JAERI-M 8 0 1 7

J T-60poundpound$amp)ampfrf (mxrx^fflfk$iampffimamp bull 62)

19 7 8 ^ 1 2E

a laquo ^ w ( laquo m Japan Atomic Energy Research Institute

~AERトM

801 7

JT一60真空容器の応力解析

(臨界プラズマ試験装置設計報告 62)

1 978年 12月

高津英幸清水正亜山本正弘太田 充

日本原子力研究所Jo阿nAtomic Energy Reseorcn Institute

JAERl-M reports issued irregularly describe the results of research works carried out in JAERI Inquiries about the availability of reports and their reproduction should be addressed to Division of Teclinical Information Japan Atomic Energy Research -Institute Tokai-mura Naka-gun Ibaraki-ken Japan

この報告書手は 日本1Jl(-f力研究所が JAERIM レポートと Lて不定期に刊行Lている

研究報告書です入手複製などのお問合わせは日本原子力研究所技術情報部(茨城県

邪珂郡東梅村)あてお申しこ Lください

JAERIM reports issucd irregularly describe the results 01 同国~arch works carried out

in JAERI Inquiries about the availability 01 reports and their reproduction should be

addressed to Division 01 Technical Inlormation Japall Atomic Energy Research目Institute

Tokaimur3 Nakagun lbarakikcn Japan

JAERI-M 8 017

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jAERI-M 8017

jT-60真空容器の応力解析

(臨界プラズ 7 試験装鐙設計報告 62)

日本原子力研究所東海研究所大型卜カマク開発部

高津英幸清水 正盛山本 正弘太田 充

( 1 9 7 8年 11月28日受毘)

本報官警は現在京研が進めている JT-60の真空容認の設計のうち著者が行なった応

力解析についてまとめたものである解析は詳細設計における真空容器を基本構遊に考え更

に3空機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉 I)ング及びベローズの板l享をパラメトリッ

クに変えて行った(厚肉リング 40~70 1l1lベローズ2 0~ 2 51111) また補強リプ及び

鞍型電舷力用ダッシュポットの除去の可能性更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短

い湯合の検討も行った

解析結果によれば検討した構造パラメータ範囲内では補強リプがない権造でも最大応力

強さは許容応力強さを下回り二次応力に比較的余裕がある事を考慮するとベローズの板厚は

厚い方が安全率を高くとれ厚肉リングの板厚はそれ程影響を与えない事更に鞍型電儲力用

ダッシ a ポットは取り除いても強度的に影響ない事がわかったo またプラズ 7 消滅時定数

が 1msec以 Fになると長大応力強さは許容応力強さを上回る事がわかった

JAERI-M 8017

Stress Analysis of the JT-60 Vacuum Vessel

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Development Tokai Research Establishment JAERI

( Received November 28 1978 )

Stress anlysis of the JT-60 vacuum vessel is reported in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm and bellows thickness 20-25 mm for the structure in detailed design The needs of stiffening ribs and dash-pots against the electromagnetic forces are discussed and also integrity of the vacuum vessel in plasma disruptions with time constant shorter than 50 msec

Calculations show that the maximum stress intensity produced in the vacuum vessel is below the allowable one even without the stiffening ribs and dash-pots And the larger the bellows thickness the higher becomes the safety margin thickness of the rigid ring little influences the stress intensity

In plasma disruptions with time constant shorter than 1 msec the stress intensity exceeds the allowable one

Keywords Stress Analysis Vacuum Vessel JT-60 Tokamak Bellows Electromagnetic Force Plasma Disruption

II

JAERI-M 8017

Stress Ana1ysis of the JT-60 Vacuum Vesse1

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Deve10pment

Tokai Research Estab1ishment JAER工

( Received November 28 1978 )

Stress an1ysis of the JT-60 vacuum vesse1 is reported

in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm

and be110ws thickness 20-25 mm for the structure in

detai1ed design The needs of stiffening ribs and dash-pots

against the e1ectromagnetic forces are discussed and a1so

integrity of the vacuum vesse1 in p1asma disruptions with

time constant shorter than 50 msec

Ca1cu1ations show that the rnaxirnum stress intensity

produced in the vacuurn vesse1 is be10w the a11owab1e one

even without the stiffening ribs and dash-pots And the 1arger the be110ws thickness the higher becornes the safety

margin thickness of the rigid ring 1itt1e inf1uences the

stress intensity

In p1asrna disruptions with time constant shorter than

1 rnsec the stress intensity exceeds the a11owab1e one

Keywords Stress Analysis Vacuurn Vesse1 JT-60 Tokamak Be11ows E1ectrornagnetic Force P1asrna Disruption

J A E R I - M 8 0 1 7

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1 12 U A (C 1

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(i) m9r-f-amplktf-Traquo 3

(2) bull-lt bull mdash X - + - hcopy- r Mb 5

2 2 (Wff^lBamptfff i f f l^o^^i 6

3 ISWfeSamptf^^ 1 2

3 1 S J 1 2

(1) laquoyen0T bullbulllaquo 1 2

(2) i laquo T t e amp t t s t 1 2

32 copy a m laquo pound 15

(1) P S r f J l 1 5

(21 S t ^ t t 1 5

(3) WftampWLamptffcM 1 6

a 3 (S tlWU 1 7

(1) 7 X i S ) | i 5 0 m s e c laquo T t ( f i laquo i O i | laquo gt raquo 2 f S - M O f a i ) 17

(2) i s A i F a 18

4 fcgt 0 C 3 4

HE 3 5 f t i l HfcTcSK) y raquo c ^ I I D 7 Afflf y- v h bull -- -rgtlt 3 6

ttSU MARS-MES Affl73XS7degD 7 A I G amptfSUPERPOSE copy

4 bull h -7mdash i T ^ 44

ftSin THREEDI Jktf I G fflV-x bull M h 47

lil

J A E R 1 -M 8 0 1 7

目 次

1 はじめにhelliphellipH H H M H helliphellip-hellip I

Z 解 析手 法 helliphelliphelliphellip-hellip目H H -hellipM H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

21 解析手法 一H H helliphelliphelliphelliphellip-一一hellipM ldquo H H 一一一一hellip 3

(1) 解析手法及びモデル ー-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Ehellip H 目 3

(2) ベローズサポートのモデル化 hellipH hellipM H -ーhellipーhelliphellipー 5

22 解析手1頃及び使用プログラム helliphelliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphellip 6

3 解析結果及び検討 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip u hellip一-helliphelliphellipH helliphellip 12

3 真空力 helliphellipH -hellip一 helliphellip-helliphelliphelliphelliphellipH 12

(1) 解析モデル H H helliphelliphelliphelliphellipM hellipH hellipーhelliphellip 12

(2) 解析結果及び検討 H -hellip一H H M -helliphellipM helliphellip 12

32 鞍型電般力 hellip-helliphelliphelliphellip-helliphellip hellip- hellip 15

(1) 解析モデル ーhelliphelliphelliphellipH helliphellip-hellipH 日刊 15

(2) 荷重条件 hellipH helliphelliphelliphellip helliphellip-hellipH -helliphelliphellip 15

(3) 解析結果及び検討 helliphelliphellipH -helliphelliphellip一helliphellip-helliphellipH 16

33 応力評価 H helliphelliphelliphellipH M -helliphelliphellipH helliphellip-hellip 17

(1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した場合の真空写器への電舷力 helliphellip 17

(2) 応力評価 helliphellipH -hellip-hellipH helliphelliphellip-helliphellip一日helliphelliphellip 18

4 お わ り に hellipH -hellipM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliplsquohelliphellip 34

参 考 文 献 helliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip-helliphellip 35

付録 I 三次元自動メッシュ分割プログラムのインプット 7 ニ aアル helliphellip-hellip 36

付録 II MARS-MES入出力支援プログラム rG及びSUPERPOSEの

インプットマニュアル hellip H H M -helliphellip一helliplsquoH H hellipM helliphelliphellip 44

付録皿 THREEDI及び IG のソースリスト hellipH H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip日 47

111

J AERI-M 8 0 17

Contents 1 Introduction 1 2 Analysis procedures 3 21 Analysis procedures and model 3 22 Model of bellows support 6

3 Analysis results and discussions 1 2

31 Vacuum pressure 12 (1) Analysis model 1 2 (2) Results and discussions 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current- 15 (1) Analysis model 15 (2) Load conditions 1 5 (3) Results and discussions 16

3 3 Stress evaluation 1 7 (1) Case of plasma disruption with time constant

shorter than 50 msec 17 (2) Stress evaluation 18

4 Conclusion 3 4 Acknowledgement 3 4 References 3 5 Appendix I Users manual for THREEDI 3 6 Appendix II Users manuals for IG and SUPERPOSE 4 4 Appendix III Source lists of THREEDI and IG 4 7

iv

JAERI-M 8011

Contents

1 1ntroduction hellipH H hellip H H H H H H H H H hellip 1

2 Ana1ysis procedures H H H H H H H H H H H hellip 3

21 Ana1ysis procedures and mode1 helliphellip H H -helliphellip H H M H hellipH 3

22 Mode1 of be110ws support H H hellip H H hellip H hellip H H H 6

3 Ana1ysis resu1ts and discussionsH H H hellip H H H H H H 12

31 Vacuum pressure H H H H hellip H H H H -hellip12

(1) Ana1ysis mode1H H H -helliphellipH H -hellipH H H H hellip 12

(2) Resu1ts and discussions H H H H H H H -hellip 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current 15

(1) Ana1ysis mode1 H H H H H H H H hellip H -hellipH hellip 15

(2) Load conditions H H H H H H H -helliphellip H -hellip 15

(3) Resu1ts and discussions hellipH H H H H H H - 16

33 Stress eva1uation日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip hellip helliphelliphellip日 hellip日hellip日helliphellip hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellip山hellip hellip hellip hellip hellip hellip日hellip日hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellipリhelliphelliphelliphellip 17

(1) Case of p1asma disruption with time constant

shorter than 50 msechelliphellip一H H H H hellip H H H H 17

(2) St~ess evaluation H H H -helliphellip H H hellip H H hellip 18

4 Conc1usion H H H ~H M H HH H-helliphellipH HH H H 34

Acknow1edgementH H H H H H H helliphelliphellipH H H helliphelliphelliphellip 34

References hellip日 helliphelliphellip日hellip日ldquohellipldquohelliphellip日helliphellip日hellipldquohellip日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip日hellip日hellip hellip日hellip hellip 一川hellip hellip日hellip hellip口hellip hellip hellip日helliphellip日hellip hellip日hellip 日hellip日リhelliphellip川hellip hellip リhellip hellip日hellip hellipH H 35

Appendix 1 Users manua1 for THREED1helliphellip-helliphellipH H H hellip H H 36

Appendix 11 User 5 manua1s for 1G and SUPERPOSE H -helliphellip 44

Appendix 1工工 Source 1ists of THREED1 and 1G helliphellip H H hellipH hellip 47

IV

J A E R I - M 8 0 1 7

1 laquo i tb lt

laquo f i issfcmsi77 x ^ a i s s i ( J T - 6 0 s i iiaciftittialaquo-^t-) amstzm

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I g amp i O t t ^ t i f T - j t l ^ o f L t reg 4 S t 4 f t ^ J t t f ) 5 SIC t t S C i t ( f t f t I 0 t H R j c S f t S S M ^ D y ^ i C THREEDI ) Vgt4 yf ~J ^ - 7Jiamptf V ~ 1 x ^ S f t t S

- 1 -

J A E R 1 -M 80 1 7

1 はじめに

現在1点研では臨界プラズ 7 試験我慢 (JT-60第I1図に鳥峨図を示す)の建設を進

めており一部のコンポーネントは既に製作段階に入っているプラズ 7 閉じ込め111の真空写l1L_ _ gt_ __ 12)

~に闘しでも各極 Ramp t5 及び詳細設計に 1まいた最終的な設計段階にありプラズ7 挙到J や装

l~ 全体の取り合い等の検討も含めた総合的な設討を進めている

J T -6 0の真空宇李総の僧造は既に多くの報告があるがベローズとJ京肉リングという剛

性の非常に異る権造物が交互に配列されてドーナッツ状の兵士g~辛器を形成しておりまた非円

形断面を街し外荷重として趨高奥宅による大気圧奥ltlJ) 各符電舷力が作用するうえに

MJ温 (400C)運転による熱膨脹も考慮せねばならずその設計には特に慎重さが要求され

る

有限要素法による ]T-60真空脊器の応力解析cf-t~It既に報告されているがそこではベローズ機遊を直交異万性板に置換する事で節点数の鳩加を抑え実用的な時間で計算が可能と

なる様計られている本報告書は現在進めている JT-60真空奔器の設計検討のうちこ

の手法を用いて著者が行った応力解析の結果についてまとめたものであり特に一次応 Jのほ

とんどを占める真空力と鞍型電依力による応力に着目した検討を行っている尚著者が行っ

た検討はこれとは別に製作飽当メーカーで行っている応力解析の純果のクロスチェックに資

すると共にプラズ 7 パラメータやプラズ 7 計調Hへの近接性の向上を目的とする設計変更を

償鋭的に行え得る機そのバッタデータを得る事を目的としている

以 F第 2苦言では本応力解析に用いた手法の実際の通用について述べ更にモデル化及び使

用プログラムについても触れる第 3章ではt1空力及び鞍型電般力に対する応力解析結果を

述べ真空努器に作用する真空力及び鞍型電依力以外の各種荷重も考慮して ASME Sec皿

に縫いた応力評価を行うここでは実機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉リング及

びベローズの仮l手をバラメトリックに変えて解析を行いまた補強リプ及び厳型電舷力用ダッ

シ a ポットを取り除く可能性も検討した更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短い

場合の検討も行っているそして第 4章で全体をまとめる更に付録に本解析で使用した三

次元自動要素分割プログラム (THREEDI)等のインプット 7 ニ a アJレ及びソースリストを i 添付する

-1-

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17

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llToroidal Field Coil

21Poloidal Field Coil

31 Vacuum Vessel

41Vacuum Pumping System

51Support Structure

6 1 ~Iagnetic Limi ter

71Movable Limiter

自 NeutralBeam町長ctorl

ゐ

JT-60本体の烏敵図Fig 11

J A E R I - M 8 0 1 7

2 m VT yenbull amp

21 raquolaquofa

(1) raquolaquoT-ftampgtf ^

ofcbdquo i C t l i 5fe-fSgHregltD-5CgI5^^titlaquolffi^BiJtt^W-rSiIlaquoSittS(CE^

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(i) ^n-xffldjr-ii

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x + b b h U) 1 lt = a v + M V

M x y

h 2 b v f)

- 3 -

J A E R 1 -M 80 1 7

2解析手法

21 解析手法

(1l 解析手法及 Jモデル

真空容器の応力解析は既に報告を行っているベローズを直交異方性板に置換する手d~と依ったここでは先ず真空容器のベローズ部をそれと等価な剛性を有する直交異方性板に置換

しこれと真空容器厚肉部の等方性シェルとを組合わせて時全体解析を行い厚肉リングと

直交異方性板の変位及び応力を求める更にベローズの局部的な応力を求める局部解析に

J3) _ _ ~ t は応力変換式による方法と ス~ ク L よる方法があるが本解析では前者を用いた

前者は異万性板のモメン卜及び応力とベローズの応力とを物理的に対応づけた応力変換式に

よって全体解析で得られた異方性板のモーメント及び応力を求める手法であり実用的には

ベローズの山中腹及び谷部の応力値しか求まらずベローズの山に沿った詳細な応力分布は

求まらないが応力の最大値は山の頂部に生じる事を考えればその手法の簡便さから非常に

実用的な解析手法であると云える一方後者はベローズの局部を取り出し全体解析で得ら

れた異方性板の変位を局部ベローズ解析に際しての境界条件とする手法でありベローズの局

所的な応力分布が詳細にわかるという長所はあるが計算機管億の制限から数少い節点数で得

られた全体解析の結果(異方性板の変位)から局部解析の境界条件を設定するのは特にベロ

ーズの嫌に曲率の変化が大きい構造物において難しく更に一回の解析では本解析対象の様な

復維な権造物における全体の応力分布が把鍾できず実際の設計等への適用面に関しては問題

がある

ここで用いた応力変換式は以下の通りである

(j) ベローズの山では

t ax ( 1平千)ax 土手 Mx x 下手τ(h2 bw -十)

ム bht az 一一 a+ 一一一 M

bw

1

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3 t xy + ーで一一 xy

-3-

J AER I - M 8 0 1 7

Ql) ^a-XCDtpmr-li

+ 6 31 m = plusmn mdash - M x + mdash mdash p

t b w t

m ^ j = 2 - y b w

m r - = r x y + - mdash r M x y

i a -XtDampTtZ

gt - ( 1 plusmn 6 h

x plusmn mdashT M x h 2 b

b j j = b h

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xy 2 M x y

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4 f c pound2copypoundf(iifccopyStapoundR|-gt-fo h ^ o - x - i i i g copy - ^ ^ t ^ a - x f i i b^ a - X t f - ^ I ( ^ D - x l tdeg raquo -fcopyHft )

- 4 -

J A E R [-M B 0 1 7

1) ベローズの中腹では

占 6 31 mσl~ 士一一ァ M干 一一一一て-p

t bw t

ム bπl t12~ 一一一一一rJ

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iD ベローズの谷では

b rJt (1土子)σx土手 Mx士(示 (h2bw --+-)

b bh b ltl2

x一一- rJ 一一一 Mbw

(3)

VJ

X

M

+

y

T

士T

但しここで左辺の添字は各々以下を意味する

1 波の進行方向

2 波の進行方向と板の法線方向に直交する方向

x 異方性板のトロイダル方向

y 異方性板のポロイダル方向

ベローズ山の頂上の位置

m ベローズ中腹 J位置

b ベローズ谷の位置

+ベローズ外表面

ーベローズ内表面

また右辺の記号は次の諸債を表わす

h ベローズ山高さの半分

ベローズ板厚

bw ベローズガース長(ベローズ 1ピッチの実長)

-4-

A E R I - M 8 0 1 7

b ^ a - X tdeg -j f-

I lt o mdash xffi H mdashltK mdash i y tBL c CT-ftEp copyifplusmnreg 2 1 l2(-fSltc laquo3 ^ ^ -7 deglaquoM ilt f f i gt3reg llaquoC^D-7 [ f i

(2 p = 0 T- amp 5 bdquo J T - 6 0 f f l laquo $ g g | i i 2 4 copyIf ft J y t U ^ f f J f - f T ^ a - XAlaquo^ 8 ^ pound Steffi ij

pound IT h - 7 X-frjfcgg U l ^ fffiJ y plusmn 6 0deg-te 2 H 0deg -b 9 9 6 ltr gt pound fig 4 6laquo fraquolaquoT-e(ilaquoKWiclaquot0B8c L i 6 0 deg ^ laquo t l i L raquobulllaquo x ^ampf l f 2 2 g U c ^ f bdquo f ^ l i f l J icopy t^ t t ^ i= ) b o 4 ^ - ^ r a c f i l p f t J y ^6 0deg-te 9 ltpoundgtampamplt a - XSB ^ f t ASgtipound0 deg 4 ^ r f i ( i poundcopylaquobullpoundbull t ( j S c f i F ) pound t f f f l l 8 0 deg ( amp laquo laquo copy laquo pound -0 3 6 0degT 5 o

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raquo f t J y^ l iSSt t -C l i f f i l f 4 0 laquo B T 0 T^JfcffisSJ ^ c i ^ t i S S f t t i ^ T MSS J ^ ( i K S S i l copy M laquo i L t ^ i a s a i l ^ f t t L T O S poundyeng ( 9^ -e 1 0 0m i t l i t 1 6 0laquolaquoffl|5$laquorWr5fclaquo) pound 1 1 i C gt f t 5 8 i K S S S t h o 4 2uKi|3 -lt ^poundcopyfscopy3ncopypoundlt ampL o -r c^ iJ ia - i ^ fiKfflfa)ilaquocopyiaix^-xsij filti^ ^ctlS4ff-c-(i z 2 i a c r s i g t t c i q ^ r ccopyfifreg y rs-JROlfcoT If ft y y ^ f t c ^ a - x reg reg a ^ ^ 7 ^ n raquo cgxfcig-S-ic-ooTolt fP^fTt 1 filBj ^reg^4 f f lBJ i6 t tcopy^W fT9o E C copy I SfSAffl bullltbullgt a bull - hcopyl^plusmnfflHJtettfelttW

