钨材料在瞬态高热流冲击下热结构响应过程模拟和分析

doi:10.16568/j.0254-6086.201703011

核聚变与等离子体物理 ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (3): 308-312.DOI: 10.16568/j.0254-6086.201703011

钨材料在瞬态高热流冲击下热结构响应过程模拟和分析

李向宾1, 2，李长君1, 3，朱大焕*1，陈俊凌1

(1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031； 2. 中国国际核聚变能源计划执行中心，北京 100038； 3. 中国科学技术大学，合肥 230026)

收稿日期:2016-08-22 修回日期:2017-06-05 出版日期:2017-09-15 发布日期:2017-09-14
作者简介:李向宾(1984–)，男，河北承德人，博士研究生，从事面对等离子体材料高热负荷性能研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(11405209)

Thermo-mechanical response simulation and analysis of W material under fusion related transient heat flux

LI Xiang-bin, LI Chang-jun, ZHU Da-huan, CHEN Jun-ling

(1. Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Science, Hefei 230031; 2. China International Nuclear Fusion Energy Program Execution Centre, Beijing 100038; 3. University of Science and Technology of China, Hefei 230026)

Received:2016-08-22 Revised:2017-06-05 Online:2017-09-15 Published:2017-09-14

摘要/Abstract

摘要：

采用有限元分析软件ANSYS模拟了面对等离子体钨材料在聚变瞬态高热流加载和卸载过程中的温度和应力分布以及演化过程，并结合材料力学性能对热冲击开裂行为进行了分析和讨论。结果表明，在瞬态热流下，钨的单次热冲击开裂阈值约200MW•m^–2(~5ms)、460MW•m^–2 (~1ms)和660MW•m^–2(~0.5ms)，其临界热流因子(14.14~14.75MW•m^–2•s^1/2)也基本一致。

关键词: 钨, 面对等离子体材料, 有限元分析, 瞬态热流, 热-结构模拟

Abstract:

Thermo-mechanical analysis was performed to simulate the temperature and stress distribution for tungsten material facing plasma under fusion related transient heat flux loading and unloading using finite-element analysis code ANSYS. And combined its mechanical properties, its crack behavior under transient heat flux was analyzed. The results show that the crack thresholds of W are about 200MW•m^–2(~5ms), 460MW•m^–2 (~1ms) and 660 MW•m^–2(~0.5ms) under single heat shot, corresponding to the coincident heat flux factors (14.14~14.75 MW•m^–2•s^1/2).

Key words: Tungsten, Plasma facing material, Finite-element analysis, Transient heat flux, Thermo- mechanical simulation

中图分类号:

TL62+6

李向宾1, 2，李长君1, 3，朱大焕*1，陈俊凌1. 钨材料在瞬态高热流冲击下热结构响应过程模拟和分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2017, 37(3): 308-312.

LI Xiang-bin, LI Chang-jun, ZHU Da-huan, CHEN Jun-ling. Thermo-mechanical response simulation and analysis of W material under fusion related transient heat flux[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2017, 37(3): 308-312.

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