TOKAMAK 螺线管的电磁力与机械应力
TOKAMAK 欧姆加热系统中心螺线管在电磁载荷下的电磁力、机械应力与变形。
工程问题
如何计算 TOKAMAK 中心螺线管中的电磁力与由此产生的机械应力？
解答
在轴对称静磁场模型中计算洛伦兹力，再把力传递到线圈及支撑结构的应力分析中。
典型应用
- TOKAMAK 螺线管线圈
- 聚变堆磁体
- 超导螺线管
仿真问题
- 问题类型
- 轴对称多物理场：静磁场耦合应力分析
- 几何模型
- 螺线管由 80 个超导线圈固定在共同的塑料结构中，整体高 360 mm，内径 Ø40 mm，外径 Ø156 mm，含冷却通道。利用镜像对称只建模一半结构。
- 已知条件
- 线圈电流密度 j = 3×10⁸ A/m²
- 塑料、线圈及线圈内液氦的磁导率 μ = 1
- 线圈铜材：杨氏模量 E = 7.74×10¹⁰ N/m²，泊松比 ν = 0.335，许用应力 2.2×10⁸ N/m²
- 塑料结构：杨氏模量 E = 2×10¹¹ N/m²，泊松比 ν = 0.35，许用应力 10⁹ N/m²
- 求解任务
- 计算电磁力作用下线圈与塑料结构中的应力与变形。
- 求解过程
螺线管由 80 个超导线圈固定在共同的塑料结构中，利用镜像对称只对一半结构建模。
先由静磁场问题计算螺线管产生的磁场，再由应力分析问题计算洛伦兹力作用下线圈与塑料结构中的应力与变形。
- 计算结果
得到 TOKAMAK 螺线管中的磁通密度分布与机械应力分布。
