1 概述.... 1 1.1 研究背景與意義.... 1 1.2 國內(nèi)外束流管.... 2 1.2.1 BES束流管.... 2 1.2.2 國外束流管.... 4 1.3 束流管冷卻系統(tǒng).... 5 1.4 本文研究內(nèi)容.... 7 2 束流管系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計.... 9 2.1 束流管的設(shè)計要求.... 9 2.1.1 總體尺寸要求與聯(lián)接.... 9 2.1.2 束流管的材料要求.... 10 2.1.3 束流管的結(jié)構(gòu)要求.... 10 2.2 束流管的結(jié)構(gòu)設(shè)計.... 12 2.2.1 中心鈹管的結(jié)構(gòu)設(shè)計.... 13 2.2.2 外延銅管的結(jié)構(gòu)設(shè)計.... 15 2.3 束流管的材料選擇.... 16 2.4 束流管的冷卻介質(zhì).... 17 2.4.1 冷卻介質(zhì)的選擇.... 18 2.4.2 冷卻介質(zhì)的壓力要求.... 19 2.4.3 冷卻介質(zhì)的流速要求.... 20 2.5 束流管支撐法蘭設(shè)計.... 22 2.5.1 支撐法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計.... 22 2.5.2 支撐法蘭的材料選擇.... 23 2.6 小結(jié).... 23 3 束流管溫度場有限元分析.... 25 3.1 束流管溫度場有限元模型.... 25 3.1.1 傳熱基本方程.... 25 3.1.2 穩(wěn)態(tài)溫度場的有限元方法.... 27 3.1.3 有限元模型的建立.... 30 3.1.4 物性參數(shù).... 32 3.1.5 邊界條件.... 33 3.2 束流管溫度場的數(shù)值分析.... 33 3.2.1 同步輻射功率對溫度場的影響.... 33 3.2.2 冷卻液流量對溫度場的影響.... 40 3.2.3 結(jié)構(gòu)材料對溫度場的影響.... 43 3.2.4 冷卻通路對溫度場的影響.... 47 3.3 漂移室內(nèi)筒溫度的數(shù)值分析.... 56 3.3.1 換熱數(shù)學(xué)模型及邊界條件.... 56 3.3.2 飄移室內(nèi)腔有限元模型的建立.... 60 3.3.3 過渡段暴露時漂移室內(nèi)溫度場分析.... 66 3.3.4 過渡段加隔熱罩時溫度場分析.... 67 3.3.5 隔熱罩內(nèi)填充保溫材料時溫度場分析.... 70 3.4 小結(jié).... 71 4 束流管應(yīng)力場有限元分析.... 72 4.1 束流管應(yīng)力分析的理論基礎(chǔ).... 72 4.1.1 束流管熱彈－塑性的增量本構(gòu)方程.... 72 4.1.2 束流管熱彈－塑性分析的有限元格式.... 76 4.2 束流管應(yīng)力場的數(shù)值分析.... 77 4.2.1 約束方式對應(yīng)力場的影響.... 78 4.2.2 進口溫度對應(yīng)力場的影響.... 80 4.2.3 流量對應(yīng)力場的影響.... 82 4.2.4 束流管出口壓力對應(yīng)力場的影響.... 85 4.2.5 內(nèi)鈹管筋板寬度對應(yīng)力場的影響.... 86 4.2.6 中心管材料熱導(dǎo)率對應(yīng)力場的影響.... 88 4.2.7 外延管材料熱導(dǎo)率對應(yīng)力場的影響.... 90 4.2.8 非冷卻段材料熱導(dǎo)率對應(yīng)力場的影響.... 92 4.3 束流管疲勞壽命的數(shù)值分析.... 94 4.3.1 束流管的瞬態(tài)應(yīng)力分析.... 94 4.3.2 束流管的疲勞壽命分析.... 109 4.4 小結(jié).... 116 5 輻照作用下鈹沖刷腐蝕性能及機械性能研究.... 