ITER CICC超導股線接觸力學特性實驗研究.pdf

1、托克馬克磁體系統(tǒng)是ITER(國際熱核聚變試驗堆)裝置中最重要的組成部分，主要功能是將上億度高溫等離子體約束在磁體空腔內(nèi)，實現(xiàn)可控的熱核聚變。因此，由管內(nèi)電纜(CICC導體)繞制的超導磁體產(chǎn)生磁場構型直接決定了ITER裝置的反應時間(聚變功能)，并成為該裝置安全性和功能性實現(xiàn)的保障。ITER用CICC導體通常是由上千根超導復合股線經(jīng)多級絞纜而成，在運行過程中，導體內(nèi)承載最高可達68KA的電流，所處磁場環(huán)境接近10T。因此，超導股線承受巨大

2、的電磁力作用并將其壓緊在電磁力的方向上，這樣超導股線之間緊密接觸往往會導致超導股線屈曲和斷裂，降低導體的載流能力，給這些超導磁體帶來安全隱患。所以，針對超導股線之間接觸力行為的研究對于大型磁體裝置的安全性和功能性設計具有重要的意義。本文采用一種簡化模型，即先將三維超導股線簡化為二維圓盤，單向施加載荷代替真實環(huán)境下的電磁力作用，采用傳統(tǒng)的光測彈性力學的原理結合數(shù)字圖像相關法，在提出一種接觸位置識別新算法的基礎上，獲得了股線間接觸力的分布特

3、征，主要結果如下：
　　首先，本文提出了一種顆粒接觸位置自動識別的新算法。主要步驟包括：先利用模板匹配方法提取各個光彈圓盤，并對提取出來的各個圓盤進行圖像矩陣變換；接著運用主成分分析方法對圖像進行分析提取主成分，并重構原圖像，主要作用是去除零級條紋對接觸點識別帶來的影響；最后對變換后的圖像局部進行垂直方向灰度梯度平方計算，描繪梯度變化曲線并提取曲線峰值，從而識別出接觸點(位置)。相較于傳統(tǒng)的顆粒接觸位置識別方法，該方法不僅實現(xiàn)了顆

4、粒接觸位置的自動識別，顯著減小了識別光彈圓盤所需要的人工成本和采取機器逐像素識別的時間，且具有較高的識別精度。
　　接著，本文設計了一套基于光測彈性力學原理以實現(xiàn)二維顆粒系統(tǒng)中受單向均布力載荷作用下顆粒之間的接觸力學特性研究系統(tǒng)，以此來模擬電磁力作用下CICC導體內(nèi)部超導股線間的接觸力情形。設置顆粒與超導股線相類似的邊界條件并施加單向的均布力，采用本文提出的接觸位置識別算法，可以得到顆粒間接觸力（包括力鏈分布情況）和接觸角分布情況