8yenT Vtzmamp7raquoltamp 2 1 R I - 4 i t o ^ t l S o C C t i B J 7 (i Case 1 copya-l-fltJtlcS

(2) ^ n - X bull - 9 - - h ffl^rMfc 2 2 r a f f l f H C J f t t t 5 g i ^ D - x i i ^ r reg ^ n -f ^ A-tt f f icQMSiefcOT

jgft y y^rtff iA^jio a L f c f - i i u T-c^jf $nro5o c w i J T - e oreg^ agn)Klaquo^D 4 ^^rns^-f LT^sfcA laquotlaquoJii-cesrgtrHiittttreghlt^n-x alaquoa(regz2ia4iregD-Fa5= ast o^ -nffiififflfiEii^-rA-Gregiaf-(iS22 0 c

ampkltDX-amp6o U^ L C copy pound f e - A ( i IC-lt a - ^ i M L t ^ n - XcopyFlt3(ffl^copyg0amp

- 5 -

r A E R I -M 8 0 1 7

b ベローズピッチ

ベローズ断面二次モーメン

但しごこで外圧 pの長は第21凶に示す様に真空E力や Jレープ電流電般力の様にベローズ面

の法線町向に作用する外力に対する矯正項であり鞍型電流電依力の様に|直交巽方性板の法線

方向に作用する外力は既に全体解析で反映されているから局部応力を求める変換式において

は p=O である

JT-60の真空寄器はセクタ型の厚肉リングと U字形平行ベローズが各々 8ケ交互に配列

されてトーラスを形成している厚肉リングは 600

セクタ 2ケと 4dセクタ 6ケから成るが

本解析では強度的により厳しい 600

セクタを対象とした解析モデJレを第 22図に示すモデ

O

Jレは構造の対称性からトロイダJレ方向には厚肉リング 60セクタの半分及びベローズ部の半分

から成りポロイダル断面は真空力 JJt号合仁(或は下)半分の 18 00

bull 鞍型電依力の場合一

周 36 00

である

真空容器ーにはこれ以外に補強リプベローズサポ - ~真空容器支持アーム鞍型電磁力

用ダッシュポットが強度メンパーとして設置され更に計測排気中性粒子入射容の為の

各種ポート用の開孔部がある各謹ポートは真空容器に約 150本っき巌大で内径 60 0 s11I

であるが詳細設計での検討の結果内径 50 0 Jf1Iのポートが厚肉リングについた湯合でも

真空写器の強度に与える影響は殆んどなく各種ポート用の開孔部の効果は無視し得ると考え

られるので本解析モデルからは除外した

原肉リングは現設計では板厚 4011111であり T字形補強リプによって補強されている Tf

形繍強リプは真空容器の繍強として有効な役割を果たしているが主半径最内周で 10 0 Jf1II

最外周で 16 0 JI1IIの高さを有するため第 11図にみられる様に真空容器とトロイダJレ磁場コ

イルとの聞の空間の多くを占有しポロイダ Jレ舷場コイル温度制御膚等の設置スペースを制

約しているそこで本解析では第22凶に示す現設計に加えてこの補強リブを取り除いて

l享肉 1)ング及びベローズの板厚をパラメトリックに変えた湯合についての計算を行い補強リ

プの除去の可能性の検討を行う更に鞍型電舷力用ダッシ a ポットの除去の可能性も検討

した

解析した構造モデルは第21表にまとめられるここで補強リプは Case1のみに構造に含

まれる

(2) ベローズサポートのモデル化

第221司のモデル図に示されている様にベローズはそのポロイダル断面の直線部において

w-肉リング内面から張り出したビームによって支持されているこれは JT-60の真空容

器が非円形なポロイダル断面を有しているため街震が僧すに従って両11性値の小さいベローズ

白線部(第22凶中のD-F部 o 以後ポロイダル断耐の位置を示すA-Gの記号は第22図に

示す位置を示す)において大きな変形が生じ得る事からその変形を抑えるために設置され

るものであるしかしこの支持ビームは単にベローズと接触してベローズの内側~への変形を

抑える役割しか有しなくベローズの外側への変形に対しては全く拘束力を有しない

一方真空容器に作用する外力としては主なものとして真空力ループ電流電織力鞍

~電流電依力があるが前二者の荷重が全て真空容器に対して外圧方向に作用するのに対し

EU

J A K R [ - M 8 0 1 7

|b]fc(i)ff3 J y iffitft[fni b t f e^Sf t C ffl Uffsffi^ ) tt 5 -poundbull ft ^fei LT

lf^ ) vf^W-n ) y ^ copy pound ^ 8 laquobullgtgtlt L t H l f i J t J i j i LrfFffi-f 3bdquo Ofticopylti5

t c b i gt t t ^ D - x i t D - ^ t f - n i i c g U b t i ^ i i j f i b O WWicfo-or

x- bull D- - h ltbullpound lt pound laquo u laquo o gtx egtfts o

ti) - t o - x bull -y-4- h o ( f i V y^mit W-fa l y7frltb(D7 y Mft tamffiamptr-0 raquo - 4 pound 8 L bulleoipoundliB^ lJy^OV 1iftlit-5 u ( I 2 4 0 copyBBamp7 ~ 1 2 )

fll) ~c o -X bull - hcopy^ bull -Xfflljli ^ n - X CD 3 ffi raquoampamp i f-fTlCfi L O t - A ^

( S 2 4 0 i C ( O g | copy ~ )

OiD fifttigJUi 8amp4ampICraquoJ(C $laquoampcopypound to T t o I- 73Stt ) t LXA^j LmVr^ff

0 o

W) ltliDcopy^J0 M ^ ( raquo S S I copy t t ^ I J i - e 3 laquo ^ ^ copy bull n f t ^ J S I CtetMtt

(V) E e M c f t H ^ f T ^ s |wmiciecopyettbllJ6ffllaquoiAA ffiBltti-Dfcfecopy(CooT(iHy-

laquo Jffl(i)~W)ltampraquo4^fcraquolaquof-JBlaquor 2 2 e s t

22 S t f ^ S t f f f i f f l - ny5A

J T - 6 0 copyJ(^StlcopyJSPff-r b t l i laquoil)raquoWtflffl7D^7 AMARS-MES amp (5)

0 j et t i J-rSA4fiEff l i b t H R j c l i i ^ -y ^ D ^ V A T H R E E D I sfiE(Cfflon bullCfcOlfttteRSfe S t i r OS ft $8gttttktiSMibZt3tiMK1k-ofrltDigktikfrg$Ztizt fcfe7n^7Acopy^iEK(iffb07or7Acopyffgg4-fi-ofco

B i H 5 ^ a ^ 7 A ( C t n - r f f t l c S n laquo pound laquo laquo laquo e i LTIiFf5copykcopyASampsect = (1) lt S I I ( copy S S f l S A laquo M 4 9 n-f J U K ^ J ) copy A (2) f-A|IcopyAA (3) h 7 ampcopyA

(5) S^ttftOJEAffi^amp^D-X^aSJSA^CiE

CltDtpZ-ll)lt2)H)(DregmiZreg UTI2THREEDI copylaquogBICJpb (8)laquoigtlffltts^Ofcj6glaquo4|

laquo A M C 7 D f 7 A I G^fffiKbfco X (5)copylaquoaBliglaquofKcopy7D^7A MARS-

SUPERPOSE (MARS-MES copyttiTfc3JS bullpoundampffllaquolaquopoundpound-fS3poundfT7pn7A )

- 6 -

J A E R [-M 8 0 1 7

後者は第23図に綴式的に J-yenす織に 1つの厚肉リングセクタに着目した揚合 トロイダル方

向にはl苧肉リング中央面を対称而にして左右対称(但し符号は逆〉な分布を持ち全体として

厚肉リングを厚肉リング中央の主半径を中心として回転させる力として作用するいずれの街

電においてもベローズとベローズサポートは単に接触しているだけであり解析において

もこれを筏触問屋重として解く必要がありまた鞍型電銘力の場合の織にベローズとベロー

ズサポートが全〈筏触しない事も考えられる

これらの問題点を解決するためベロ-~とベローズサポートそ第 24 凶に IJ す様にモデ

Jレ化した即ち

U) ベローズサポートの厚肉リング側は ~手肉 1) ングからのオフセット匙と郎併定数とで

メンパーを定義しその節点は厚肉リングのシェルと共有する u (第 24凶中の節点 7-

1 2 )

j) ベローズサポートのベローズ側はベローズの等価安方性依と[gt行に新しいビームを

定義し (第24図中の要素⑫~⑮)シェ Jレとビームの対応節点閣に倭触要素を設ける

(第2 4 図中の要素~)

ii) 接触要素は始めに剛体(軸剛性のきわめて大きいトラス部材)として入力し解析を行

つ

ωGiDの結果より剛体接触要素の軸カが引張である楊合そのトラス材を柔要素(紬岡IJ性

のきわめて小さいトラス部材〉に変更し更に解析を行う

ゆ 更に帥の作業を行うが同時に柔の筏触要素の軸力が圧縮となったものについては再び

剛体に戻す

これを要素変更の必要が無くなる迄繰り返す

以上の (i)~ωを踏まえた解析手 )1腐を2 2 に示す

22 解析手l頓及び使用プログラム

JT-60の真空容器の応力解析に対しては備選解折汎用プログラムMARS-MES 及ー (51

びそれに対する入力生成用として三次元自動メッシュプロタ 7 ムTHREEDIが既に用いられ

ており設計に反映されているが設計検討を進めるにつれ更に幾つかの機能が要求されてきた

ためプログラムの修正或は新しいプログラムの作成を行った

前記プログラムに含まれず新たに要求される主な機能としては下記のものがある

川 分布荷重(鞍型電位力俗気リミタコイ Jレ反力)の入力

(2) ビーム要素の入力

(3) トラス要素の入力

(4) 平行ベローズの要素分割

(5) 異方性板の応力値からベローズ局部応力への変換

この中で(1)(2)(4)の機能に関してはTHREEDIの機能に付加し(3)は汎用性が少いため倭触要

素人力用のプログラム IノGを作成した又(5)の機能は原倒既存のプログラム MARS一

SUPERPOSE(MARS-MESの出力である応力変位の線形結合演算を行うプログラム)

-6-

J A E R I - M 8 0 1 7

copytplcftSnLto ltpoundJ filt3fltRcopy9 mMMM ft l ifilaquolaquotraquotff 7o 7 A EDDYTORUS6

T-Jt t sn5copy3raquo eurolaquo tEcopyt tlaquo l - L-t Aft LT O5o mVrltrgty o - bull fbull - ^ $ i 5 H i t amp -f raquo 7degiclaquopound - T ft laquoTf-laquopoundlaquoampbull- a ltgt (i) ^ T - 7deg 1 ( fiSfflr n 7 A THREEDI ) MARS-MES ^ copy A r t f - ^ t B g c f 1J8 PS T- 0 W laquo J ^ H n - x o f f i ^ 93gamp

yffiift-r-copy[amppound ff-5 o Cfflfg ffiiftampft^K^j-e S t i t f amp reg Jit c i kg erf copyEA Altftffl L fittlaquot J i =bull -f ^ K ^ T amp t l i i laquo m J i 9 3 4 ^ ^ ^ ^ f f l ^ c D g j R l - S ^ ^ mVMampftX-foiUl EDDYTORUS T-flf n fciKSMStcopy deg -f ^ Afalaquolaquotreg8poundf laquo gt j i c amp L T laquo - reg J R c E ^ J t LTftffl J t J bdquo

(II) 3 f 7 2 ( ffi ITJ 7deg a J 7 A THREED I ) MARS-MES ~~C0Kftr~ tfigfflfjj 2SPampt0 ^ f 7 1 t t S J f t t f - J C f

- A f j f - amp t f f pound K F f - J lt pound f i - l t J n t 5 o OIP X -r 7 7deg 3 C (pound ffl 7deg a 7 A I G ) MARS-MES ^ copy A - r - l pound copy reg 3i2fiST-0 gt X f raquo 2 t t f f i S n t f - C S

I S J | i i 5 r 7 X g | t ^ t l i f t I t 5 f - A g S i f f i f i f - 0 A A f T T o ltfl ^ x v-7 4 ( CPU ffiffl ) -r - 7deg 3 T t l S ^ t l t - Agjgf-- copyiffife^ttfflcopy-alaquoiEo (V) x-r -7deg 5 ( fitffl-a 7 A MARS-MES) tfampZtlTZT-fiZAt) LZfcftWI$TampfT7o ^ D - X I - t K J c S ^ f t ^ i LTJR0amptgtlpoundo M X f 7 7 6 (CPU fpoundffi ) MARS-MES (ClaquotSlSraquofTff le ~ deg - T pound J $ tr - A copy b 7 x g copy tt jg T

5fefflraquosnii ^ffl b 7 xgjgcopyttHi j t tlaquo-~o i LTfftf MARS-MES C laquofc 5 IS A flf pound fTTo ftyenSTcopypound pound copy I- ^ S S c E l i j i l f f f l OfcfliampfiStfcopy b 7 glaquobullraquo ltcsect i Lxmcftt-ftMW-irff^o d -5 I t W i o x f 7 7 t S t g l copy laquo i i f i t pound ( ttSampHOii-f o

W x r bdquo 77 ( ffiffl7 a 7 A MARS-SUPERPOSE) MARS-MES CJ5)poundj)yen4ffcopyregKiglaquo-Ayjt b r g pound M copy IE ft pound ^ o - XfflU

a5WttJSAffl(Cpoundfi|-f 3o

- 7 -

JAER[-M 8017

(61 の中に付加したなお分布荷曜のうち鞍110草儲力は渦電流解析プログラム EDDYTORUS

でilt1される鞍摂電流の値を廷にして入力している

解析の 7ローチャー卜を第25闘に4ミす各ステップに従って解析手順を紙説する

(j) λ テップ 1(使用プログラム THREED1 )

MARS-MES への入力データ守ー成の第 1段階であり陣内リングとベローズの節点要素及

び街喰データの牛ー成を行うこの際街盈条件が真空力であれば各要素に 1kg叩F の圧力

がれ月1し健気リミタコイ Jレ反力であれば舷気 1) ミタコイ Jレ支持点相当の要素に反力を与え

級if司i感力であれば EDDYTORUS で計算された鞍~l電流のポロイタル方 IIacutel]電流w度を電

信]に変検して各要素に圧力として作用させる

(nl ステップ 2(使用プログラム THREED1 )

MARS-MESへの入力データ生成の第 2段階でありステップ 1で生成されたデータにビ

ーム要素データ及びパネ支持データを付け加える

uiT ステップ 3(使用プログラム IG)

MARS-MES への入力データ生成の第 3段階でありステップ 2で生成されたデータに綾

触要素となるトラス要素とそれに付随するビーム要素と節点データの入力を行う

tv) ステップ 4( CPU使用)

ステップ3で生成されたビーム要素データの端末結合状態の一部修正

(ゆ スー手ップ 5(使用 4 ログラム MARS-MESl

生成されたデータを入力して応力解析を行う o ベロースlii宣交異方性板として取り扱われる 0

wT スチップ 6(CPU使用)

MARS-MES による応力解析の結果ヘローズ支持ビームのトラス要素の軸力が張力であ

るものがあればそのトラス要素の軸剛性を ~O として再びMARS-MES による応力解析を

行う解析の結果柔のトラス要素に圧縮力が作用した陽合は再びそのトラス要素を同IJ体に戻

して再び応力計算を行うこうしてMMのステップを要素変更の必要がなくなる迄繰り返す o

WIO ステップ 7(使用プログラム MARS-SUPERPOSE)

MARS-MES による応力解析の最終結果を入力として異方性板の応力値をベローズの局

部的な応力値に変換する

-7ー

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 2 1 I S f f ^ - mdash Jg

Case Thickness (mm) Rib Case [ Rigid ring Bellows

Rib

1 40 20 Yes 2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

Bellows ^ ^ ^

vl W Vi

u bull- u ii

r Y v ( a ) Vacuum pressure (b) Electromagnetic force

Electrons gnetic force (Saddle-like current) (Loop current)

F i g Z l ^ deg - X l c f f ffl-f bullSfl-

- 8 -

JAERI-M 8017

Ta b I e 2 1 解析ケース一覧

Case Thickness (111m) Rib

Rigid ring Bellows

l 40 20 Yes

2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

- lsquo司 -h

4 +-41--

(0) Vaωum pr邸ure ( b) Electromagnetic force ElectromJneticforce (Sa剥le-likecurrent) (Linfinp current)

Fig21 ベローズに作用す-o外力

-8-

JAE RI-M 8 0 17

Vacuum vessel support a

Bellows

Rigid ring

Dash-pot

Rigid ring y ^rv

Rlt890 RlSiQmdashJgQ

F i g Z 2 laquo yen 8 t 7 J U

- 9 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

Vacuumvl

1盤金 ゴR坦霊ムJFig22 解析モデル

-9ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Bellows

Fig23 ampampregicftmtzmmmmxltnmM

|

Orthotropic plate 1 Lm-2-i3_3-lt5-4-ipoundgtl5

Bellows

Bellows support

O Shell element bull Beam element O Truss element

F i g 2 4 ltltn -X bullbull$bull- h07nik

- 1 0 -

JAERI-M 8017

Fig23 真空容器に作用する鞍型電磁力の模式凶

o Sh剖lぬ『鴨川

口民amelement cコ TnJ話剖em創世

Fig2 4 ペローズサポートのモデル化

-10-

J AE RImdashM 8 0 1 7

START

is QSiC data X STEP 1

Beam I Restr I gtlt

THREEDI

ZEZ

X

Eddy current

Data STEP2 THREEDI

bellows | support

STEP3 I G

IE STEP 4

CPS

^

Data

Data

STEP5 MARS-MES

bull STEP-6

CPS

STEP 7 SUPER-POSE

(3J5Jpound) Fig2 5 J T - 6 O K S g g r o j S A I S t f m

- 1 1 -

JAERI-M 8017

飽yen

yen

yen

組

個

Fig2 5 J T -60真空容器の応力解析手順

-11ー

J A E R I - M 8 0 1 7

3 bull JKtfftefJIIamptfampg

3 i mampgt

mm7rnifts22iatcnro2laquoc i- CM ^S|6]C6 odeg-fe ^ racfi gtj y rreg i 2

- pound bfco gjgtf-ffltt h o 4 fj^ftfaicon - X pound 5 8 1 Ipf3 U y poundbull 1 0 raquo]copy 1 5 ft 91 o 4 ^ f t i p j c i i 3 o ^ H f f D t i ^ a

4 fc laquoffiS3gcopypoundl(2gt Sf i J gt ffiffiicgiBSftT u 5 laquo 3 g g pound f t T - A copy(pound Off o SSi I^ |pJC2Si t n -Clgt5laquol laquo iraquoAff l5- y =bull bull Kifpffl L i l m-gtTW 2 2 Htp copybulllt-pound amp (i ki = 0 ka = 4 0 ton k j = 2 0 t o n trade t 4 x 5 raquo i l CC

i^fif tf tf i ^ T copy S ( C l k g r f n pound E H T | x t (2) PtfffelftamptfampM Case 1 copygEffiajpoundSampa 1 ElA amplaquoamp a 3 ENc^-To - c - t fHlaquo( i5ccopylaquoSg8icopy) l t tlaquo -

laquo t gt b JfflHlaquoftilaquoIEif5gfecopy)lttS5-f o ^ a l i l i l f t i y T - copy y - z [ p l pound f i f l J S t E 3 8 S copy l--7Xamplft(Cltfc0lf fc J gt fC(riC^slaquol 4 fc KSSBsXr t T -

ltt I t h -v ia3firtffll(csta1 So ft-s-ctfn 4 ^^ttBASB-eiiS^fflffiffi 27 raquo pound b GaJ^fe^C-Afflfc--f h - 7 X pound g ^ l 6 l r t f l l ^ S f i f f S 9 3 2 g | ( i tfrt J gtlaquoamp ( i t k ^ n - X S 0 ) copyy - z^lpJSe^ftf amp^-t o tftM^jUgTffiAoBfflh-v poundaraquoi6]rtffll^copy^lt4(ilaquoffiSSl5E^r-ampo ffl^ i y copy a r - ^ ^ J s $ lt 4 o t o i 4 GSBT-ii h-7xpound^g^lSi^tf iJ^^ffJ l t i gt 5 i ctitiW-m ) y^fcfpffl-TS^

