
片构建简化的线圈模型；对所述线圈模型进行网格划分，得到网格划分节点；对网格划分后的线圈模型施加边界条件和载荷条件后进行仿真，其中，所述边界条件包括对所述线圈模型上
、
下端面的
Bitter
片的切缝施加对应节点位移耦合条件以及在所有
Bitter
片间接触面设置接触对，所述载荷条件包括将电磁力载入线圈模型的所有节点及在线圈模型的上端面施加轴向力；基于仿真结果，计算
Bitter
片的应力分布
。
[0006]进一步地，设置所述导体
‑
绝缘片接触对之间的摩擦系数为绝缘接触面摩擦系数，设置所述导体
‑
导体接触对的摩擦系数为导体接触面摩擦系数
。
[0007]进一步地，所述线圈模型包括由下到上依次布置的若干
Bitter
片，各所述
Bitter
片的切缝角度沿同一方向增加
。
[0008]进一步地，所述线圈模型包括由下到上依次布置的
Bitter
片
DISK1、DISK2、DISK3、DISK4
及
DISK5
，其中
DISK1、DISK5
的切缝角度均为
180
度，
DISK2、DISK3、DISK4
的切缝角度分别为
360
‑
a
度
、0
度
、a
度，
a
为绝缘片的扇形角度
。
[0009]进一步地，所述
Bitter
片
DISK1
与所述
Bitter
片
DISK2
之间接触角度为
360
‑
2a
至
360
‑
a
之间的接触对为导体
‑
绝缘片接触对，接触角度为0至
360
‑
2a
和
360
‑
a
至
360
之间的接触对为导体
‑
导体接触对；所述
Bitter
片
DISK2
与所述
Bitter
片
DISK3
之间接触角度为
360
‑
a
至
360
的接触对为导体
‑
绝缘片接触对，接触角度为0至
360
‑
a
的接触对为导体
‑
导体接触对；所述
Bitter
片
DISK3
与所述
Bitter
片
DISK4
之间接触角度为0至
a
的接触对为导体
‑
绝缘片接触对，接触角度为
a
至
360
的接触对为导体
‑
导体接触对；所述
Bitter
片
DISK4
与所述
Bitter
片
DISK5
之间接触角度为
a
至
2a
的接触对为导体
‑
绝缘片接触对，接触角度为0至
a
和
2a
至
360
的接触对为导体
‑
导体接触对
。
[0010]进一步地，所述
Bitter
片
DISK2、DISK3
及
DISK4
均为径向膨胀和切缝悬臂梁式移动的叠加态
。
[0011]进一步地，所述对所述线圈模型上下端面的
Bitter
片的切缝施加对应节点位移耦合条件，包括：分别对所述线圈模型中位于上
、
下端面的
Bitter
片的切缝上对应节点位移进行耦合；设定下端面
Bitter
片上所有节点轴向位移为0，限定下端面
Bitter
片上节点编号最大的节点所有位移都为
0。
[0012]此外，本专利技术还提出了一种水冷磁体
Bitter本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水冷磁体
Bitter
片综合应力计算方法，其特征在于，所述方法包括：在有限元分析软件中利用无螺旋升角的3维带切缝的若干
Bitter
片构建简化的线圈模型；对所述线圈模型进行网格划分，得到网格划分节点；对网格划分后的线圈模型施加边界条件和载荷条件后进行仿真，其中，所述边界条件包括对所述线圈模型上
、
下端面的
Bitter
片的切缝施加对应节点位移耦合条件以及在所有
Bitter
片间的接触面设置接触对，其中所述接触对包括导体
‑
绝缘片接触对及导体
‑
导体接触对，所述载荷条件包括将电磁力载入线圈模型的所有节点及在线圈模型的上端面施加轴向力；基于仿真结果，计算
Bitter
片的应力分布
。2.
如权利要求1所述的水冷磁体
Bitter
片综合应力计算方法，其特征在于，设置所述导体
‑
绝缘片接触对之间的摩擦系数为绝缘接触面摩擦系数，设置所述导体
‑
导体接触对的摩擦系数为导体接触面摩擦系数
。3.
如权利要求1所述的水冷磁体
Bitter
片综合应力计算方法，其特征在于，所述线圈模型包括由下到上依次布置的若干
Bitter
片，各所述
Bitter
片的切缝角度沿同一方向增加
。4.
如权利要求3所述的水冷磁体
Bitter
片综合应力计算方法，其特征在于，所述线圈模型包括由下到上依次布置的
Bitter
片
DISK1、DISK2、DISK3、DISK4
及
DISK5
，其中
DISK1、DISK5
的切缝角度均为
180
度，
DISK2、DISK3、DISK4
的切缝角度分别为
360
‑
a
度
、0
度
、a
度，
a
为绝缘片的扇形角度
。5.
如权利要求4所述的水冷磁体
Bitter
片综合应力计算方法，其特征在于，所述
Bitter
片
DISK1
与所述
Bitter
片
DISK2
之间接触角度为
360
‑
2a
至
360
‑
a
之间的接触对为导体
‑
绝缘片接触对，接触角度为0至
360
‑
2a
和
360
‑
a
至
360
之间的接触对为导体
‑
导体接触对；所述
Bitter
片
DISK2
与所述
Bitter
片
DISK3
之间接触角度为
360
‑
a
至
360
的接触对为导体
‑
绝缘片接触对，接触角度为0至
360
‑
a
的接触对为导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：房震，匡光力，李见，王忠建，钱新星，苏剑，张勇，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：