ITER CICC超導(dǎo)股線接觸力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、托克馬克磁體系統(tǒng)是ITER(國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)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(shí)現(xiàn)可控的熱核聚變。因此，由管內(nèi)電纜(CICC導(dǎo)體)繞制的超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)構(gòu)型直接決定了ITER裝置的反應(yīng)時(shí)間(聚變功能)，并成為該裝置安全性和功能性實(shí)現(xiàn)的保障。ITER用CICC導(dǎo)體通常是由上千根超導(dǎo)復(fù)合股線經(jīng)多級(jí)絞纜而成，在運(yùn)行過程中，導(dǎo)體內(nèi)承載最高可達(dá)68KA的電流，所處磁場(chǎng)環(huán)境接近10T。因此，超導(dǎo)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(dǎo)股線之間緊密接觸往往會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)股線屈曲和斷裂，降低導(dǎo)體的載流能力，給這些超導(dǎo)磁體帶來安全隱患。所以，針對(duì)超導(dǎo)股線之間接觸力行為的研究對(duì)于大型磁體裝置的安全性和功能性設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文采用一種簡(jiǎn)化模型，即先將三維超導(dǎo)股線簡(jiǎn)化為二維圓盤，單向施加載荷代替真實(shí)環(huán)境下的電磁力作用，采用傳統(tǒng)的光測(cè)彈性力學(xué)的原理結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)法，在提出一種接觸位置識(shí)別新算法的基礎(chǔ)上，獲得了股線間接觸力的分布特

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

4、粒接觸位置的自動(dòng)識(shí)別，顯著減小了識(shí)別光彈圓盤所需要的人工成本和采取機(jī)器逐像素識(shí)別的時(shí)間，且具有較高的識(shí)別精度。
　　接著，本文設(shè)計(jì)了一套基于光測(cè)彈性力學(xué)原理以實(shí)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(xué)特性研究系統(tǒng)，以此來模擬電磁力作用下CICC導(dǎo)體內(nèi)部超導(dǎo)股線間的接觸力情形。設(shè)置顆粒與超導(dǎo)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(shí)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