Aict sues j y tjn gpreg h-7^poundg^i6][3ai^ffls^i ff-ft v y ^ c i s s s i fiFT-Acopyjt^laquo(iKplusmnlaquo fecopy-c5o if a 3g | iCf - r^D-xt tJcopyy- z^i6]^fi^fltgt raquofi ) yrffliSlaquocopyffi(6j-ampTbrjoiP^raquofficopyglaquoS^otiamplaquotgtLrolaquoo nlt ^ ftiEScii - lt o - x bull + - i-alaquoipfltg y y^gt^0ffl brf j copyIE^laquo-agKfflii TfcO gt 2 5 raquo raquo g 8 copy S f t F 0 i ^ o t u S f i i W ^ o

Case 1 (i l toi4lKAraquo(Jcopy-laquollaquo-rega4BICp-ro Cftli lt deg - X 1 0 J copy ( S A laquo S f t ttgt0 h - 7 xi^gf t is iSf l^cAas-es^ff l i i a 6kgraquo2 t b deg 4 ^nftfficopy

Case 1 ~5copyraquoyeniffamppoundS5 3 Z g laquo i raquo ffiffiCM b T i i pound amp laquo ( n 4 ^jnffiffi AfiBamptfE raquo copy laquo laquo Oo Case 1 Cli Hlaquofi V 7 K J 0 JJC 13 ) ^ S O E S B f f l S f t T t f O

- 1 2 -

JAER[-M 8017

3解析結果及び検討

31 真空カ

川解析モデル

解析モデルは第22凶に示されている織にトロイダ Jレ方向に 60セクタ停肉リングの 12

ベローズ 1スパンの 12からなるポロイダル断面はその対称性から k半分のみを解析モデ

ルとした要素分割は トロイダル方向にベローズを 5分割厚肉リングを 10分割lの 15分

割ポロイダル方向には 30分割行っている

噴界条件を第31表に示す o 対称構造対称荷重であるから境界条件は対称条例を与えた

また真空宇手器の支持はら厚肉リング端部に設置されている真空容器支持アームのみにより行

い鉛直方向に 2本設けられている鞍型電磁力用ダッシ a ポットは作用しない従って第 Z

2図甲のパネ定数は kl= O k2 = 4 0 tOnIIII11 k3 = 2 0 tonlI111 と与える似lしここ

で座標系は第 A 1図に示すオプリーク(局所)座標系で与えている

荷重条件は全ての要素に lkgcm2を外圧として与えた

(2) 解析結果及び検討

Case 1の変位分布を第31図から第33図に示すここで太実線は元の真空容器の形状を

表わし網実線が変形後の形状を表わす第31図は厚肉リング中央での y-z方向変位分布

を示す真空容器のトーラス効果により厚肉リングには求心力が働きまた真空容器支持アー

ムは惇肉リング端部に設置されている為厚肉リング中央部に対する拘束効果は小さ Lから全

体としてトーラス主半径方向内側に変位する従ってポロイダル断函A部では巌大の変位27

を示し G部でも求心力のためやや卜]ラス主半径方向内側へ変位する第 32凶は厚肉

リング繍(設もベローズ寄りの y-z方向変位分布を示すポロイダル断面A部のトーラス

主半径方向内側への変位は真空容器支持アーム及び補強リプの効果でやや小さくなっている

また G部ではトーラス主半径方向外側へ変形しているがこれは厚肉リングに作用する求心

力による厚肉リング中央部のトーラス主半径方向内側への変形と厚肉リング端の真空容器支

持アームの支持効果によるものである第33図に示すベローズ中央の yーz方向変位分布も

厚肉リング端と問機の傾向を示しており卵形断面の自然なつぶれを表わしている o ポロイダル

断函 E$にはベローズサポートが厚肉リンクーから猿り出しておりその変形をある程度抑え

ており 2 5鵬極度の重量れ下がりとなっている事がわかる

Case 1における応力分布の一例を第34図に示すこれはベローズ第 1山の応力強さ分布

でちりトーラス主半径方向最内周のA郎で辰大値 12 6 kgllllllzを示しポロイダル断面の

ほぼ全域で 10 Kglllz前後の応力強さである

Case 1-5の解析結果を第 32表にまとめる変位に関しては全体的にポロイダル断函

A邸及びE部の値が大き POCase 1では補強リプにより事肉リング端のE部の垂れ下がり

が抑えられる為ベローズの変形もある程度抑えられ結局求心力による A部のトーラス主半

-12-

J A E R I - M 8 0 1 7

ffi^lfilrtflJ^rogamp^S^iteSo Case 2 ~ 5 T-li ISreg J r ^ y i ^ WW J y -pN Ti l

iSreg copy E $ iTAlt0poundraquopound lt tpoundZo Sic deg 4 A-|S] copyfl i clf g bfc tgamp ^ deg

lto -XcopyltglP ^ 0 ( ihM pound 8 0laquoraquo ) 2 5Wraquo ( UjiS pound 7 0raquo ) (Cft bamp 49 4 6laquoit

A5bdquo iDt I b l i ^ D - X l f j ^ffllaquorigrC- y hCft^0 fitotCase 2 4 T-(plusmn

IV-03 y y ltSIyenAlaquo7 0laquoraquo-T-ecopyD4^jyi6]copyfttrHi]ttas^o-xcopytftplusmn0gtcilAgt

-poundD-X4ifficopySfiAse^ilaquoa (ff 15 0i^tCase 2 copy tt 5gt Kg ) bdquo -gtj Case

3 5 r-i i rats J y sif laquo 5 omt co D -f ^^^iPiroiftifwttii^ o - x copyot i t is

laquoS blt a o ^ n - x bull bull - h copypound($icj OW lH y^ffi-c^CiAg^ti5 ( | 1 6

Hlc^-rCaEe 3copypoundfiEjjII ) o

Case 1 ~5 KiteorfE8 copyft^fflli-irT- a - Xreg 1 iJj copy h - 5 x poundbullpound j$fr |h]lrt If

Affiic4ii5bdquo i g i c i 0lt n - xc4 i iS fE ( i ^regIEtlIH$ampfl)4oi-ijbtilaquoo

(i) ^CJ5IIS U y^copy l--7xpound)igrtfflJ-vcopygffiicjS fccopybdquo L f r tc f tHI t

sectsectSpoundftT-Alaquo0copylGipoundampfiFOo (jj) -lt D - X ( I x l l t t f i ) t f f f i J y copy a -f ^^^|6]reg8iJtta^bft liStf a 4

ltjiD - lt D - x reg f f i i c f l j lt K s j c i i ^ o - x reg 0 j reg f f b o bid pound 0 4 1 3 ferego

(V) n -( JKBv tS T CD fg (C J pound bfflo

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t s wpsii3iiipoundiwidjftfpound^o-xsMiijc4b3eAfii3pound^poundAs I -M ifijcopy tS-escopy-c (i)~ltiiDid i o T 4 b 3 pound copy laquo laquo pound pound TcopySpoundcopyg4SHpound$irt1-3 o

tfe 3 l iS copypoundlaquolaquobull t s ^ D - x lOjfflASicSfl brfT^fco

(OicksiEAfilPW y idj 3^ deg -xcsfflESiic j -gt Tft b3 feffl-efeS^b l-f-

bullJ y^ojftfftficj o D -xic56ft-r5is^lS(H L t igts eS^Tif^ J y copy$gtit

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t t 5 tdlicj SlSSffi |-J9ciS-e(6egttt3o

tJ 1 = C o bull 5 i 5 o (5)

iseftlaquoT(-jslaquolaquoi t fffflraquottKiteijlaquotf-etfo 5o =tosa3laquocopyig poundpoundi f3o

( i i ) i dJ 3JS f r ( i t t f f plusmn f ^T -ampo2 Hpoundreg3yen t i c ^ ^ deg - x copy f t i f fflttD twm ttfflttpoundW-3laquortftffapoundakcopytiffifEp bull pound laquo pound - ltSic4bf t^ l iSAI i

6 Oi = mdash mdash M (a)

- 1 3 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

径j向内側への変位が厳大となる Case2 ~ 5では補強リプがない為厚肉リング内では

端部のE部垂れ下がり変形が大きくなる更にポロイダJレ方向の曲げに着目した坊合ベロ

ーズと等価な剛性を有する平板の仮厚 t事は次式で求められ

t = ( 1 2 ~ b y (4)

ベローズの板厚20 (山高さ 801111) 25開(山高さ 70 RllI )に対し各々 4 9 4 6 JlIIで

ある但し Ibはベローズ 1ピッチの断面二次モーメントである従って Case2 4では

l区内リング板惇が 70でそのポロイダ Jレ方向の曲げ同1]性がベローズのそれより大きいため

ベローズ中央部の変位が録大となる(第 35図に示すCase2の変位分布参照)一万Case

3 5ではP事肉リング板厚が 50lllでそのポロイタルj向の曲げ剛性はベローズのそれとほ

ぼ等しくなりベローズサポートの支持効果により厚肉リング端で変位が長大となる(第 36

図に示す Cafe 3の変位分布参照)

Case 1 ~ 5において応力強さの最大値は全てベローズ第 1山のトーラス t半径fi向長内周

A部に生じる真空力によりベローズに生じる応力はその発生原闘を次の 4つに分け忘れる

(j) 求心力による厚肉リングのトーラス主半径内側への変位によるものしかもこれは真空

容器支持アーム但りの回転成分を持つ

j)ベローズ(直交異方性板とl亭肉リングのポロイダル方向の剛性差から生じるポロイダ

Jレ断面の変形差から生じる相対変位

QiO ベローズの腹に働く真空力によるベローズの山の押しつぶしにより生ずるもの o

(v) ポロイダル断面での変形によるもの

t記(j) ~QIOgrave のうち(j) ~OiDは主にトロイダル方向の応力に QlOiポロイダル方向の応力に寄与

する本有限要素法解析によればベローズ第 1山に生じる応力はほとんどがトロイダル方向の

応力であるので (j) ~QiDによって生じる応力の槻算値を求めてその応力の発生原因を検討する

検討は最大の応力強さを生じるべローズ第 1山のA部に着目して行った o

(J)による応力は厚肉 Ijングによるベローズの強制圧織によって生じるものであるからI享肉

リングの熱伸びによりベロース1こ発生する応 tl1~顛似している従ってi享肉リングの熱伸び邑00 熱伸びによりベローズに生ずる応力 o真空力による厚肉リングの x方向変位量を Oとすると0)による応力 oは次式で求められる

O = OO O (5)

本有|現要素法解析による結果 Oと詳細設計における計算結果 O bull Oより第33表の結

果を得るJ3)

ODによる応力は弾性床上モデルで良い近似を得る事ができるベローズの曲げ剛性Dと等価

な剛性を有する板f分布ぱね定数kの床上で分布荷重 pを受ける場合板に生じる般大応力は

次式で示される

6 02 一一了一 M (6)

t~ b

-13-

J A E R I - M 8 0 1 7

ltn L M = - D a 2 A s i n h 0 s i n ft + D a 2 B cosh 0 cos

~fr) A = -apound 2T

D = b t i E

1 2 b w C 1 -lraquo )

A = -p s i n h ^ cos 0 + cosh s i n 0

k s i n h cosh 0 + s i n A cos 0

B = p cosh 0 sin A - sinh 0 cos A k sinh 0 cosh A + sin 0 cos A

r5bdquo raquo $ laquo bull raquo copy pound pound pound 3 3 laquoic-fo (Midi 5 JS A l i s 3 Ult (i)~(3)iUCfgtTJSpoundJftipoundcopyttEp(Cltfc5fiiiEJaicffli-3-5bdquo MP

^ t f E ( i raquo S T $ n 5 o

tf3 = _ ( h b w _ _ L ) + - A (7)

S3 3SC(i| SS^S( iyenWr- i i6en f teSfeSfH+TdUr5As iffiltplusmnifcR(fiampo - f t U l S o feffaOmO-to-X-cMi ( Case 1 ~ 3 ) lt a - XtDMLIZ frfr 6 jfcg

fflfflfpound4fij 0 C 5 l S laquo O o - M l i S B O J n - X - C l i ( Case 4 5 ) -pound copyff icrMtt f f lJtJn^amp^a -X f f l | | i c^^laquoKSic j ScopySBt t t t lSAI iraquos i 1 4 i c g a $ t i 6 A iSii^roiWttffl icDiiAnctij Agpw^i -W^ ) gt rlto h n -f ^ i a ]g f icopyApound i ^ raquo

(i)icjlaquojs)ltiaiin-rSo b^ fe copy ( - t S f E A l i ^ D - T r - e s s i s i j j i B i t l i - r ( D i e t s f t amp pound copy lt amp amp o t pound f t amp f t T - ( i raquo i t i t pound o amp B f i ) v r t ^ a - x f f l raquo l t t f f i - amp ^ i i T ( i i ) fcltfc4JEamppoundlaquoraquoKjlc0 t LT tgtJS t t l i S t i f i laquoF l - l i F t f t tOo U^LOiOiCt^fEA

- 1 4 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

f1し M=-D α2 A s i nh ft s i n ft + D α2 B cosh ft cos ft

α=(士)1パ

D= 1 2 bw ( 1 -12 )

b t~ E

αE ft=一一一一一

2τ

A = _ p s inh ft cos ft + cosh ft sin ft 一一

k sinh ft cosh β+ sin fi cos fi

B p cosh F s i n p-s lnh Fcos J7 2 一 一

k sinh ft cosh ft + sin ft cos ft

である数値計算の結果を第33表に示す

iDによる応力はまさしく(1)--(別式に示す応力変換式中の外圧 pによる補正項に相当する o 即

ち発生応力は次式で示される

(7)

数値計算の結果を第 33表に示す

第 33表には本有限要素法解析で求められた結果も併せて記しであるが両者は比較的良い

ー査をを示している仮厚20のベローズでは (Case 1--3)ベローズの腹にかかる真空

jJによるベローズの押しつぶしによって生じる局部的な応力が主であり次いで犀肉リングと

の相対変位により生じる応力が大きい一方板厚25開のベローズでは(Case 4 5 ) そ

の曲げ凶IJ性のt曽加からベローズの腹にかかる真空による局郎的な応力は約 14に軽減される

が逆にその剛性値の憎加により A部の様に厚肉リングのトロイダル方向変位の大きい部分

ではそれによるベローズの圧縮に起因する応力が主となる

この嫌にベローズの板厚を薄くするとQiDによる応力が急激に噌加し逆に板厚をl事くすれば

(1)による応力が僧加する o しかも Qij)による応力はベローズである限り避け得ず(j)による応

力も~在の機造及び支持条件では避け得ない為 ~事肉リングとベローズの剛性値を合わせて (ii)

による応力を鯉惣的に Oとし得ても応力依はある値以下には下げ得な Lしかしowによる応力

が 14になる事からポロイダル断面全体に渡って応力が軽減されるため奥空力に関する限り

仮I事25輔のベローズの方が当然の事乍ら有利である o

-14-

J A E R I - M 8 0 1 7

52 tzmmmj]

11) raquo laquo T f l

ampampbull(amp tl left amp Si JJMST tzmlt^tz-r igt9S pound 2 El ic- f ampcopy-ampbdquo ffl L n -f ^ f fnMftMcopyig^poundf tcopyHspoundrtlt l U i ^ c n ^ H ^ f t n 4 ^^yi(ijc3 6 odeg copyltfe$ raquot bfzo SJETMIJfcasAfflW^tiaittsaji ^ i i o deg -f ^jifimfsreg6 o gt

laquo S $ f t 4 S i 4 S i $ t a 8c-S $ pound fin 2 3 i a i c $ pound M i c ^ i m c ftftffijifiteictt t

i o T i f l J f t ^ 8 ^ 1 2 2 H 41 copy lt amp St l i k = k 2 = 4 0 o n ka = 2 0 ton

(2) l i i f t laquo ^ S ^ laquo t ^ 5 j copy S S ( i ^ copy ^ e i S t S f i S T 0 X--7CD^laquollCgpoundoTlaquo 3 5 laquo copy a 0 6

(2) (7K8)

laquo5 f f i C i fa U J tpound laquo 6 E f f l ^ t i S copy ( i C a s e B copy71 5 X-7 poundgt pound1 bull $- J ( 5 5 kA ) Hgt-JCase Acopy7deg7 lt 7 f 5 JtifffAHt C 4 5 k A ) Case Dcopy7deg v ^bull^rtfflJfBlaquoB C 2 4 ItA ) T-4 7 I tefc c - C 7 7 ^ 7 ( S a ) J i l i a ( n-laquot|=gt-f ^ copylaquolaquocia)Ss5fcregltt urtf-stsn-coSo laquoampcopyfSW-efeV7X^Mlaquofliiof ^a ifri-f n-copyamplaquoraquopoundbull a-fa-

- ttQftVkofctiMifrtcamp^xtt copy i f laquocopyte tlt ipoundpoundgt i f tk te eltltpoundf to A ^ c c t ^ S f l KSlaquoff ipoundcopyftt f iampyfrcopyregf fpoundfT ltgt tits c c t K U f t i R I

35 3 7 1sect1 A^b St a 9 El IC Case A B D Cfctt S $ laquolaquopoundcopy n 4 gt pound Id] ft pound flt Tlaquo M( i |cSlaquolti 5 1- deg 4 ^ ^ f a l amppound pound SIS 13 J ^^laquog(Cgt-iSlaquoSlaquoSlt ( laquo laquo S S - t r laquo gt copy a -f 2^fipoundT-0 ^ copy S i A f l t i Case A B D^S- 6 2 7 8 32 kA m t f c i Case ATMi ^ copy laquo laquo ( i a -f gtltamp fi ES5 l e t t pound W IC HJ qg J ^ - C l f t S i i ^ C D ~ E a i copy laquo laquo t S K l laquo O o Case B f l t laquo laquo copy t f - 9 tt I - - 7 x t ^amp f l f l l l cSFD ESSofcSfEffiKfiM lttt 5 Cf t lcS LCase D f C i Sic h - 7 pound

grtffliicgofclaquo-jiclaquos ti5Bc deg -lt ^^wfffiE~Ga5-eiiasip]copyslaquocopylaquon^

egtlaquoE^tlti^jgtii-3fcfcffltttao st31 oia^est312 0ic st37Ei^eSf 391a

copy laquo S a laquo E l c t t J S T 5 R S S i A O o ( raquo t St 31 OElfiCase AcopyltJ5tft bull C 0 l 2 7 k g e laquo copyEAAltK2gSlCff f f l1-5bdquo pound copy pound 6Slaquof f llaquolaquoElttCth-

