Stress analysis of poloidal field coil support in JT-60U
Creators
- 1. Japan Atomic Energy Research Inst., Naka, Ibaraki (Japan). Naka Fusion Research Establishment
Description
An iterative non-linear stress analysis considering the thermal expansion and the dynamic effect of the poloidal field coil support in JT-60U tokamak are described. In the JT-60U design, the large electromagnetic forces and smaller space between the toroidal field coil and the vacuum vessel result in a marginal design of the poloidal field coil support structures with small safety margin. Moreover, the complicated geometry of the structure is not easily modeled into the finite elements in the stress analysis and the non-linear friction force applied from the poloidal field coils is difficult to represent realistically. To accurately analyze the deformation and the stress, an iterative method which can treat the friction force as non-linear force is proposed and applied to the actual design analysis in JT-60U. The deformation calculated from the iterative method is approximately four times of the result in the case of conservative linear friction force. Simple dynamic analysis about the combination of the poloidal field coil, support and the vacuum vessel was carried out to evaluate the dynamic effect with plasma disruption. The results indicated that the serious dynamic resonance can not be expected. (author)
Availability note (English)
Available from DOI: https://doi.org/10.3327/jaesj.35.561Abstract (Japanese)
本報では、熱伸び等を原因とした変位量が有限であることに着目し、これに伴う摩擦荷重を正確に取り扱うことを可能とした非線形な荷重条件下での応力解析法とその結果について報告する。ここでは、コイルの熱伸びによるコイル支持体への動摩擦力を、バネ要素で模擬した変位拘束型荷重として与え、繰り返し計算によって解を求める。本手法を用いた場合と従来の単純に動摩擦力を一定荷重として与えた場合では、最大変位において大きな差が生じることを明らかにする。一方トカマクでは、プラズマ電流が短時間で消滅するディスラプションという現象が生じる。このとき真空容器およびポロイダル磁場コイルに誘起される過渡的電流による、ポロイダル磁場コイルと真空容器との相互電磁力は、コイル支持体の設計を左右する大きな外力となる。改造前のJT-60では、真空容器とポロイダル磁場コイルは別々に支持されていたが、JT-60Uではコイル支持体がその水平面上で真空容器を支持することによって、真空容器とコイル間の相互電磁力を最短距離で支持し、互いにキャンセルすることをねらった。そのため、真空容器とコイルおよびコイル支持体を含んだ2次元動的解析を行い、過渡的な挙動についても検討した。その結果、垂直方向力の総和は、固有振動数の違いによって過渡的には打ち消し合わない瞬間もあるが、強度的には許容範囲内であることが明らかとなった。以下、第II章においてポロイダル磁場コイル支持体の構造設計について簡単に報告し、第III章でコイル支持体に作用する荷重条件を明らにする。(日本)Additional details
Additional titles
- Original title (Japanese)
- JT-60Uにおけるポロイダル磁場コイル支持体の応力解析
Identifiers
- DOI
- 10.3327/jaesj.35.561;
Publishing Information
- Journal Title
- Nippon Genshiryoku Gakkai-Shi
- Journal Volume
- 35
- Journal Issue
- 6
- Journal Page Range
- p. 561-573
- ISSN
- 0004-7120
INIS
- Country of Publication
- Japan
- Country of Input or Organization
- Japan
- INIS RN
- 54063503
- Subject category
- S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY;
- Descriptors DEI
- COMPUTER CALCULATIONS; JT-60U TOKAMAK; MAGNET COILS; MAGNETIC CONFINEMENT; MAGNETIC FIELDS; NONLINEAR PROBLEMS; STRESS ANALYSIS; SUPPORTS
- Descriptors DEC
- CLOSED PLASMA DEVICES; CONFINEMENT; ELECTRIC COILS; ELECTRICAL EQUIPMENT; EQUIPMENT; MECHANICAL STRUCTURES; PLASMA CONFINEMENT; THERMONUCLEAR DEVICES; TOKAMAK DEVICES
Optional Information
- Notes
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