118 5.1 沖刷腐蝕方案和試驗臺的研制.... 118 5.1.1 試驗方案設(shè)計.... 118 5.1.2 試驗臺的研制.... 118 5.2 輻照作用下鈹沖刷腐蝕性能研究.... 121 5.2.1 試件質(zhì)量變化研究.... 121 5.2.2 表面微觀形貌變化研究.... 124 5.3 輻照與沖刷腐蝕作用下鈹機械性能研究.... 126 5.3.1 拉伸性能試驗研究.... 126 5.3.2 壓縮性能試驗研究.... 133 5.4 輻照作用下鈹沖刷腐蝕性能微觀機理研究.... 139 5.4.1 表面微觀形貌和微區(qū)元素分析.... 139 5.4.2 表面元素成分分析.... 141 5.4.3 表面成分晶體結(jié)構(gòu)分析.... 143 5.5 小結(jié).... 144 6 輻照作用下GFRP性能研究.... 146 6.1 輻照作用下GFRP機械性能研究.... 146 6.1.1 斷紋剪切性能研究.... 146 6.1.2 拉伸性能研究.... 149 6.1.3 層間剪切試驗研究.... 153 6.1.4 壓縮性能試驗研究.... 154 6.1.5 拉-拉疲勞試驗研究.... 154 6.2 輻照作用下GFRP熱性能研究.... 155 6.2.1 輻照失重試驗研究.... 155 6.2.2 導(dǎo)熱系數(shù)試驗研究.... 155 6.2.3 熱膨脹系數(shù)試驗研究.... 156 6.2.4 熱降解性能試驗研究.... 157 6.2.5 活化能計算模型.... 159 6.3 輻照作用下GFRP電絕緣性能研究.... 160 6.3.1 電絕緣性能試驗研究.... 160 6.4 輻照作用下GFRP性能微觀機理研究.... 160 6.4.1 紅外光譜分析.... 160 6.4.2 X射線光電子能譜分析.... 161 6.5 小結(jié).... 162 7 束流管冷卻系統(tǒng)的開發(fā)研制.... 164 7.1 冷卻系統(tǒng)工作原理.... 164 7.1.1 一次冷卻循環(huán)子系統(tǒng).... 164 7.1.2 二次冷卻循環(huán)子系統(tǒng).... 167 7.1.3 系統(tǒng)溫度控制方案.... 168 7.2 冷卻系統(tǒng)自動控制.... 169 7.2.1 冷卻系統(tǒng)控制過程.... 169 7.2.2 冷卻系統(tǒng)邏輯控制.... 170 7.2.3 冷卻系統(tǒng)遠程監(jiān)控.... 172 7.2.4 冷卻系統(tǒng)與中控的通訊.... 176 7.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)備選型.... 176 7.3.1 泵.... 176 7.3.2 換熱器.... 177 7.3.3 二次冷卻循環(huán)冷水機.... 177 7.3.4 測量儀表.... 178 7.3.5 其它設(shè)備.... 179 7.4 冷卻液導(dǎo)管耐輻射性能研究.... 179 7.4.1 實驗條件.... 179 7.4.2 實驗結(jié)果分析.... 180 7.5 冷卻系統(tǒng)的組裝測試.... 181 7.5.1 束流管模型件的加工.... 181 7.5.2 冷卻系統(tǒng)的組裝測試.... 182 7.6 小結(jié).... 183 8 束流管實驗研究.... 185 8.1 熱源模擬及溫度測量方法.... 185 8.2 溫度測量實驗結(jié)果分析.... 188 8.2.1 束流管外壁溫度測量結(jié)果分析.... 188 8.2.2 中心鋁管內(nèi)外壁溫度測量結(jié)果分析.... 192 8.2.3 誤差分析.... 195 8.3 撓度測量實驗.... 197 8.3.1 撓度測量實驗內(nèi)容.... 197 8.3.2 撓度實驗結(jié)果與有限元計算結(jié)果的比較.... 198 8.4 小結(jié).... 199參考文獻