- 1 5 -

jAERI-M 8017

52 鞍型電磁力

川解析モデル

鞍型屯総力に対する応 j解析にlいたモデルも第22図に不すものである mしポロイダ

ルIOiI討対称耐の犠界条件の設定が難しい為これを避ける為ポロイダ JレjliJに 36 00

の令周

モデルとした要紫分割lも真空力の嶋合ι と[jjjじであるがやはりポロイダル jJ向は倍の 60分

割としている

続界条件を第 34表に示す鞍型Ii依力は第 23図に機式的に示す傑に対称備造物に対し

て逆対称荷電が作用することから境界条件としては逆対称条件を与える o 更に真空手日告は

E正常得器支持アーム以外に動荷電に対して支持効果のある鞍型電依力用ダッシュポットに

よって支持される従って第22図中のパネ定数は k1 = k 2 = 4 0 bull on 1畑 ka = 2 0 tOn

1111と与える

121 荷重条件

真空容器を流れる渦電流はその誘起原因となるプラズ 7 の挙動に従って第 35表の通り 6J21 _ ~ _ _ bull _ CU81

つの場合に分頴され石渦電流は各場合について詳細に検討されておりループ電流と鞍型電

流とにわけでその録大依を第 36表の様にまとめられる

鞍型電流に着目した湯合電流f直が最大となるのは CaseBのプラズ7 立ち上げ不着火時で

あり(5 5 kA ) 次いでCaseAのプラズ 7 立ち上げ着火時(4 5 k A ) bull Case Dのプラ

ズ7 内側消滅時(24 k A )であどなおここでプラズ 7 消滅時にはポロイダル磁湯コイ Jレ

の遮厳効果があるものとして計算されている以後の解析でもプラズ 7 消滅時はポロイダJレ磁

場コイルの遮蔽効果を考慮する

一方氏宅待器の応力解析においてはその荷重の絶対値とともに分布も重要な意味を持つ

からここで勝型電流鞍型電磁力の絶対値及び分布の検討を行うなおここで取り扱う鞍型

電流値は省限要素回路Jllこよりその値が最大となる時刻のものを取り扱う o

第 37図から第39闘にCase A B Dにおける鞍型電流のポロイダル方向分布を示す o

値は鞍型電流備がトロイダル方向で優大となる厚肉リング端における鞍型電流電流密度で表

示)のポロイダル成分でありその長大値はCase A B Dで各々 627832

kAm てある CaseAではその最大値はポロイダル断面E部に生じ全体的に可成り均

一に流れるが特に DE部の電流密度が高い CaseBでは電流分布のピークはトーラス

主半径内側に寄り E部の電流密度は小さくなるこれに対しCaseDでは更にトーラス主

半径内側に寄った分布になると同時にポロイダル断面 E-G部では逆方向の電流の流れがあ

る事がわかる

第 37凶から第 39図に示した鞍型電流のポロイダル成分とトロイダル依嶋との相互作用に

より生じる鞍型電磁力は トロイダル級編の強さがトーラス主半径方向長さに逆比例する事か

ら電流分布とは多少異ったものとなる第31 0図から第 312図に第 37図から第 39凶

の鞍型電流に対応する鞍型電織力のポロイダJレ分布を示す第 310図は CaseAの荷重分布

であり最大約27kgar の圧力が真空容器に作用するこの湯合鞍型電流の電流値に比べ

て街重が小さい事荷重分布がポロイダル断面の広い領域でほぼ均ーである事特にポロイダ

同

hu

A

J AEfi I - M 8 0 1 7

uTrrfri D~Ei$tr fc 2 5Kgci2 i l o i 1 V$gt S I 5 laquo laquo a t sect laquo laquo fc SEIC-tfclaquoic

laquogflaquolaquolaquogtj(iD-f nTr [6i t i Ppoundr-igiS]copyi Utfffflt5ffltHJ4laquo

Hli-TSi Ff-tf-KlirtfE^fNfl Lr O 5 C i icy 3 bdquo $ i i liaiiCase B copy reg It gt Ar-

0ampift 4 7kgtrade2 ffl3rofEjgtltf|fl-r3o Case B itltX copysectpoundbullcopy ramp A copylt ltJU- J x

euroraquoffieuro5gtt(i I- - 7 t^grtfflClg ^fcfccopyr 3o reg 3 1 2g|Cjlt-f Case Dcopyffilttt

bullfill ift^ft 20kgrf -c ampog d l--7 t l - a r t f f l c S i t t t f t i t i J i i t c 85 3

Wti ElaquoSgtJffl I- deg -f 2^j fa copycopy-laquoamp 3 3 1 3 i t j i t cn(i^glaquoA^i a -f

^tSrlffifir-ftA i iSjS ( S a 1 0 l ) ^ 3 1 2|g|ilaquot ) copy I- o 4 Ji|ii]gtT-0

-5 bull -X^flElgJ tb - b w

= - mdash (8) 17-ft V ^^ f f iW f r - p

t b ^ o - x -amp W-

t r IPS J x i f

b w ^ n - x j - x i

p s a - X tdeg v -f

Jil hCase 1CIWLT Case A B D CjtSSilt (CfEffi 1 bull5^laquolaquolaquoa copyJfcifcK-m fc

A Case 2 - 5 C I LTliCase D OitWampft J raquo $ 3 1 4 l i - x 1 ~ 5 (Cfc o r 7 7

fi iff l-rso (3) ^ W B i S amp y amp n Case 1 Kfctf Case A BamptfDffllaquotffpoundpoundpoundpound 3 1 5 BlAgtpound9S a 1 7 iaic^-f bdquo $ 3

1 5|21(i Case Al-fctt bull5poundfficopymdash0HT 0 llCfi J y3gaffly - z |5]poundft t p t

fittings 3 i oKiic^-rlaquoii n -f -iraquofifiD~FarfcsrfiEot^ifampacrtEcturii - lt o - x bull + - h copypoundamp) ttopound^ampampSCifi-tfn 4 ^raquoTiBillaquoia5r- liaftO 8im

T-S5 SI 3 1 6taii|E3 tlt Case B C f U S I f i J ^aSa5copyy - z filffiffi Jgtlaquo-^1 =

Case BtMiJBa l 1123 ic if to lt ffi ft I-- 7 i ^ g ^ f J f c s rgtr o6 tab ampk poundGifco 4 OHBrffiB~C amppoundpoundamppoundbdquo ftfifilt) 0 8r5o reg a 1 7iaic-f Case

Dr-iilfsa l 2B|-e-fcfl6icltglaquobulllaquoD 4 ^nSrEi ( laquo(iF ) ^ r t r - felfits fc poundffife|q|copylaquo|6] pound fipoundltft(i ogtf ^laquofBBg|5r4Ulaquo0 4laquomrpound3laquos I ^ f S

pound L t f f t Ult ttoffifl- Krpoundbdquo

ftlC Case 1 icrl 5 Case A BamptfD copyIS Atf-tfJffl-tfl laquobull 3 1 aeHfriffi 3 2 0 |pound|

-16-

JAERI-M 8017

ル lfruacuteriD~E 部でも 25 Kg棚2 程度の街電がある事等が特徴であるなお既に述べた織に

鞍型電織力はポロイダル断凶i1-半分と下半分で逆方向の力として作用するので凶中上半分が外

Hとすると下半分には内圧が作用していることになる第 31 1凶は CaseB O)flj i立分fjであ

り最大約 47同cnf 相当の[E力が作用する CaseBは全ての翁合の中で妓大のがI棋を与え

その荷電分布はトーラス主半径内側~に 1踊ったものである第 3目 1 2 図に Icircj~ す Case Dの荷電分

布lt長大が)2 0kg四F であり更にトーラス主半径内側~に寄った分布となるとともに第 3目

9凶にぶした電流分布に従いポロイダ Jレ断 I剖仁(或は下)半分内でも街 t立のjIIJが逆転する

という特徴を宿する

続型電儲力のトロイダ Jレ方向の分布の一例を第 31 3図に )Jyenすこれは鞍yen註他力がポロイ

ダル断而内で録大となる点(第31 0図から第 312図参照)のトロイダJレJjItJ]分市であり

N肉リング部ベローズ部内でほぼ直線的に変化するベローズ部にはI享肉リング部に対し

ベローズ等価板l寧 tb bull bw

厚肉リング板厚 t r bull P

の割合で鞍型電流が流れそれに相当する電依力が作用1る但しここで

tb ベローズ依厚

t r 事肉リング板厚

bw ベローズガース長

レ ベローズピフチ

である

日)

以 rCase 1に倒して Case A B Dに真空等法に作用する鞍塑電舷力の検討を行った

がCase 2 ~ 5に関しては CaseDの計算を行う第 31 4 図にケース 1~5 においてプラ

ズ7 内側消滅時に真空湾総に作用する鞍型電依力のトロイダル方向分布をぷすこれはポロイ

ダル断面で綾大となる点におけるトロイダル方向の分布でありポロイダ Jレ断面の分布 jl~ は第

31 2凶と l司織の傾向を示す厚肉リングベローズともにその板厚にほぼ比例したU極力が

作用する

(3) 解析結果及び検討

Case 1における CaseA B及びDの解析結果を第 315図から第 31 7凶に司王す第 3

1 5図は Case Aにおける変位分布の-1911であり厚肉リング端部の y-z方向変位を示す

街虚が第 31 0 凶に示す様にポロイダル断面 D~F部でも司成り大きい事及び内圧に対しては

ベローズサポートの支持効果がない事から最大変位はポロイダル断面直線部で生じ約 O目 81111

である第 31 6凶は同じく CaseBにおける厚肉リング端部の y-zj向変位分布を示す

Case Bでは第31 1 凶に示す如く街重分布がトーラス主半径中心側~に偏っているため長大

変位もポロイダル断面 B~C 部に生じる般大値は約 081111である第3 1 7凶に示す Case

Dでは第31 2凶でみた織に荷重分布がポロイダル断面上或は下)半分内でも逆転するため

変位も問機の傾向を示す展大変位はポロイダル断面B部で生じ約 04帽であるが真空容器

として好ましくない変形モードである

次に Case 1における CaseA BampぴDの応力分布の-1Jを第 318凶から第 320凶

-16-

J A E R I - M 8 0 1 7

CTN-TO ffili^n -X 1 1J4 copy ill g|S copy (S pound laquo pound laquo bull T L t l ^ Case A-e i i o -f ^laquofifiB S laquo ^ D 9 i i gt i ) t A ^ i g A ^ 4 i 5 i ^ (CSS 3 1 5 12 Tr^ L t l ^ g f i f f l t t 6 n -f gtHSflffilIraquoSB ( $ 3 1 5 S - C F ) - r jE^felaquogt^ ltft 6 4kg ra 2 T 5 o Ct l l f t ) ^ 5 laquo i c K S S ( a ^ E t Urfff f l -TSiS^^D - X bull bull - bcopypound)laquoftf igtpound lt laquo5 fiOampmiCfitfo-CampZW rtEiUTfffflt51i-amp ^ n - X - + - K i 4 lt poundftfflregJ-pound-SfcSt t t bullgtgt D ^ ^^laquoTifiiBlaquo6gBic^ittJBA)^-rsBIS6ttAlaquo-5o 95 31 9g|(c (iCase Bcopy0raquoJ-pound--r bdquo JS^Jreg $ U R~~C8bXamp t U Oft 1 0 9 kgra 2 r-amp6tf Case AlsJlaquo - D - X bull - - hcopypoundft$ampScopyteodeg-lt ^^ilaquofifigt-)i^r-iifeSaWii^laquoftvA 1 4 - i t 3 2 OElCfiCase DcopylE 3 pound - f bdquo S x t e C a s e B H laquo tf o 4 -S JU laquofEB~Ca5(C4 D ft 4 7 kglaquoui2 - C $ 5

HiifflCase 1 (CBSf 5 B f f g S ^ 3 7 a i d 4 pound J6 5 bdquo ttJ C d(C(i Case C copyfStFrSS

flJICCase l ~ 5 0 raquo laquo f e a i a 8 g C J i ) 8 0 C tilt Case D (Cfctf i i ^ f i amp t f J S T J pound 3 ifcffltrgt5o I S 8 S f f l laquo S t c M L a f plusmn t icifcfll L T ig JD t 5 a raquoJ ttftfctfist3 cjt^j L r t i a r s ^ regiffliia]ic ttijlaquoKW(c(ii6iplusmn-rs^ ^ n - x -

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ftCKHSffiSAFB- bullgtraquo bull - hcopyampftpoundfT -5o S 3 9 SIC S 3 7 g e t ttitzampmfT

T-xicav6iampmmmtimbullgt bullgt bull raquo b amp t f K s ^ i S j c f t T - A copy ^ ^ ^ ^ raquo c C f g A F i F 2 F 3 lag- S ^ 2regffllftaki k 2 k 3 ICMSS UC OS bdquo dftampgtpound ) ^ 5 laquo C K A copy I J i A i ( i S g S S ) f T - A T - S i t f t e copy g | pound f i Case A B C D T - amp 6 9 7 7 9 2 9 i X-amp6 e ampIC = X-7ffllaquo9 ( Case C D ) (i 1-copy poundft ampraquo(amp A poundft 0bdquo tiz 7 ^ 7 f J i f S ( Case A B ) t U O ~ 8 0 laquo ( i

MSlaquosect3 f tT-AT-pound tT05igt^-5o C reg S (C bullgt = bull raquo h poundJR 9 lampOT 4gtSlaquo 9 l l raquo ^ i bull | f i l i i ^ ) | ^ ^ f a i O S S a 2 1 a 2 2 g | C Case B D i o O X(Tgt -J gts bull h AlaquoSS|pound-gtttOifpoundffllBtffi|poundSpound^-f o S 3 1 O S t t ^ i - T S S ^ j S laquoSlaquo-t tlaquoLfc)copy-ejjampA^|Et) |St tOraquoAlaquot)^So X t o - X f f l O j copy pound pound bullamplaquobull l t a 2 1 32 2 0 ^ e f e ^ $ f a i 9 3 2 0 fc3 lth (i fli Alt T ft 5 ampupoundSt M f t i t )gt5 laquo pound ^ r ttflUffl-1- H^copysiBSfflAssci iBe)nro4iflaquo-laquo-rat

53 JC^FFffi

(I) 7 ^ v t S 5 Omseclaquo F elaquo i poundbfc i^oKSS^^copyeuroiS^ J T - 6 0 -e i i 7 XTmiampteifeampTp It 5 Omser gt L T pound T copyiamptt-S-fr- T OS

Tp K l l i t e a W l C ^ S t S t t e ^ 7 ^ 7 laquo laquo 4 5 0 msec i J l l laquo S 7 J B laquo t laquo

- 1 7 -

)AERI-M 8017

に示す o 値はベローズ第 1山の山部の応力強さを示している CaseAではポロイダル断面 B

部から D郎にかけて大きな応力を生じるが刊に第 31 5図で示した録大変位の生じるポロイ

ダル断l飼直線部(第 31 5図で下半分)で応力も設も大きく約 64Iltg1Il1llであるこれから

わかる様に鞍型電依力が外圧として作用する場合ベローズサポートの支持効果は大きく応

力の緩和に有効であるが内圧として作用する場合ベローズサポートは全く支持の役割lを

巣たさないためポロイダル断面l直線部に大きな応力が発生する可能性がある第 319凶に

はCaseB の例告示す応力強さは B~C郎で媛大となり約 109kgmlll であるが Case

A問機ベローズサポートの支持効果のないポロイダ Jレ蛎面下分では全般的に大きな応力

値を示す o 第 320図には CaseDの応力強さ分布を示す最大は CaseB問機ポロイダJレ

断面 B~C部に生じ約 4 7 Igl7IIである

以上の Case1に関する解析結果を第 37表にまとめるなおここには CaseCの解析結

果も併せて示しであるがその荷重変位及び応力の分布はCaseDとほぼ同機である

次にCase 1 ~ 5の解析結果を第38表にまとめるこれは CnseDにおける最大変位及び

応力をまとめたものである真空宇手器の板厚 tに対し電依力は tに比例して熔加するが同IJ

性信もほぼ t3 に比例して増加するため板厚の僧加により強度的には向上するがベローズ

とI手肉リングの様に剛性の大きく異る繕造物の複合体ではその相対的なポロイダル断面変形

差が発生応力の支配的な要因であるため一概に板厚の増加が強度的に好ましいとは云えない

本パラメータの範闘ではケース 1に次いでケース 3が発生応力が小さい

次に鞍型竜織力用ダッシ a ポットの検討を行う第 39表に第 37表にまとめた各解析

ケースにおける鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アムの支持反力を示すこ

こで反力 Fl bull F bull F3 は各々第22図のぱね k1 bull k bull k3 に対応しているこれから

わかる織に反力のほとんどは真空容器支持アームで受け持ちその割合は Case A B

C Dで各々 6977 92 94である特にプラズ 7 消滅時 CCase C D )はそ

の街重分布の影響により変位分布はダッシュポット部で変幽点を有する為ダッシ 1 ポッ

トの支持効果は殆んどないまたプラズ 7 立ち上げ時 CCaseAB)でも 70 ~8 0必は

真空容器支持アームで支えている事がわかるこの様にダッシ a ポットを取り除いても強度

的に殆んど影響ないと考えられる第31 0表第 321 322図に Case B Dについ

てのダッシュポットがある局合とない場合の解析結果を示す第 310表は発生する重量大応

力強さを比較したもので殆んど変化がない事がわかる又ベローズ第 1山の応力強さ分布を

示した第 321322図からも多少第 319320図とは分布がずれるが殆んど変化

がな事がわかる従って計測用ポート等の設置空間が非常に限られている事を符慮すると

装置の総合性能としてはダッシ a ポットは取り除いた方が有利と恩われる

55 応力評価

(9) (1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した揚合の真空容器への電磁力

JT-60ではプラズ7 消滅時定数 p は 5 0 mseそして全ての設計を行っているが

p には物理的に不纏定な要素が強 ~o プラズ7電流が 5 0 msecより短い時定数で消滅する

-17-

J A E R I - M 8 0 1 7

mamp ltbull Case C f t t D ) laquo t t laquo ^ b t S i t _fc i tgtZ eurolaquopound gtltlaquoS^ts Cftffl bull- 5 ygt 8i tOia^t tlaquo-Ma-5BlHlt tlaquoc bull- r p lt 5 0msec copylaquo-amp HP r p = 1 0msec l m s e c 1 0 0isec 1 0 seccopy 4 ^ - x IC o O T B tff fr rgt t bdquo

f 1 2 3 0 I C Case C C f e O t 7deg 7 ^euroflpoundfls 5 0 msec laquo7tBlaquoS L t i ^ C l S S g claquotnSlaquo5eurolaquoitsy^-7euroiitfflgAft-r= ccr-ydegy -x^mm i p = 2 7 M A x-v pound ^ i R = 3 0 3 m W l a =0 9 5 m - C 0 o gtf ^laquo i f t a 4 ^ copy jiffi K Si pound amp pound r 5 o iJtii|SB5g[5]ampamp-c- gt(i h^^[e]SS^r-MffTofc =

KlSf lEKBBLTtt r p = 5 0 msec X 1 1 k A t S 0 T p = 1 msec laquo FC(i(5ltS mdash 5pound 0 4 5 k A T raquo J t c ^ - 7 deg laquo laquo t ( i r p = 5 0msec 7 9 kA t laquo c i M L r p

A5Jx$ 0 pound i l $ I C J i L r p = 1 0 Itsec t 2 6 5 M A t - U H ^ 7 x T i S f t ^ f f l f Si

fj 3 2 4HlC( i If 3 2 3llCf UtfgS lf i i t - ~ 7deglaquoSit pound pound M - ( 9~^Oi n ltf

16] o 4 ^JU^IB] copyamp( laquo + S 3 1 2 0 S t f | U 3 0ltt(3l2|E3laquoi-cltfeSo

K^JIC plusmn 0 ^ 4 - T 5 S ^ ) E J 3 ( i T p = 1 msec tXit TpregmP t t fe icmimt 5 tlt r p

= 1 msec J i l T - C l i l i l J - g t ) jft l 3 kgtrade 2 -tSbdquo mdashA ^ -7 l )5Klaquo(a^ (C J 0 fgpound-f S i S ^ f i T p copypoundpound(pound Hit to U r p = 1 0 s e c fift 8 kgms2 t ft 6 bdquo

(21 JB^iFffi 3 1 3 2Jkamp 3 3(l)copyByen$FffeHCgpound J T - 6 0 copy i O S i l O J S A i F laquo pound ASME Sec bull

inicWbTff-o ftmmtk urn m^sti mmnvammti raquomdashfnmmamptiampumft ltgt ^ e f H ^^^isiosiftKJSicis^D - x copy E laquo ^ 5 bdquo c ctffl= S(i-f t ic ipoundfi - R t S H raquo S 1 - 5 o Code Case 1 3 3 1 - 8 Claquotn( f 0 3 J 6 2 5 f f l S m l (i

