江門中微子探測器結(jié)構(gòu)選型分析與節(jié)點承載性能研究.pdf

1、江門中微子實驗是一項國際性重要課題,在大亞灣中微子實驗首次成功精確測定中微子混合角 theta13后,繼續(xù)對中微子質(zhì)量排序問題展開探索研究。江門中微子探測器擬采用承載2萬噸液體閃爍體的超大規(guī)模球形中心探測器,規(guī)模為世界之最,技術(shù)難度很高。實驗要求中心探測器具有極高的安全性和可靠性。
　　通過對國內(nèi)外中微子探測器支撐結(jié)構(gòu)體系的研究和借鑒,根據(jù)江門中微子探測器特殊的物理性能及結(jié)構(gòu)安全要求,對比分析了四種支撐體系方法:有機玻璃球+不銹鋼

2、網(wǎng)格方案、有機玻璃球+不銹鋼球罐方案、不銹鋼球罐+模塊方案及不銹鋼球罐+氣球方案。通過對四種方案物理性能、結(jié)構(gòu)體系優(yōu)缺點評估及工期預(yù)算的比選,確定有機玻璃球+不銹鋼網(wǎng)格支撐方案為主選方案;該方案主要優(yōu)勢有:(1)受力合理,應(yīng)用廣泛,建設(shè)可行性高;(2)穩(wěn)定性好;(3)擋光率很低,物理性能好;(4)節(jié)省工期和成本。
　　針對有機玻璃球+不銹鋼網(wǎng)格支撐的結(jié)構(gòu)方案,通過對不銹鋼網(wǎng)格的幾何尺寸及支撐數(shù)目、有機玻璃球體厚度的優(yōu)化分析,確定了

3、設(shè)計方案參數(shù),并利用ABAQUS軟件完成了該結(jié)構(gòu)方案的整體強度分析、穩(wěn)定性分析、溫度效應(yīng)分析、內(nèi)外液面高差分析、地震作用分析、局部單點失效分析以及有限元網(wǎng)格敏感性分析,驗證了所選結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的合理安全。
　　針對有機玻璃球+不銹鋼網(wǎng)格支撐的結(jié)構(gòu)方案,類比于建筑領(lǐng)域的點支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu),確定了局部節(jié)點連接形式——點支式,為了保證有機玻璃球體的整體性和安全可靠性,在節(jié)點連接處二次聚合附加有機玻璃,在該附加玻璃內(nèi)預(yù)埋帶有耳板的不銹鋼緊固

4、件,用以和不銹鋼網(wǎng)格的支撐桿相連接;利用 ABAQUS軟件完成了節(jié)點實體單元的承載性能有限元計算,同時完成兩個足尺節(jié)點試驗,研究其節(jié)點的極限承載能力和破壞形態(tài);通過對節(jié)點有限元結(jié)果與試驗結(jié)果的對比分析得出,局部實體單元的有限元模型較好的模擬了節(jié)點承載性能,說明該節(jié)點形式與尺寸均滿足項目設(shè)計對有機玻璃和不銹鋼的力學(xué)設(shè)計要求,為今后更加深入和復(fù)雜的分析奠定了基礎(chǔ)。
　　通過江門中微子探測器的結(jié)構(gòu)選型、整體有限元計算、局部節(jié)點精細化計算