S m = 1 8 3 kgraquom2 ( a t 4 0 0 C J

P m + P b - 1 - 5 S m = 2 74kgrf

P m + P b + Q - 3 S m = 5 49kglaquoti

Tfe-S o d C C P m laquo amp raquo lt P b f f l t f JSlaquo3 Q - amp J E laquo

^o-x^iOjr-feSo - 1 8 -

]AERI-M 8017

湯合(Case C及び D)現仕織から求まる値を上まわる電織力が真空容器に作用するため

装置の健全性を損ねる可能性がある C そこで pく 50 msec の場合即ち τp= 10mョec

lmsec 1 0 0μsec 1 0μsecの4ケースについて解析を行った o

第323凶に Case Cにおいてプラズマ電流が 50 mscc以下で消滅した揚合に真空容器

に流れる鞍型電流及びループ電流の長大値を示すここでプラズ 7 電流 Ip=27MA プラ

ズ7 主半径 R=303m面IJ半径 a=O95mでありポロイダル篠原コイルの遮蔽効果も含

めである前者は有限要素回路法で後者はトカ 7 ク回路論で解析を行った o

鞍型電流に関しては p=50msec で 1L kAであり p = 1 msec以下ではほぼ一定

であり 45kAである o まt)レープ電流は n = 5 0 msec 7 9 kA であるのに対し ~lIlloCh t p

が小さいと急激に上昇し τp= 1 0μsec で265MAでほぼプラズ 7 電流相当の電流が

真空審器に流れる

第 324図には第 323図に示した鞍型電流 )レープ電流と各々トロイダ Jレ依場ポロイ

ダJレ依場との相互作用により真空写器に働く電舷力の長大値を示す線型電縫力のトロイダ 1レ

方IIJ]ポロイダJレ方向の分布は各々第31 2図及び第 313図とほぼ同線である

またこれらの電磁力によって真空容器に発生する俵大応力を第 325図に示す鞍塑電流

電磁力により発生する霞大応力は p=lmsecまでは pの減少とともに増加するが p

= 1 msec以下ではほぼ一定であり約 13kgJl1II2である -jj )レープ電流電依刀により

発生する応力は p の減少に伴い場加し p = 1 0μsec で約 8kg1II11l2 である

(2) 応力評価

31 32及び 33([)の解析結果に基き J T-60の真空雰器の応力評価を ASME Sec

Eに準じて行う作用荷重としては真空力鞍型電流電磁力 )レープ電流電総力及び厚肉リ

ングのトロイダ Jレ方向の熱膨張によるベローズの圧縮を考えるここで前三者は一次『力に

後者は二次応力に分類する CodeCase 1 3 3 1 -8によればインコ不 Jレ625のSm値

は

Sm = 1 83 kgIII1112 (at4000

CJ

であるから一次及び二次応力に対する詐容応力強さは

Pm+P b lt 15 Sm=2 74kglI11I

Pm+P b +Qlt 3 Sm=5 49kιPr

であるここで

である

Pm )漢応力強さ

Pb 曲げ応力強さ

Q 二次応力強さ

第 311表に各ケースにおける最大応力強さを生じる要素に対する応力評価をまとめる

ここで震大応力強さ 4主じる要素は第31 1表中に図示しである様にポロイダル断面B部の

ベローズ第 1山である

-18-

J A E R I - M 8 0 1 7

77X^mmregfcampTp Alt5 0 msec t 6 tpound h If M A i b t l iCase BAsg^TiampO Case 1 4 amptf 5AltASME copyfFSiSftSi pound pound FB pound deg lt o - XcopylaquoWAlt pound 5laquowfflfl|-sect- -RfSA^tfcRWfS ltffljtegtn laquoamp(amp laquoamp Ci5f f l i SL ^ o - x copyIS w 2 o laquoraquo copy

l2-f tKAc t tUTt tRWampffiraquoltpoundyenpoundt t s t -^Elcopy y-^laquofflrtCli ^ o - x copy l I laquo ^ O J 4 i S S W C t l f 5 f j ) laquo M ^ - J lift (I ycopyffilyen(plusmn -^Blcopy- -ampmftxttnmmkiamptiregzicmmamp5-z-tpound^fwfrfr6o

n pound ^ e gt ssWciiSfcWiJ-elaquoA S B raquoft J y laquo l B 4 ^ u o - i 6 oraquoraquocopy

iKJi 4 n ss$ijaimcopyigBx--x^$ij^ i n ^ S39so8S4^wgtlaquo

isregscopy^iciatAtgs^4x^^s ttfliJM- (-^copysmuffl stiffslttlaquoo

r pAlaquo50msec ltfc 0 ffioJgampli ftlaquoW pound LT Case 1 SO 5 ICoOT r p = 1 msec 1 0tisec copy^copyJS^fFffiampfrofco r D A lmsec KITTr 5 ltt lamp A ltt L t f Case

(7) c i ic i i5 c cx-mmm i- A^SSSHcopylaquoamplaquo igtfc eii^31 1 g ic t t^ t iT l^A dna^fc^SfiM r p = 1 msec^tKJCaselT-littSfSAreg S^ffi^lcT regSAlaquo Case 5 Cli Cftpound_t|5] 6 bdquo Lfr U T p iUmsec I S H F C i S i I 5 S S C - ^laquoEreg8B a WfticfcttSLW poundbullgt Sffleurol8AlaquolaquottJfc-eK3g3secticftffl-f s i iBa7gtilc-poundttlZmraquopoundntiStamp t Case 1 ICJsOT gt r p = 1 msec XisectH-t

-19-

J A E R 1 -M 8 01 7

プラズ7 消滅時定数 τpが 50 rnsecであるならば電舷力としては CaseBが最大であり

Case 1 bull 4及び 5がASME の許容応力強さを下回るベローズの板厚が25 mmの湯合一

次応力を比較的低く抑えられるが二次応力が大きくなるのに対しベローズの板厚が 20mmの

場合は二次応力は小さいが一次応力が比較的高くなるという傾向を示す許容応力強さから

は二次応力に対して比較的余俗がある事を考えると今回のバラメータ範囲内ではベローズ

の板厚が大きい方が強度的に有利である事がわかる一方厚肉リングの板厚は今回のパラ

メータ範囲内ではそれ程最大応力強さに影響を与えない事がわかる

厚肉リング補強リプは鞍型電流の電流値に効く実際の板厚を贈す事なく等価剛性を上げら

れ長から強度的には非常に有利であるが反面厚肉リング外表面から 100160闘の

高さを有し厚肉 11ングとトロイダル儀場コイルの聞の空間の多くを占有するためポロイダ

Jレ飯場コイル混度制御層等の設置スペースを制約してしまう第 39表の結果からわかる様

に備強リプを取り除いた場合でも許容応力を下回るため装置全体の設計を考えた場合補

強リプは取り除いた方が有利と考えられる

また鞍型電儀力用のダッシ 2 ポットはそれを取り除いても発生する震大応力強さ及び

応力強さの分布にほとんど影響を与えない為計調ij用ポート等への空間利用を考慮すると取り

除いた方が有利である

pが 50 msec より短い場合は代表例として Case1及び 5について τP 1 msec

1 0μsecの湯合の応力評価を行った nが 1msec 以下であると電磁力としてはrase(7)

Cが録大となるここで電流値はトカマタ回路論の値を用いた結果は第 311表にまとめり

れているがこれからわかる織に p=lmsecであれ」まCase1では許容応力強さを僅かに下

回るが Case5 ではこれを上回るしかし pが 1rnsec程度以下になると真空容器に

誘起されるループ電流がMAのオーダーとなるため第 39表に分類した鞍1電流電磁力ル

ープ電流電磁力以外にも無視し得ない大きさの電磁力が様々な形で真空容器に作用する i~計算及びモデノレに含まれる誤差を考慮するとCase 1においても p= 1 msecでも発生す

る最大応力強さは許容応力強さを上回る可能性があると思われる

一19ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Table a 1 laquo pound t t ( U S ) Boundary X y z e

X e y e z

O-P-Q 1 0 0 0 I 1 O-R 0 I 0 1 0 1 Q-T 0 l 0 1 0 1 R-S-T 1 0

0 0 I 1

O-T a re shown in F ig A-1 0Free 1Fixed

Table 1 2 g pound f C ltfc SJSPflfpound$

Case 6max ( m m ) a max (kgmm^)

Case x y z

a max (kgmm^)

1 13 -17 27 126

2 -14 -19 -36 130 3 bull 27 -35 -63 172 4 - 4 -19 -35 84 5 -27 -35 -63 129

Table 33 K pound ts Id X 6 ISA-W BBS^ffi ic J 3 pound ltt B W raquoikK

2 (kgmm )

Case al deg2 deg3 deg l + 0 2 + a 3 degt 1 08 16 79 103 112 2 09 14 79 102 125 3 18 33 79 130 165 4 25 13 22 60 79 5 48 38 22 108 123

a Stress in toroidal direction computed by FEM

-20-

JAERI-M 8017

Table 3 1 境界条件(真空カ)

Boundary x y z 日 o y

x z

O-P-Q l o l l

O-R O 1 l O 1

Q-T o l 1 l

R-S-T 1 l l

O-T are shown in FigA-1 OFree 1Fixed

Ta b 1 e 3 2 真空力による応力解析結果

Case 占max (mm) maxx Y z (kgmm2)

1 13 -1 7 27 126

2 -14 -1 9 -36 130

3 27 -35 -63 172

4 ー4 -19 -35 8~

5 -27 -35 -63 129

Table 33 真空力による応力一有限要素法による結果と解析解の比較

Case

1

2

3

4

5

kqmn2

01

O2 3 01+ロ2+

03 t08 16 79 103 112

09 14 79 102 125

18 33 79 130 165

25 13 22 60 79

48 38 22 108 123

O~ Stress in toroida1 direc~ion computed by FEM

-20-

J A E R I - M 0 1 7

Table 34 $ amp t t (ScSffiflBfl) Boundary X y z 9 X e y 6 z

O-P-Q 0 l 1 1 0 0

R - S - T 0 l 1 1 0 0

O-T are shown in FigA-1 0Free 1Fixed

Table 35 K S S i s C euro ffi laquo SiE n laquo sectpound raquo pound i 6

Case Plasma Behav io r

A C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s g e n e r a t e d )

B C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s n o t g e n e r a t e d )

C C u r r e n t shu t -down p h a s e

( w i t h o u t d i s p l a c e m e n t )

D C u r r e n t shu t -down p h a s e

(wi th inward d i s p l a c e m e n t )

E N e g a t i v e s p i k e

F P o s i t i v e s p i k e

Table a 6 gffiggicjKnsi-TfcaiE copyn^ffi^s^tt

Case A B C D E

T (msec) - - 50 1 0 0 1 50 1 0 0 1 - -Max l o o p c u r r e n t (kA) 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

607

1471

Max s a d d l e shyl i k e c u r r e n t (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

25 51

v

n mdash 3 k v

raquo By Tokarook Circuit theory

-21-

Case

A

B

C

D

E

F

JAERI-M 017

Table34 境界条件(鞍型電磁力)

Boundary

O-P-Q

R-S-T

O-T are shown in FigA-l OFree lFixed

Table 35 真空容器に電流が流れる場合の定義

Plasma Behavior

Current build-up phase

(plasma current is generated)

Current build-up phase

(plasma current is not generated)

Current shut-down phase

(without displacement)

Current shut-down phase

(1iI th inward diplacement)

Negative spike

Positive spike

Table 36 真空容器に流れるループ電流鞍型電流の最大値

Case 且 B c D

τp (msec) 50 1 001 50 1 001

Max 1ロロPtkA current (kAI 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

Max sadd1e-1ike current (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

L

vns3kv By ⑦okamak Circuit theory

-21ー

E

合

1471607

51 食合25

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 37 K i t i S l C J S l S A S S r i i (Case 1)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

A 25 032 083 64 B 46 -060 -084 109 C 13 -019 -030 31 D 21 -030 -046 47

T a b l e 1 8 regleuroffiKLJSJEA(SyenlaquoTife- ( C a s e D)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

1 21 -030 -046 47 2 22 -032 -049 54 3 21 -031 -047 50 4 19 -030 -046 60 5 18 -029 ^-044 56

JAERI-M 8017

Table 37 鞍型電磁力による応力解析結果 (Case 1)

Case Omax

(mm) ロmax

x Y z (kgmm2)

A 25 032 083 64

B 46 -060 -084 109

C 13 ー019 ー030 31

D 21 ー030 -046 47

Table 38 鞍型電磁力による応力解析結果 (CaseD)

Case 占max (mm) c max

x Y z (kgmm2)

1 21 -030 -046 47

2 22 -032 ー049 54

3 21 -031 -047 50

4 19 -030 -046 60

5 18 -029 -044 56

-22-

J A E R I - M 8 0 1 7

Table 39 R I I 8 A S raquo gt - bull 5 h R t f S S I i ^ T - A raquopoundf tK ( ton )

Case Dash-pot Vacuum vessel support arm Case Upper Lower Upper Lower

Case

F l Fl- F 2 F 3 F 2 F 3 A 111 -119 -197 56 -203 62 B 96 -102 -302 20 -307 -27 C -07 07 -62 -20 -61 18 D -09 08 -98 -27 -98 25 B -325 37 -333 -48

-96 -29 -96 26

w i t h o u t d a s h - p o t

Table a i O IT y bullgt= y ^ t t l gt l ^ laquo ) I laquo f S S

Case 2 a (kgmm ) max ^ Case With dash-pot

Without dash-pot

B 109 108 D 47 49

JAERI-M 8017

Table39 鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アームの支持反力

( ton )

Case oash-pot Vacuum vesse1 support arm

Upper Lower Upper Lower

F1 F1 F

2 F3 F2 F3

A 111 -119 -197 56 -203 62

B 96 -102 -302 20 -307 -27

C -07 07 -62 -20 -61 18

D ー09 08 -98 -27 -98 25

B -325 37 -333 -48

D 由 96 -29 -96 26

without dash-pot

Ta b I e 3 1 0 ダッシュポットのない場合の解析結果

Case max (kgmm2)

With Without

dash-pot dash-pot

B 109 108

D 47 49

-23-

Table a 1 1 ampjjm

2 (kgmm )

Case degv degs deg1 degt m b m b P (msec)

Case degv Isadl (kA)

loop (kA)

degt m b m b P (msec)

i-t 94 55 107 420 13 9 214 306 50 i-t 94 62 121 1190 37

9

252 344 1

i-t 94

65 126 2660 83

9

303 395 001 2 104 75 143 420 44 90 291 381 50 3 126 62 118 420 53 90 297 387 50 4 56 75 143 420 24 267 223 490 50 5 78 62 118 420 33 267 229 496 50 78

70 133 1190 93

267 304 571 1

78

73 139 2660 207

267

424 691 001

obdquo Stress by vacuum pressure 0 Stress by saddle-like eddy current o-i Stress by loop current a Stress by thermal expansion of rigid ring

応力評価Tab I e 3 1 1

十『〉回国国

lginfin

白

戸

叶

今

(kgmm) 戸ー

Case Ov Os 01 Ot Pm+Pb Pm+Pb+Q

Isadli IloAo p (msec (kA) (k

l 94 55 107 420 13 9 214 306 50

62 121 1190 37 252 344 1

65 126 2660 83 303 395 001

2 104 75 143 420 44 90 291 381 50

3 126 62 118 420 53 90 297 387 50

4 56 75 143 420 24 267 223 490 50

5 78 62 118 420 33 267 229 496 50

70 133 1190 93 304 571 1

73 139 2660 207 424 691 001

INAP--

v Stress by vacuum pressure

05 Stress by sadd1e-1ike eddy current

Ot Stress by therma1 expansion of rigid ring

01 Stress by loop current

J A E R I - M 8 0 1 7

TJinnniwK

(Case 1 reg0H V 4 1 )

MWWJUUK -i

Fig3 2 Kpoundtcltfc3 t fo4 ^ B f B ^ f i raquo (Case 1 IJfiJ y^ f f l )

t nnnnnrmnik

Figa 3 J I S I C j S n f ^ B r f f i g f t t t f t (Case 1 ^ D - X 4 1 )

-25 -

JAERI-M 8017

叩MMIyenJyenJt

tmm

34 Fig31 真空力によるポロイダル断函変位分布

( Ca se 1 厚肉リング中央)

r

阿川町~----~

tmm

Fig 32 真空カによliポロイダル断面変位分布

(Oasel厚肉リング端〉

nnnnnnnn ~ fyenJIIIJUIJyenIlII一一一

tmm

r判ヘFig33 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Caselベローズ中央)

-25-

J A E R I - M 8 0 1 7

MAJIIWUIPC

5klaquotimP

Fig 3 4 pound ic J 6 IB tl copySfe raquo

(Case 1 - c o - Xfg 1 Uj)

[UUinAAAAPpZ 1 2mm

Fig35 X ^ i l C i S ^ n ^ ^^raquorffi^fi[raquoflj (Case 2 - so - Xreg 1 0J)

iwnnnnnnifc J _ t 1 3 2 mm

Fig3 6 nQtHCZZ a 4 ifngtmm$Qftl6 (Case 3 a - X 1 til)

- 2 6 -

JAERI-M 8017

nMJUWUyen1

Fig3 真空 力に よる 応力 の強 さ分 布

CCasel ベローズ第 1山)

ShOh聞が

一

一-yhellip~J J 2円前ト

rベミヘFig35 真空力によるポロイダル断面変位分布

CCase 2ベローズ第 1山)

一一J側一~ ] 白戸

F 〉へFi g3 6 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Case 3ベローズ第 1山)

-26-

J A E R I - M 8 0 1 7

iwuuwnnK

2x10 Am

Fig3 7 mmnmXd ^HamptfOTfrflJ ( Case A)

hnnjinnnniz

2x10 Am

Fig a 8 I I I I ^ M 50npoundcopyraquof r (Case B)

hAIMUlAJ^

2x10 Ahi

Fig 39 laquoSlaquoaiEtf n 4 pound copy (Case D)

- 2 7 -

JAERI-M 8011

lMRIllUWlll

2x10 Alm -

Fig 3 7 鞍型電流ポロイダル成分の分布(Case A)

川馴Jl2x10 Am

Fig 38 敏型電流ポロイダル成分の分布 (CaseB)

阿川2x10 AIm ドー4

Fig39 骸型篭流ポロイダル成分の分布 CCaseD)

-27-

J A E R I mdash M 8 0 1 7

finnnuuuut

F i g a i 0 mreg1gregtlltraquoalt 9Hfa5 (Case A)

nnnnnnnnik mdash J

Fig a 1 1 8 H 1 H 8 A copy cM ^^HHH^i (Case B)

imnnnnwinl J

F i g a i 2 i S t laquo A laquo o - ( ^^^rf i lcopyraquo (Case D)

- 2 8 -

JAERI-M 8017

問剛山k

Fig310 鞍型電磁力のポロイダノレ方向分布 (OaseA)

fyenflJUyenIU1JUU1

Fig311 鞍型電磁力のポロイダル方向分布 (OaseB)

山肌川弘

Fig312 敏型電磁力のポロイダル方向の分布 (OaseD)

-28-

-62

-

3

TO m m a- 9 ~r

0 -V

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35

24

KkA) Case |

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I刻 現E

56kA 49kA 18kA

A一ーCaseB--Ca田 A--CaseD

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4

3

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M由1

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direction

Rigid

Toroida I

x

鞍型電磁力のトロイダル方向分布 CCaseA B D) Fig313

鞍型電依力のトロイダル方向分布 CCase 1-5) Fig314

JAERl-M reports issued irregularly describe the results of research works carried out in JAERI Inquiries about the availability of reports and their reproduction should be addressed to Division of Teclinical Information Japan Atomic Energy Research -Institute Tokai-mura Naka-gun Ibaraki-ken Japan

この報告書手は 日本1Jl(-f力研究所が JAERIM レポートと Lて不定期に刊行Lている

研究報告書です入手複製などのお問合わせは日本原子力研究所技術情報部(茨城県

邪珂郡東梅村)あてお申しこ Lください

JAERIM reports issucd irregularly describe the results 01 同国~arch works carried out

in JAERI Inquiries about the availability 01 reports and their reproduction should be

addressed to Division 01 Technical Inlormation Japall Atomic Energy Research目Institute

Tokaimur3 Nakagun lbarakikcn Japan

JAERI-M 8 017

J T - 6 0 JESSgOJSraquoIBlaquof ( B W ^ v a ^ g i a ^ f f g - - 6 2 )

C 1 9 7 8ltf 1 1 n 2 8 BfS )

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^ C S i t f t T t d f ^ 1 ) ^ 4 0 ~ 7 0 laquo raquo ^ n - X Z 0 ~ 2 5 raquo raquo gt o pound Sireg J 7ampU 1

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jAERI-M 8017

jT-60真空容器の応力解析

(臨界プラズ 7 試験装鐙設計報告 62)

日本原子力研究所東海研究所大型卜カマク開発部

高津英幸清水 正盛山本 正弘太田 充

( 1 9 7 8年 11月28日受毘)

本報官警は現在京研が進めている JT-60の真空容認の設計のうち著者が行なった応

力解析についてまとめたものである解析は詳細設計における真空容器を基本構遊に考え更

に3空機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉 I)ング及びベローズの板l享をパラメトリッ

クに変えて行った(厚肉リング 40~70 1l1lベローズ2 0~ 2 51111) また補強リプ及び

鞍型電舷力用ダッシュポットの除去の可能性更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短

い湯合の検討も行った

解析結果によれば検討した構造パラメータ範囲内では補強リプがない権造でも最大応力

強さは許容応力強さを下回り二次応力に比較的余裕がある事を考慮するとベローズの板厚は

厚い方が安全率を高くとれ厚肉リングの板厚はそれ程影響を与えない事更に鞍型電儲力用

ダッシ a ポットは取り除いても強度的に影響ない事がわかったo またプラズ 7 消滅時定数

が 1msec以 Fになると長大応力強さは許容応力強さを上回る事がわかった

JAERI-M 8017

Stress Analysis of the JT-60 Vacuum Vessel

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Development Tokai Research Establishment JAERI

( Received November 28 1978 )

Stress anlysis of the JT-60 vacuum vessel is reported in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm and bellows thickness 20-25 mm for the structure in detailed design The needs of stiffening ribs and dash-pots against the electromagnetic forces are discussed and also integrity of the vacuum vessel in plasma disruptions with time constant shorter than 50 msec

Calculations show that the maximum stress intensity produced in the vacuum vessel is below the allowable one even without the stiffening ribs and dash-pots And the larger the bellows thickness the higher becomes the safety margin thickness of the rigid ring little influences the stress intensity

In plasma disruptions with time constant shorter than 1 msec the stress intensity exceeds the allowable one

Keywords Stress Analysis Vacuum Vessel JT-60 Tokamak Bellows Electromagnetic Force Plasma Disruption

II

JAERI-M 8017

Stress Ana1ysis of the JT-60 Vacuum Vesse1

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Deve10pment

Tokai Research Estab1ishment JAER工

( Received November 28 1978 )

Stress an1ysis of the JT-60 vacuum vesse1 is reported

in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm

and be110ws thickness 20-25 mm for the structure in

detai1ed design The needs of stiffening ribs and dash-pots

against the e1ectromagnetic forces are discussed and a1so

integrity of the vacuum vesse1 in p1asma disruptions with

time constant shorter than 50 msec

Ca1cu1ations show that the rnaxirnum stress intensity

produced in the vacuurn vesse1 is be10w the a11owab1e one

even without the stiffening ribs and dash-pots And the 1arger the be110ws thickness the higher becornes the safety

margin thickness of the rigid ring 1itt1e inf1uences the

stress intensity

In p1asrna disruptions with time constant shorter than

1 rnsec the stress intensity exceeds the a11owab1e one

Keywords Stress Analysis Vacuurn Vesse1 JT-60 Tokamak Be11ows E1ectrornagnetic Force P1asrna Disruption

J A E R I - M 8 0 1 7

ft

1 12 U A (C 1

2 ft laquoT ft 3

2 1 laquoW( 3

(i) m9r-f-amplktf-Traquo 3

(2) bull-lt bull mdash X - + - hcopy- r Mb 5

2 2 (Wff^lBamptfff i f f l^o^^i 6

3 ISWfeSamptf^^ 1 2

3 1 S J 1 2

(1) laquoyen0T bullbulllaquo 1 2

(2) i laquo T t e amp t t s t 1 2

32 copy a m laquo pound 15

(1) P S r f J l 1 5

(21 S t ^ t t 1 5

(3) WftampWLamptffcM 1 6

a 3 (S tlWU 1 7

(1) 7 X i S ) | i 5 0 m s e c laquo T t ( f i laquo i O i | laquo gt raquo 2 f S - M O f a i ) 17

(2) i s A i F a 18

4 fcgt 0 C 3 4

HE 3 5 f t i l HfcTcSK) y raquo c ^ I I D 7 Afflf y- v h bull -- -rgtlt 3 6

ttSU MARS-MES Affl73XS7degD 7 A I G amptfSUPERPOSE copy

4 bull h -7mdash i T ^ 44

ftSin THREEDI Jktf I G fflV-x bull M h 47

lil

J A E R 1 -M 8 0 1 7

目 次

1 はじめにhelliphellipH H H M H helliphellip-hellip I

Z 解 析手 法 helliphelliphelliphellip-hellip目H H -hellipM H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

21 解析手法 一H H helliphelliphelliphelliphellip-一一hellipM ldquo H H 一一一一hellip 3

(1) 解析手法及びモデル ー-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Ehellip H 目 3

(2) ベローズサポートのモデル化 hellipH hellipM H -ーhellipーhelliphellipー 5

22 解析手1頃及び使用プログラム helliphelliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphellip 6

3 解析結果及び検討 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip u hellip一-helliphelliphellipH helliphellip 12

3 真空力 helliphellipH -hellip一 helliphellip-helliphelliphelliphelliphellipH 12

(1) 解析モデル H H helliphelliphelliphelliphellipM hellipH hellipーhelliphellip 12

(2) 解析結果及び検討 H -hellip一H H M -helliphellipM helliphellip 12

32 鞍型電般力 hellip-helliphelliphelliphellip-helliphellip hellip- hellip 15

(1) 解析モデル ーhelliphelliphelliphellipH helliphellip-hellipH 日刊 15

(2) 荷重条件 hellipH helliphelliphelliphellip helliphellip-hellipH -helliphelliphellip 15

(3) 解析結果及び検討 helliphelliphellipH -helliphelliphellip一helliphellip-helliphellipH 16

33 応力評価 H helliphelliphelliphellipH M -helliphelliphellipH helliphellip-hellip 17

(1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した場合の真空写器への電舷力 helliphellip 17

(2) 応力評価 helliphellipH -hellip-hellipH helliphelliphellip-helliphellip一日helliphelliphellip 18

4 お わ り に hellipH -hellipM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliplsquohelliphellip 34

参 考 文 献 helliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip-helliphellip 35

付録 I 三次元自動メッシュ分割プログラムのインプット 7 ニ aアル helliphellip-hellip 36

付録 II MARS-MES入出力支援プログラム rG及びSUPERPOSEの

インプットマニュアル hellip H H M -helliphellip一helliplsquoH H hellipM helliphelliphellip 44

付録皿 THREEDI及び IG のソースリスト hellipH H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip日 47

111

J AERI-M 8 0 17

Contents 1 Introduction 1 2 Analysis procedures 3 21 Analysis procedures and model 3 22 Model of bellows support 6

3 Analysis results and discussions 1 2

31 Vacuum pressure 12 (1) Analysis model 1 2 (2) Results and discussions 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current- 15 (1) Analysis model 15 (2) Load conditions 1 5 (3) Results and discussions 16

3 3 Stress evaluation 1 7 (1) Case of plasma disruption with time constant

shorter than 50 msec 17 (2) Stress evaluation 18

4 Conclusion 3 4 Acknowledgement 3 4 References 3 5 Appendix I Users manual for THREEDI 3 6 Appendix II Users manuals for IG and SUPERPOSE 4 4 Appendix III Source lists of THREEDI and IG 4 7

iv

JAERI-M 8011

Contents

1 1ntroduction hellipH H hellip H H H H H H H H H hellip 1

2 Ana1ysis procedures H H H H H H H H H H H hellip 3

21 Ana1ysis procedures and mode1 helliphellip H H -helliphellip H H M H hellipH 3

22 Mode1 of be110ws support H H hellip H H hellip H hellip H H H 6

3 Ana1ysis resu1ts and discussionsH H H hellip H H H H H H 12

31 Vacuum pressure H H H H hellip H H H H -hellip12

(1) Ana1ysis mode1H H H -helliphellipH H -hellipH H H H hellip 12

(2) Resu1ts and discussions H H H H H H H -hellip 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current 15

(1) Ana1ysis mode1 H H H H H H H H hellip H -hellipH hellip 15

(2) Load conditions H H H H H H H -helliphellip H -hellip 15

(3) Resu1ts and discussions hellipH H H H H H H - 16

33 Stress eva1uation日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip hellip helliphelliphellip日 hellip日hellip日helliphellip hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellip山hellip hellip hellip hellip hellip hellip日hellip日hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellipリhelliphelliphelliphellip 17

(1) Case of p1asma disruption with time constant

shorter than 50 msechelliphellip一H H H H hellip H H H H 17

(2) St~ess evaluation H H H -helliphellip H H hellip H H hellip 18

4 Conc1usion H H H ~H M H HH H-helliphellipH HH H H 34

Acknow1edgementH H H H H H H helliphelliphellipH H H helliphelliphelliphellip 34

References hellip日 helliphelliphellip日hellip日ldquohellipldquohelliphellip日helliphellip日hellipldquohellip日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip日hellip日hellip hellip日hellip hellip 一川hellip hellip日hellip hellip口hellip hellip hellip日helliphellip日hellip hellip日hellip 日hellip日リhelliphellip川hellip hellip リhellip hellip日hellip hellipH H 35

Appendix 1 Users manua1 for THREED1helliphellip-helliphellipH H H hellip H H 36

Appendix 11 User 5 manua1s for 1G and SUPERPOSE H -helliphellip 44

Appendix 1工工 Source 1ists of THREED1 and 1G helliphellip H H hellipH hellip 47

IV

J A E R I - M 8 0 1 7

1 laquo i tb lt

laquo f i issfcmsi77 x ^ a i s s i ( J T - 6 0 s i iiaciftittialaquo-^t-) amstzm

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W I K S S amp c i a J T - 6 0laquos$Hcopy jE j raquo f f ^ l i JS i c f g2 f$ t tTO5as ^ c t - l i ^ deg - laquo i pound i t f x J I pound t t laquo c s amp - f 6raquo r - f f iampraquocopy i l i npound f f l i l ^fflW^raquoHr-ltraquoAisiS6ltt ^ S f i l f i - ^ n - c i ^ o 8 sect S laquo laquo laquo i l 4 6 r ^ 5 J T - 6 0 laquoSyen^ff l iS t t^Wcopy-5 gt c copy f - t t f f l o r g ^ T o f c i S A f raquo t f f copy S i gt - o ( ^ r t t f c f c f f l T o ftic - f c i e ^ o i a

iE-t laquo SSSlCft f f l - r5laquoSamp0 KSeurof lSf tWlt1-copylaquo-a^fellaquo^ CASME Sec-IE cffiiM-ipoundASFlaquolaquo-fT9o CLT- l iS f f lo iS t t^ f f l lt - Klt pound f L r I ft j y amp y^o-x-copyftcjg^7y MJ bullpoundmAxmVTampfti Sfcjalaquoj ^Ao^smfiaAfli^ bully bull tf bull h-amp0lamplt ajff ittfcjt l^ Ufco g i c 7deg 7 X ffiSSlWf poundraquo)lt 5 0 msec i O H 1

I g amp i O t t ^ t i f T - j t l ^ o f L t reg 4 S t 4 f t ^ J t t f ) 5 SIC t t S C i t ( f t f t I 0 t H R j c S f t S S M ^ D y ^ i C THREEDI ) Vgt4 yf ~J ^ - 7Jiamptf V ~ 1 x ^ S f t t S

- 1 -

J A E R 1 -M 80 1 7

1 はじめに

現在1点研では臨界プラズ 7 試験我慢 (JT-60第I1図に鳥峨図を示す)の建設を進

めており一部のコンポーネントは既に製作段階に入っているプラズ 7 閉じ込め111の真空写l1L_ _ gt_ __ 12)

~に闘しでも各極 Ramp t5 及び詳細設計に 1まいた最終的な設計段階にありプラズ7 挙到J や装

l~ 全体の取り合い等の検討も含めた総合的な設討を進めている

J T -6 0の真空宇李総の僧造は既に多くの報告があるがベローズとJ京肉リングという剛

性の非常に異る権造物が交互に配列されてドーナッツ状の兵士g~辛器を形成しておりまた非円

形断面を街し外荷重として趨高奥宅による大気圧奥ltlJ) 各符電舷力が作用するうえに

MJ温 (400C)運転による熱膨脹も考慮せねばならずその設計には特に慎重さが要求され

る

有限要素法による ]T-60真空脊器の応力解析cf-t~It既に報告されているがそこではベローズ機遊を直交異万性板に置換する事で節点数の鳩加を抑え実用的な時間で計算が可能と

なる様計られている本報告書は現在進めている JT-60真空奔器の設計検討のうちこ

の手法を用いて著者が行った応力解析の結果についてまとめたものであり特に一次応 Jのほ

とんどを占める真空力と鞍型電依力による応力に着目した検討を行っている尚著者が行っ

た検討はこれとは別に製作飽当メーカーで行っている応力解析の純果のクロスチェックに資

すると共にプラズ 7 パラメータやプラズ 7 計調Hへの近接性の向上を目的とする設計変更を

償鋭的に行え得る機そのバッタデータを得る事を目的としている

以 F第 2苦言では本応力解析に用いた手法の実際の通用について述べ更にモデル化及び使

用プログラムについても触れる第 3章ではt1空力及び鞍型電般力に対する応力解析結果を

述べ真空努器に作用する真空力及び鞍型電依力以外の各種荷重も考慮して ASME Sec皿

に縫いた応力評価を行うここでは実機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉リング及

びベローズの仮l手をバラメトリックに変えて解析を行いまた補強リプ及び厳型電舷力用ダッ

シ a ポットを取り除く可能性も検討した更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短い

場合の検討も行っているそして第 4章で全体をまとめる更に付録に本解析で使用した三

次元自動要素分割プログラム (THREEDI)等のインプット 7 ニ a アJレ及びソースリストを i 添付する

-1-

JA

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80

17

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3 H

I U

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-0 bullo

C

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11 M

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rH

rH

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I 11

bullH

3 6

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bullH

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bull0 T

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pound E z w

O

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』

〉

開

何

回

Iginfin口同叶

llToroidal Field Coil

21Poloidal Field Coil

31 Vacuum Vessel

41Vacuum Pumping System

51Support Structure

6 1 ~Iagnetic Limi ter

71Movable Limiter

自 NeutralBeam町長ctorl

ゐ

JT-60本体の烏敵図Fig 11

J A E R I - M 8 0 1 7

2 m VT yenbull amp

21 raquolaquofa

(1) raquolaquoT-ftampgtf ^

ofcbdquo i C t l i 5fe-fSgHregltD-5CgI5^^titlaquolffi^BiJtt^W-rSiIlaquoSittS(CE^

i o t ^plaquoT-triraquoe^c^^ttSreg-^ y bJkaamptiSrXtbz^mvampo Hfflwcii ^ o - x - reg 0 i 4H|ampcfSiff ioiSAfflb^t h ^o-x-regi i i icraquoofcff l j tEAraquoj i tffiigt4i iSAreglaquoffllaquoajcopyiiSBic4i5laquo-^nif euroregipoundregfsigpound e4t|5src

ftfcM5ttfficopygfipoundJireg^n-XraquoffC|gLTcopylaquoampfrlt-f Samp-t9 -ltn-xfflcopy

Bgt ft poundraquocopyamp ( RttKcopypoundfipound ) tgta$raquofcopylttpoundsect95pound-f 3reg(i ftic^n

-xcopyiraquocflreg^t6s^secti^laquolJ i i fe(-for i i Llt euroic-copyplaquofr-ii)SlaquofM^copylaquoJ laquot ttiiamplt-fetf 5 pound(copypoundbull ftasffig-p^ HIScopylpoundH-^^copyigifflBicg| briiP^ffl

(i) ^n-xffldjr-ii

plusmn 6 h 6

1 ltgt = ( i + mdash J laquox plusmn mdashr M X plusmn

x + b b h U) 1 lt = a v + M V

M x y

h 2 b v f)

- 3 -

J A E R 1 -M 80 1 7

2解析手法

21 解析手法

(1l 解析手法及 Jモデル

真空容器の応力解析は既に報告を行っているベローズを直交異方性板に置換する手d~と依ったここでは先ず真空容器のベローズ部をそれと等価な剛性を有する直交異方性板に置換

しこれと真空容器厚肉部の等方性シェルとを組合わせて時全体解析を行い厚肉リングと

直交異方性板の変位及び応力を求める更にベローズの局部的な応力を求める局部解析に

J3) _ _ ~ t は応力変換式による方法と ス~ ク L よる方法があるが本解析では前者を用いた

前者は異万性板のモメン卜及び応力とベローズの応力とを物理的に対応づけた応力変換式に

よって全体解析で得られた異方性板のモーメント及び応力を求める手法であり実用的には

ベローズの山中腹及び谷部の応力値しか求まらずベローズの山に沿った詳細な応力分布は

求まらないが応力の最大値は山の頂部に生じる事を考えればその手法の簡便さから非常に

実用的な解析手法であると云える一方後者はベローズの局部を取り出し全体解析で得ら

れた異方性板の変位を局部ベローズ解析に際しての境界条件とする手法でありベローズの局

所的な応力分布が詳細にわかるという長所はあるが計算機管億の制限から数少い節点数で得

られた全体解析の結果(異方性板の変位)から局部解析の境界条件を設定するのは特にベロ

ーズの嫌に曲率の変化が大きい構造物において難しく更に一回の解析では本解析対象の様な

復維な権造物における全体の応力分布が把鍾できず実際の設計等への適用面に関しては問題

がある

ここで用いた応力変換式は以下の通りである

(j) ベローズの山では

t ax ( 1平千)ax 土手 Mx x 下手τ(h2 bw -十)

ム bht az 一一 a+ 一一一 M

bw

1

1

3 t xy + ーで一一 xy

-3-

J AER I - M 8 0 1 7

Ql) ^a-XCDtpmr-li

+ 6 31 m = plusmn mdash - M x + mdash mdash p

t b w t

m ^ j = 2 - y b w

m r - = r x y + - mdash r M x y

i a -XtDampTtZ

gt - ( 1 plusmn 6 h

x plusmn mdashT M x h 2 b

b j j = b h

b w I

xy 2 M x y

1 I $ copy i l f f pound|amp1 2 JScopyi i f f^ ( f i l t laquocopyf t^^ l6 ] (C | t i c r5^ |6 l x = H^te tScopy bull =f ^pound|6] y g pound t t laquo t f f l o 4 -JIgt|6]

t D -XOjfflJlJiOffiH m -ltbull - X + m J amp g b ^ o - X S f f l f i i + - n - X ^ g f i - ~ o -Xf^g iB

4 f c pound2copypoundf(iifccopyStapoundR|-gt-fo h ^ o - x - i i i g copy - ^ ^ t ^ a - x f i i b^ a - X t f - ^ I ( ^ D - x l tdeg raquo -fcopyHft )

- 4 -

J A E R [-M B 0 1 7

1) ベローズの中腹では

占 6 31 mσl~ 士一一ァ M干 一一一一て-p

t bw t

ム bπl t12~ 一一一一一rJ

bw (2)

y

x

M

37

十Vd

x

T

士

τ

m

iD ベローズの谷では

b rJt (1土子)σx土手 Mx士(示 (h2bw --+-)

b bh b ltl2

x一一- rJ 一一一 Mbw

(3)

VJ

X

M

+

y

T

士T

但しここで左辺の添字は各々以下を意味する

1 波の進行方向

2 波の進行方向と板の法線方向に直交する方向

x 異方性板のトロイダル方向

y 異方性板のポロイダル方向

ベローズ山の頂上の位置

m ベローズ中腹 J位置

b ベローズ谷の位置

+ベローズ外表面

ーベローズ内表面

また右辺の記号は次の諸債を表わす

h ベローズ山高さの半分

ベローズ板厚

bw ベローズガース長(ベローズ 1ピッチの実長)

-4-

A E R I - M 8 0 1 7

b ^ a - X tdeg -j f-

I lt o mdash xffi H mdashltK mdash i y tBL c CT-ftEp copyifplusmnreg 2 1 l2(-fSltc laquo3 ^ ^ -7 deglaquoM ilt f f i gt3reg llaquoC^D-7 [ f i

(2 p = 0 T- amp 5 bdquo J T - 6 0 f f l laquo $ g g | i i 2 4 copyIf ft J y t U ^ f f J f - f T ^ a - XAlaquo^ 8 ^ pound Steffi ij

pound IT h - 7 X-frjfcgg U l ^ fffiJ y plusmn 6 0deg-te 2 H 0deg -b 9 9 6 ltr gt pound fig 4 6laquo fraquolaquoT-e(ilaquoKWiclaquot0B8c L i 6 0 deg ^ laquo t l i L raquobulllaquo x ^ampf l f 2 2 g U c ^ f bdquo f ^ l i f l J icopy t^ t t ^ i= ) b o 4 ^ - ^ r a c f i l p f t J y ^6 0deg-te 9 ltpoundgtampamplt a - XSB ^ f t ASgtipound0 deg 4 ^ r f i ( i poundcopylaquobullpoundbull t ( j S c f i F ) pound t f f f l l 8 0 deg ( amp laquo laquo copy laquo pound -0 3 6 0degT 5 o

m bullbullgt bull bull I - A ^ K y ^ - t U T f i t t s t i gicff-fflij g f laquo t t f t f A t yen a S f f l amp f f l - hficopy|laquojfLa5-5o laquo r 4 - K i f t S S ^ C f t 1 5 0 o l i c t f i S 6 0 0m

raquo f t J y^ l iSSt t -C l i f f i l f 4 0 laquo B T 0 T^JfcffisSJ ^ c i ^ t i S S f t t i ^ T MSS J ^ ( i K S S i l copy M laquo i L t ^ i a s a i l ^ f t t L T O S poundyeng ( 9^ -e 1 0 0m i t l i t 1 6 0laquolaquoffl|5$laquorWr5fclaquo) pound 1 1 i C gt f t 5 8 i K S S S t h o 4 2uKi|3 -lt ^poundcopyfscopy3ncopypoundlt ampL o -r c^ iJ ia - i ^ fiKfflfa)ilaquocopyiaix^-xsij filti^ ^ctlS4ff-c-(i z 2 i a c r s i g t t c i q ^ r ccopyfifreg y rs-JROlfcoT If ft y y ^ f t c ^ a - x reg reg a ^ ^ 7 ^ n raquo cgxfcig-S-ic-ooTolt fP^fTt 1 filBj ^reg^4 f f lBJ i6 t tcopy^W fT9o E C copy I SfSAffl bullltbullgt a bull - hcopyl^plusmnfflHJtettfelttW

8yenT Vtzmamp7raquoltamp 2 1 R I - 4 i t o ^ t l S o C C t i B J 7 (i Case 1 copya-l-fltJtlcS

(2) ^ n - X bull - 9 - - h ffl^rMfc 2 2 r a f f l f H C J f t t t 5 g i ^ D - x i i ^ r reg ^ n -f ^ A-tt f f icQMSiefcOT

jgft y y^rtff iA^jio a L f c f - i i u T-c^jf $nro5o c w i J T - e oreg^ agn)Klaquo^D 4 ^^rns^-f LT^sfcA laquotlaquoJii-cesrgtrHiittttreghlt^n-x alaquoa(regz2ia4iregD-Fa5= ast o^ -nffiififflfiEii^-rA-Gregiaf-(iS22 0 c

ampkltDX-amp6o U^ L C copy pound f e - A ( i IC-lt a - ^ i M L t ^ n - XcopyFlt3(ffl^copyg0amp

- 5 -

r A E R I -M 8 0 1 7

b ベローズピッチ

ベローズ断面二次モーメン

但しごこで外圧 pの長は第21凶に示す様に真空E力や Jレープ電流電般力の様にベローズ面

の法線町向に作用する外力に対する矯正項であり鞍型電流電依力の様に|直交巽方性板の法線

方向に作用する外力は既に全体解析で反映されているから局部応力を求める変換式において

は p=O である

JT-60の真空寄器はセクタ型の厚肉リングと U字形平行ベローズが各々 8ケ交互に配列

されてトーラスを形成している厚肉リングは 600

セクタ 2ケと 4dセクタ 6ケから成るが

本解析では強度的により厳しい 600

セクタを対象とした解析モデJレを第 22図に示すモデ

O

Jレは構造の対称性からトロイダJレ方向には厚肉リング 60セクタの半分及びベローズ部の半分

から成りポロイダル断面は真空力 JJt号合仁(或は下)半分の 18 00

bull 鞍型電依力の場合一

周 36 00

である

真空容器ーにはこれ以外に補強リプベローズサポ - ~真空容器支持アーム鞍型電磁力

用ダッシュポットが強度メンパーとして設置され更に計測排気中性粒子入射容の為の

各種ポート用の開孔部がある各謹ポートは真空容器に約 150本っき巌大で内径 60 0 s11I

であるが詳細設計での検討の結果内径 50 0 Jf1Iのポートが厚肉リングについた湯合でも

真空写器の強度に与える影響は殆んどなく各種ポート用の開孔部の効果は無視し得ると考え

られるので本解析モデルからは除外した

原肉リングは現設計では板厚 4011111であり T字形補強リプによって補強されている Tf

形繍強リプは真空容器の繍強として有効な役割を果たしているが主半径最内周で 10 0 Jf1II

最外周で 16 0 JI1IIの高さを有するため第 11図にみられる様に真空容器とトロイダJレ磁場コ

イルとの聞の空間の多くを占有しポロイダ Jレ舷場コイル温度制御膚等の設置スペースを制

約しているそこで本解析では第22凶に示す現設計に加えてこの補強リブを取り除いて

l享肉 1)ング及びベローズの板厚をパラメトリックに変えた湯合についての計算を行い補強リ

プの除去の可能性の検討を行う更に鞍型電舷力用ダッシ a ポットの除去の可能性も検討

した

解析した構造モデルは第21表にまとめられるここで補強リプは Case1のみに構造に含

まれる

(2) ベローズサポートのモデル化

第221司のモデル図に示されている様にベローズはそのポロイダル断面の直線部において

w-肉リング内面から張り出したビームによって支持されているこれは JT-60の真空容

器が非円形なポロイダル断面を有しているため街震が僧すに従って両11性値の小さいベローズ

白線部(第22凶中のD-F部 o 以後ポロイダル断耐の位置を示すA-Gの記号は第22図に

示す位置を示す)において大きな変形が生じ得る事からその変形を抑えるために設置され

るものであるしかしこの支持ビームは単にベローズと接触してベローズの内側~への変形を

抑える役割しか有しなくベローズの外側への変形に対しては全く拘束力を有しない

一方真空容器に作用する外力としては主なものとして真空力ループ電流電織力鞍

~電流電依力があるが前二者の荷重が全て真空容器に対して外圧方向に作用するのに対し

EU

J A K R [ - M 8 0 1 7

|b]fc(i)ff3 J y iffitft[fni b t f e^Sf t C ffl Uffsffi^ ) tt 5 -poundbull ft ^fei LT

lf^ ) vf^W-n ) y ^ copy pound ^ 8 laquobullgtgtlt L t H l f i J t J i j i LrfFffi-f 3bdquo Ofticopylti5

t c b i gt t t ^ D - x i t D - ^ t f - n i i c g U b t i ^ i i j f i b O WWicfo-or

x- bull D- - h ltbullpound lt pound laquo u laquo o gtx egtfts o

ti) - t o - x bull -y-4- h o ( f i V y^mit W-fa l y7frltb(D7 y Mft tamffiamptr-0 raquo - 4 pound 8 L bulleoipoundliB^ lJy^OV 1iftlit-5 u ( I 2 4 0 copyBBamp7 ~ 1 2 )

fll) ~c o -X bull - hcopy^ bull -Xfflljli ^ n - X CD 3 ffi raquoampamp i f-fTlCfi L O t - A ^

( S 2 4 0 i C ( O g | copy ~ )

OiD fifttigJUi 8amp4ampICraquoJ(C $laquoampcopypound to T t o I- 73Stt ) t LXA^j LmVr^ff

0 o

W) ltliDcopy^J0 M ^ ( raquo S S I copy t t ^ I J i - e 3 laquo ^ ^ copy bull n f t ^ J S I CtetMtt

(V) E e M c f t H ^ f T ^ s |wmiciecopyettbllJ6ffllaquoiAA ffiBltti-Dfcfecopy(CooT(iHy-

laquo Jffl(i)~W)ltampraquo4^fcraquolaquof-JBlaquor 2 2 e s t

22 S t f ^ S t f f f i f f l - ny5A

J T - 6 0 copyJ(^StlcopyJSPff-r b t l i laquoil)raquoWtflffl7D^7 AMARS-MES amp (5)

0 j et t i J-rSA4fiEff l i b t H R j c l i i ^ -y ^ D ^ V A T H R E E D I sfiE(Cfflon bullCfcOlfttteRSfe S t i r OS ft $8gttttktiSMibZt3tiMK1k-ofrltDigktikfrg$Ztizt fcfe7n^7Acopy^iEK(iffb07or7Acopyffgg4-fi-ofco

B i H 5 ^ a ^ 7 A ( C t n - r f f t l c S n laquo pound laquo laquo laquo e i LTIiFf5copykcopyASampsect = (1) lt S I I ( copy S S f l S A laquo M 4 9 n-f J U K ^ J ) copy A (2) f-A|IcopyAA (3) h 7 ampcopyA

(5) S^ttftOJEAffi^amp^D-X^aSJSA^CiE

CltDtpZ-ll)lt2)H)(DregmiZreg UTI2THREEDI copylaquogBICJpb (8)laquoigtlffltts^Ofcj6glaquo4|

laquo A M C 7 D f 7 A I G^fffiKbfco X (5)copylaquoaBliglaquofKcopy7D^7A MARS-

SUPERPOSE (MARS-MES copyttiTfc3JS bullpoundampffllaquolaquopoundpound-fS3poundfT7pn7A )

- 6 -

J A E R [-M 8 0 1 7

後者は第23図に綴式的に J-yenす織に 1つの厚肉リングセクタに着目した揚合 トロイダル方

向にはl苧肉リング中央面を対称而にして左右対称(但し符号は逆〉な分布を持ち全体として

厚肉リングを厚肉リング中央の主半径を中心として回転させる力として作用するいずれの街

電においてもベローズとベローズサポートは単に接触しているだけであり解析において

もこれを筏触問屋重として解く必要がありまた鞍型電銘力の場合の織にベローズとベロー

ズサポートが全〈筏触しない事も考えられる

これらの問題点を解決するためベロ-~とベローズサポートそ第 24 凶に IJ す様にモデ

Jレ化した即ち

U) ベローズサポートの厚肉リング側は ~手肉 1) ングからのオフセット匙と郎併定数とで

メンパーを定義しその節点は厚肉リングのシェルと共有する u (第 24凶中の節点 7-

1 2 )

j) ベローズサポートのベローズ側はベローズの等価安方性依と[gt行に新しいビームを

定義し (第24図中の要素⑫~⑮)シェ Jレとビームの対応節点閣に倭触要素を設ける

(第2 4 図中の要素~)

ii) 接触要素は始めに剛体(軸剛性のきわめて大きいトラス部材)として入力し解析を行

つ

ωGiDの結果より剛体接触要素の軸カが引張である楊合そのトラス材を柔要素(紬岡IJ性

のきわめて小さいトラス部材〉に変更し更に解析を行う

ゆ 更に帥の作業を行うが同時に柔の筏触要素の軸力が圧縮となったものについては再び

剛体に戻す

これを要素変更の必要が無くなる迄繰り返す

以上の (i)~ωを踏まえた解析手 )1腐を2 2 に示す

22 解析手l頓及び使用プログラム

JT-60の真空容器の応力解析に対しては備選解折汎用プログラムMARS-MES 及ー (51

びそれに対する入力生成用として三次元自動メッシュプロタ 7 ムTHREEDIが既に用いられ

ており設計に反映されているが設計検討を進めるにつれ更に幾つかの機能が要求されてきた

ためプログラムの修正或は新しいプログラムの作成を行った

前記プログラムに含まれず新たに要求される主な機能としては下記のものがある

川 分布荷重(鞍型電位力俗気リミタコイ Jレ反力)の入力

(2) ビーム要素の入力

(3) トラス要素の入力

(4) 平行ベローズの要素分割

(5) 異方性板の応力値からベローズ局部応力への変換

この中で(1)(2)(4)の機能に関してはTHREEDIの機能に付加し(3)は汎用性が少いため倭触要

素人力用のプログラム IノGを作成した又(5)の機能は原倒既存のプログラム MARS一

SUPERPOSE(MARS-MESの出力である応力変位の線形結合演算を行うプログラム)

-6-

J A E R I - M 8 0 1 7

copytplcftSnLto ltpoundJ filt3fltRcopy9 mMMM ft l ifilaquolaquotraquotff 7o 7 A EDDYTORUS6

T-Jt t sn5copy3raquo eurolaquo tEcopyt tlaquo l - L-t Aft LT O5o mVrltrgty o - bull fbull - ^ $ i 5 H i t amp -f raquo 7degiclaquopound - T ft laquoTf-laquopoundlaquoampbull- a ltgt (i) ^ T - 7deg 1 ( fiSfflr n 7 A THREEDI ) MARS-MES ^ copy A r t f - ^ t B g c f 1J8 PS T- 0 W laquo J ^ H n - x o f f i ^ 93gamp

yffiift-r-copy[amppound ff-5 o Cfflfg ffiiftampft^K^j-e S t i t f amp reg Jit c i kg erf copyEA Altftffl L fittlaquot J i =bull -f ^ K ^ T amp t l i i laquo m J i 9 3 4 ^ ^ ^ ^ f f l ^ c D g j R l - S ^ ^ mVMampftX-foiUl EDDYTORUS T-flf n fciKSMStcopy deg -f ^ Afalaquolaquotreg8poundf laquo gt j i c amp L T laquo - reg J R c E ^ J t LTftffl J t J bdquo

(II) 3 f 7 2 ( ffi ITJ 7deg a J 7 A THREED I ) MARS-MES ~~C0Kftr~ tfigfflfjj 2SPampt0 ^ f 7 1 t t S J f t t f - J C f

- A f j f - amp t f f pound K F f - J lt pound f i - l t J n t 5 o OIP X -r 7 7deg 3 C (pound ffl 7deg a 7 A I G ) MARS-MES ^ copy A - r - l pound copy reg 3i2fiST-0 gt X f raquo 2 t t f f i S n t f - C S

I S J | i i 5 r 7 X g | t ^ t l i f t I t 5 f - A g S i f f i f i f - 0 A A f T T o ltfl ^ x v-7 4 ( CPU ffiffl ) -r - 7deg 3 T t l S ^ t l t - Agjgf-- copyiffife^ttfflcopy-alaquoiEo (V) x-r -7deg 5 ( fitffl-a 7 A MARS-MES) tfampZtlTZT-fiZAt) LZfcftWI$TampfT7o ^ D - X I - t K J c S ^ f t ^ i LTJR0amptgtlpoundo M X f 7 7 6 (CPU fpoundffi ) MARS-MES (ClaquotSlSraquofTff le ~ deg - T pound J $ tr - A copy b 7 x g copy tt jg T

5fefflraquosnii ^ffl b 7 xgjgcopyttHi j t tlaquo-~o i LTfftf MARS-MES C laquofc 5 IS A flf pound fTTo ftyenSTcopypound pound copy I- ^ S S c E l i j i l f f f l OfcfliampfiStfcopy b 7 glaquobullraquo ltcsect i Lxmcftt-ftMW-irff^o d -5 I t W i o x f 7 7 t S t g l copy laquo i i f i t pound ( ttSampHOii-f o

W x r bdquo 77 ( ffiffl7 a 7 A MARS-SUPERPOSE) MARS-MES CJ5)poundj)yen4ffcopyregKiglaquo-Ayjt b r g pound M copy IE ft pound ^ o - XfflU

a5WttJSAffl(Cpoundfi|-f 3o

- 7 -

JAER[-M 8017

(61 の中に付加したなお分布荷曜のうち鞍110草儲力は渦電流解析プログラム EDDYTORUS

でilt1される鞍摂電流の値を廷にして入力している

解析の 7ローチャー卜を第25闘に4ミす各ステップに従って解析手順を紙説する

(j) λ テップ 1(使用プログラム THREED1 )

MARS-MES への入力データ守ー成の第 1段階であり陣内リングとベローズの節点要素及

び街喰データの牛ー成を行うこの際街盈条件が真空力であれば各要素に 1kg叩F の圧力

がれ月1し健気リミタコイ Jレ反力であれば舷気 1) ミタコイ Jレ支持点相当の要素に反力を与え

級if司i感力であれば EDDYTORUS で計算された鞍~l電流のポロイタル方 IIacutel]電流w度を電

信]に変検して各要素に圧力として作用させる

(nl ステップ 2(使用プログラム THREED1 )

MARS-MESへの入力データ生成の第 2段階でありステップ 1で生成されたデータにビ

ーム要素データ及びパネ支持データを付け加える

uiT ステップ 3(使用プログラム IG)

MARS-MES への入力データ生成の第 3段階でありステップ 2で生成されたデータに綾

触要素となるトラス要素とそれに付随するビーム要素と節点データの入力を行う

tv) ステップ 4( CPU使用)

ステップ3で生成されたビーム要素データの端末結合状態の一部修正

(ゆ スー手ップ 5(使用 4 ログラム MARS-MESl

生成されたデータを入力して応力解析を行う o ベロースlii宣交異方性板として取り扱われる 0

wT スチップ 6(CPU使用)

MARS-MES による応力解析の結果ヘローズ支持ビームのトラス要素の軸力が張力であ

るものがあればそのトラス要素の軸剛性を ~O として再びMARS-MES による応力解析を

行う解析の結果柔のトラス要素に圧縮力が作用した陽合は再びそのトラス要素を同IJ体に戻

して再び応力計算を行うこうしてMMのステップを要素変更の必要がなくなる迄繰り返す o

WIO ステップ 7(使用プログラム MARS-SUPERPOSE)

MARS-MES による応力解析の最終結果を入力として異方性板の応力値をベローズの局

部的な応力値に変換する

-7ー

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 2 1 I S f f ^ - mdash Jg

Case Thickness (mm) Rib Case [ Rigid ring Bellows

Rib

1 40 20 Yes 2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

Bellows ^ ^ ^

vl W Vi

u bull- u ii

r Y v ( a ) Vacuum pressure (b) Electromagnetic force

Electrons gnetic force (Saddle-like current) (Loop current)

F i g Z l ^ deg - X l c f f ffl-f bullSfl-

- 8 -

JAERI-M 8017

Ta b I e 2 1 解析ケース一覧

Case Thickness (111m) Rib

Rigid ring Bellows

l 40 20 Yes

2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

- lsquo司 -h

4 +-41--

(0) Vaωum pr邸ure ( b) Electromagnetic force ElectromJneticforce (Sa剥le-likecurrent) (Linfinp current)

Fig21 ベローズに作用す-o外力

-8-

JAE RI-M 8 0 17

Vacuum vessel support a

Bellows

Rigid ring

Dash-pot

Rigid ring y ^rv

Rlt890 RlSiQmdashJgQ

F i g Z 2 laquo yen 8 t 7 J U

- 9 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

Vacuumvl

1盤金 ゴR坦霊ムJFig22 解析モデル

-9ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Bellows

Fig23 ampampregicftmtzmmmmxltnmM

|

Orthotropic plate 1 Lm-2-i3_3-lt5-4-ipoundgtl5

Bellows

Bellows support

O Shell element bull Beam element O Truss element

F i g 2 4 ltltn -X bullbull$bull- h07nik

- 1 0 -

JAERI-M 8017

Fig23 真空容器に作用する鞍型電磁力の模式凶

o Sh剖lぬ『鴨川

口民amelement cコ TnJ話剖em創世

Fig2 4 ペローズサポートのモデル化

-10-

J AE RImdashM 8 0 1 7

START

is QSiC data X STEP 1

Beam I Restr I gtlt

THREEDI

ZEZ

X

Eddy current

Data STEP2 THREEDI

bellows | support

STEP3 I G

IE STEP 4

CPS

^

Data

Data

STEP5 MARS-MES

bull STEP-6

CPS

STEP 7 SUPER-POSE

(3J5Jpound) Fig2 5 J T - 6 O K S g g r o j S A I S t f m

- 1 1 -

JAERI-M 8017

飽yen

yen

yen

組

個

Fig2 5 J T -60真空容器の応力解析手順

-11ー

J A E R I - M 8 0 1 7

3 bull JKtfftefJIIamptfampg

3 i mampgt

mm7rnifts22iatcnro2laquoc i- CM ^S|6]C6 odeg-fe ^ racfi gtj y rreg i 2

- pound bfco gjgtf-ffltt h o 4 fj^ftfaicon - X pound 5 8 1 Ipf3 U y poundbull 1 0 raquo]copy 1 5 ft 91 o 4 ^ f t i p j c i i 3 o ^ H f f D t i ^ a

4 fc laquoffiS3gcopypoundl(2gt Sf i J gt ffiffiicgiBSftT u 5 laquo 3 g g pound f t T - A copy(pound Off o SSi I^ |pJC2Si t n -Clgt5laquol laquo iraquoAff l5- y =bull bull Kifpffl L i l m-gtTW 2 2 Htp copybulllt-pound amp (i ki = 0 ka = 4 0 ton k j = 2 0 t o n trade t 4 x 5 raquo i l CC

i^fif tf tf i ^ T copy S ( C l k g r f n pound E H T | x t (2) PtfffelftamptfampM Case 1 copygEffiajpoundSampa 1 ElA amplaquoamp a 3 ENc^-To - c - t fHlaquo( i5ccopylaquoSg8icopy) l t tlaquo -

laquo t gt b JfflHlaquoftilaquoIEif5gfecopy)lttS5-f o ^ a l i l i l f t i y T - copy y - z [ p l pound f i f l J S t E 3 8 S copy l--7Xamplft(Cltfc0lf fc J gt fC(riC^slaquol 4 fc KSSBsXr t T -

ltt I t h -v ia3firtffll(csta1 So ft-s-ctfn 4 ^^ttBASB-eiiS^fflffiffi 27 raquo pound b GaJ^fe^C-Afflfc--f h - 7 X pound g ^ l 6 l r t f l l ^ S f i f f S 9 3 2 g | ( i tfrt J gtlaquoamp ( i t k ^ n - X S 0 ) copyy - z^lpJSe^ftf amp^-t o tftM^jUgTffiAoBfflh-v poundaraquoi6]rtffll^copy^lt4(ilaquoffiSSl5E^r-ampo ffl^ i y copy a r - ^ ^ J s $ lt 4 o t o i 4 GSBT-ii h-7xpound^g^lSi^tf iJ^^ffJ l t i gt 5 i ctitiW-m ) y^fcfpffl-TS^

Aict sues j y tjn gpreg h-7^poundg^i6][3ai^ffls^i ff-ft v y ^ c i s s s i fiFT-Acopyjt^laquo(iKplusmnlaquo fecopy-c5o if a 3g | iCf - r^D-xt tJcopyy- z^i6]^fi^fltgt raquofi ) yrffliSlaquocopyffi(6j-ampTbrjoiP^raquofficopyglaquoS^otiamplaquotgtLrolaquoo nlt ^ ftiEScii - lt o - x bull + - i-alaquoipfltg y y^gt^0ffl brf j copyIE^laquo-agKfflii TfcO gt 2 5 raquo raquo g 8 copy S f t F 0 i ^ o t u S f i i W ^ o

Case 1 (i l toi4lKAraquo(Jcopy-laquollaquo-rega4BICp-ro Cftli lt deg - X 1 0 J copy ( S A laquo S f t ttgt0 h - 7 xi^gf t is iSf l^cAas-es^ff l i i a 6kgraquo2 t b deg 4 ^nftfficopy

Case 1 ~5copyraquoyeniffamppoundS5 3 Z g laquo i raquo ffiffiCM b T i i pound amp laquo ( n 4 ^jnffiffi AfiBamptfE raquo copy laquo laquo Oo Case 1 Cli Hlaquofi V 7 K J 0 JJC 13 ) ^ S O E S B f f l S f t T t f O

- 1 2 -

JAER[-M 8017

3解析結果及び検討

31 真空カ

川解析モデル

解析モデルは第22凶に示されている織にトロイダ Jレ方向に 60セクタ停肉リングの 12

ベローズ 1スパンの 12からなるポロイダル断面はその対称性から k半分のみを解析モデ

ルとした要素分割は トロイダル方向にベローズを 5分割厚肉リングを 10分割lの 15分

割ポロイダル方向には 30分割行っている

噴界条件を第31表に示す o 対称構造対称荷重であるから境界条件は対称条例を与えた

また真空宇手器の支持はら厚肉リング端部に設置されている真空容器支持アームのみにより行

い鉛直方向に 2本設けられている鞍型電磁力用ダッシ a ポットは作用しない従って第 Z

2図甲のパネ定数は kl= O k2 = 4 0 tOnIIII11 k3 = 2 0 tonlI111 と与える似lしここ

で座標系は第 A 1図に示すオプリーク(局所)座標系で与えている

荷重条件は全ての要素に lkgcm2を外圧として与えた

(2) 解析結果及び検討

Case 1の変位分布を第31図から第33図に示すここで太実線は元の真空容器の形状を

表わし網実線が変形後の形状を表わす第31図は厚肉リング中央での y-z方向変位分布

を示す真空容器のトーラス効果により厚肉リングには求心力が働きまた真空容器支持アー

ムは惇肉リング端部に設置されている為厚肉リング中央部に対する拘束効果は小さ Lから全

体としてトーラス主半径方向内側に変位する従ってポロイダル断函A部では巌大の変位27

を示し G部でも求心力のためやや卜]ラス主半径方向内側へ変位する第 32凶は厚肉

リング繍(設もベローズ寄りの y-z方向変位分布を示すポロイダル断面A部のトーラス

主半径方向内側への変位は真空容器支持アーム及び補強リプの効果でやや小さくなっている

また G部ではトーラス主半径方向外側へ変形しているがこれは厚肉リングに作用する求心

力による厚肉リング中央部のトーラス主半径方向内側への変形と厚肉リング端の真空容器支

持アームの支持効果によるものである第33図に示すベローズ中央の yーz方向変位分布も

厚肉リング端と問機の傾向を示しており卵形断面の自然なつぶれを表わしている o ポロイダル

断函 E$にはベローズサポートが厚肉リンクーから猿り出しておりその変形をある程度抑え

ており 2 5鵬極度の重量れ下がりとなっている事がわかる

Case 1における応力分布の一例を第34図に示すこれはベローズ第 1山の応力強さ分布

でちりトーラス主半径方向最内周のA郎で辰大値 12 6 kgllllllzを示しポロイダル断面の

ほぼ全域で 10 Kglllz前後の応力強さである

Case 1-5の解析結果を第 32表にまとめる変位に関しては全体的にポロイダル断函

A邸及びE部の値が大き POCase 1では補強リプにより事肉リング端のE部の垂れ下がり

が抑えられる為ベローズの変形もある程度抑えられ結局求心力による A部のトーラス主半

-12-

J A E R I - M 8 0 1 7

ffi^lfilrtflJ^rogamp^S^iteSo Case 2 ~ 5 T-li ISreg J r ^ y i ^ WW J y -pN Ti l

iSreg copy E $ iTAlt0poundraquopound lt tpoundZo Sic deg 4 A-|S] copyfl i clf g bfc tgamp ^ deg

lto -XcopyltglP ^ 0 ( ihM pound 8 0laquoraquo ) 2 5Wraquo ( UjiS pound 7 0raquo ) (Cft bamp 49 4 6laquoit

A5bdquo iDt I b l i ^ D - X l f j ^ffllaquorigrC- y hCft^0 fitotCase 2 4 T-(plusmn

IV-03 y y ltSIyenAlaquo7 0laquoraquo-T-ecopyD4^jyi6]copyfttrHi]ttas^o-xcopytftplusmn0gtcilAgt

-poundD-X4ifficopySfiAse^ilaquoa (ff 15 0i^tCase 2 copy tt 5gt Kg ) bdquo -gtj Case

3 5 r-i i rats J y sif laquo 5 omt co D -f ^^^iPiroiftifwttii^ o - x copyot i t is

laquoS blt a o ^ n - x bull bull - h copypound($icj OW lH y^ffi-c^CiAg^ti5 ( | 1 6

Hlc^-rCaEe 3copypoundfiEjjII ) o

Case 1 ~5 KiteorfE8 copyft^fflli-irT- a - Xreg 1 iJj copy h - 5 x poundbullpound j$fr |h]lrt If

Affiic4ii5bdquo i g i c i 0lt n - xc4 i iS fE ( i ^regIEtlIH$ampfl)4oi-ijbtilaquoo

(i) ^CJ5IIS U y^copy l--7xpound)igrtfflJ-vcopygffiicjS fccopybdquo L f r tc f tHI t

sectsectSpoundftT-Alaquo0copylGipoundampfiFOo (jj) -lt D - X ( I x l l t t f i ) t f f f i J y copy a -f ^^^|6]reg8iJtta^bft liStf a 4

ltjiD - lt D - x reg f f i i c f l j lt K s j c i i ^ o - x reg 0 j reg f f b o bid pound 0 4 1 3 ferego

(V) n -( JKBv tS T CD fg (C J pound bfflo

hie( i)~Wreg-5gt(i)~( l iDl ipound(e I- D -f ^ j |6] copyJS2H- W i deg 4 f ^UfaofotHzm^-

t s wpsii3iiipoundiwidjftfpound^o-xsMiijc4b3eAfii3pound^poundAs I -M ifijcopy tS-escopy-c (i)~ltiiDid i o T 4 b 3 pound copy laquo laquo pound pound TcopySpoundcopyg4SHpound$irt1-3 o

tfe 3 l iS copypoundlaquolaquobull t s ^ D - x lOjfflASicSfl brfT^fco

(OicksiEAfilPW y idj 3^ deg -xcsfflESiic j -gt Tft b3 feffl-efeS^b l-f-

bullJ y^ojftfftficj o D -xic56ft-r5is^lS(H L t igts eS^Tif^ J y copy$gtit

c5o MtraquoUiiJ0-ltdeg-XC4-f3JStf0 KffiAlc J3Jffc V y copy x [6]poundftttpound ltSi

t t 5 tdlicj SlSSffi |-J9ciS-e(6egttt3o

tJ 1 = C o bull 5 i 5 o (5)

iseftlaquoT(-jslaquolaquoi t fffflraquottKiteijlaquotf-etfo 5o =tosa3laquocopyig poundpoundi f3o

( i i ) i dJ 3JS f r ( i t t f f plusmn f ^T -ampo2 Hpoundreg3yen t i c ^ ^ deg - x copy f t i f fflttD twm ttfflttpoundW-3laquortftffapoundakcopytiffifEp bull pound laquo pound - ltSic4bf t^ l iSAI i

6 Oi = mdash mdash M (a)

- 1 3 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

径j向内側への変位が厳大となる Case2 ~ 5では補強リプがない為厚肉リング内では

端部のE部垂れ下がり変形が大きくなる更にポロイダJレ方向の曲げに着目した坊合ベロ

ーズと等価な剛性を有する平板の仮厚 t事は次式で求められ

t = ( 1 2 ~ b y (4)

ベローズの板厚20 (山高さ 801111) 25開(山高さ 70 RllI )に対し各々 4 9 4 6 JlIIで

ある但し Ibはベローズ 1ピッチの断面二次モーメントである従って Case2 4では

l区内リング板惇が 70でそのポロイダ Jレ方向の曲げ同1]性がベローズのそれより大きいため

ベローズ中央部の変位が録大となる(第 35図に示すCase2の変位分布参照)一万Case

3 5ではP事肉リング板厚が 50lllでそのポロイタルj向の曲げ剛性はベローズのそれとほ

ぼ等しくなりベローズサポートの支持効果により厚肉リング端で変位が長大となる(第 36

図に示す Cafe 3の変位分布参照)

Case 1 ~ 5において応力強さの最大値は全てベローズ第 1山のトーラス t半径fi向長内周

A部に生じる真空力によりベローズに生じる応力はその発生原闘を次の 4つに分け忘れる

(j) 求心力による厚肉リングのトーラス主半径内側への変位によるものしかもこれは真空

容器支持アーム但りの回転成分を持つ

j)ベローズ(直交異方性板とl亭肉リングのポロイダル方向の剛性差から生じるポロイダ

Jレ断面の変形差から生じる相対変位

QiO ベローズの腹に働く真空力によるベローズの山の押しつぶしにより生ずるもの o

(v) ポロイダル断面での変形によるもの

t記(j) ~QIOgrave のうち(j) ~OiDは主にトロイダル方向の応力に QlOiポロイダル方向の応力に寄与

する本有限要素法解析によればベローズ第 1山に生じる応力はほとんどがトロイダル方向の

応力であるので (j) ~QiDによって生じる応力の槻算値を求めてその応力の発生原因を検討する

検討は最大の応力強さを生じるべローズ第 1山のA部に着目して行った o

(J)による応力は厚肉 Ijングによるベローズの強制圧織によって生じるものであるからI享肉

リングの熱伸びによりベロース1こ発生する応 tl1~顛似している従ってi享肉リングの熱伸び邑00 熱伸びによりベローズに生ずる応力 o真空力による厚肉リングの x方向変位量を Oとすると0)による応力 oは次式で求められる

O = OO O (5)

本有|現要素法解析による結果 Oと詳細設計における計算結果 O bull Oより第33表の結

果を得るJ3)

ODによる応力は弾性床上モデルで良い近似を得る事ができるベローズの曲げ剛性Dと等価

な剛性を有する板f分布ぱね定数kの床上で分布荷重 pを受ける場合板に生じる般大応力は

次式で示される

6 02 一一了一 M (6)

t~ b

-13-

J A E R I - M 8 0 1 7

ltn L M = - D a 2 A s i n h 0 s i n ft + D a 2 B cosh 0 cos

~fr) A = -apound 2T

D = b t i E

1 2 b w C 1 -lraquo )

A = -p s i n h ^ cos 0 + cosh s i n 0

k s i n h cosh 0 + s i n A cos 0

B = p cosh 0 sin A - sinh 0 cos A k sinh 0 cosh A + sin 0 cos A

r5bdquo raquo $ laquo bull raquo copy pound pound pound 3 3 laquoic-fo (Midi 5 JS A l i s 3 Ult (i)~(3)iUCfgtTJSpoundJftipoundcopyttEp(Cltfc5fiiiEJaicffli-3-5bdquo MP

^ t f E ( i raquo S T $ n 5 o

tf3 = _ ( h b w _ _ L ) + - A (7)

S3 3SC(i| SS^S( iyenWr- i i6en f teSfeSfH+TdUr5As iffiltplusmnifcR(fiampo - f t U l S o feffaOmO-to-X-cMi ( Case 1 ~ 3 ) lt a - XtDMLIZ frfr 6 jfcg

fflfflfpound4fij 0 C 5 l S laquo O o - M l i S B O J n - X - C l i ( Case 4 5 ) -pound copyff icrMtt f f lJtJn^amp^a -X f f l | | i c^^laquoKSic j ScopySBt t t t lSAI iraquos i 1 4 i c g a $ t i 6 A iSii^roiWttffl icDiiAnctij Agpw^i -W^ ) gt rlto h n -f ^ i a ]g f icopyApound i ^ raquo

(i)icjlaquojs)ltiaiin-rSo b^ fe copy ( - t S f E A l i ^ D - T r - e s s i s i j j i B i t l i - r ( D i e t s f t amp pound copy lt amp amp o t pound f t amp f t T - ( i raquo i t i t pound o amp B f i ) v r t ^ a - x f f l raquo l t t f f i - amp ^ i i T ( i i ) fcltfc4JEamppoundlaquoraquoKjlc0 t LT tgtJS t t l i S t i f i laquoF l - l i F t f t tOo U^LOiOiCt^fEA

- 1 4 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

f1し M=-D α2 A s i nh ft s i n ft + D α2 B cosh ft cos ft

α=(士)1パ

D= 1 2 bw ( 1 -12 )

b t~ E

αE ft=一一一一一

2τ

A = _ p s inh ft cos ft + cosh ft sin ft 一一

k sinh ft cosh β+ sin fi cos fi

B p cosh F s i n p-s lnh Fcos J7 2 一 一

k sinh ft cosh ft + sin ft cos ft

である数値計算の結果を第33表に示す

iDによる応力はまさしく(1)--(別式に示す応力変換式中の外圧 pによる補正項に相当する o 即

ち発生応力は次式で示される

(7)

数値計算の結果を第 33表に示す

第 33表には本有限要素法解析で求められた結果も併せて記しであるが両者は比較的良い

ー査をを示している仮厚20のベローズでは (Case 1--3)ベローズの腹にかかる真空

jJによるベローズの押しつぶしによって生じる局部的な応力が主であり次いで犀肉リングと

の相対変位により生じる応力が大きい一方板厚25開のベローズでは(Case 4 5 ) そ

の曲げ凶IJ性のt曽加からベローズの腹にかかる真空による局郎的な応力は約 14に軽減される

が逆にその剛性値の憎加により A部の様に厚肉リングのトロイダル方向変位の大きい部分

ではそれによるベローズの圧縮に起因する応力が主となる

この嫌にベローズの板厚を薄くするとQiDによる応力が急激に噌加し逆に板厚をl事くすれば

(1)による応力が僧加する o しかも Qij)による応力はベローズである限り避け得ず(j)による応

力も~在の機造及び支持条件では避け得ない為 ~事肉リングとベローズの剛性値を合わせて (ii)

による応力を鯉惣的に Oとし得ても応力依はある値以下には下げ得な Lしかしowによる応力

が 14になる事からポロイダル断面全体に渡って応力が軽減されるため奥空力に関する限り

仮I事25輔のベローズの方が当然の事乍ら有利である o

-14-

J A E R I - M 8 0 1 7

52 tzmmmj]

11) raquo laquo T f l

ampampbull(amp tl left amp Si JJMST tzmlt^tz-r igt9S pound 2 El ic- f ampcopy-ampbdquo ffl L n -f ^ f fnMftMcopyig^poundf tcopyHspoundrtlt l U i ^ c n ^ H ^ f t n 4 ^^yi(ijc3 6 odeg copyltfe$ raquot bfzo SJETMIJfcasAfflW^tiaittsaji ^ i i o deg -f ^jifimfsreg6 o gt

laquo S $ f t 4 S i 4 S i $ t a 8c-S $ pound fin 2 3 i a i c $ pound M i c ^ i m c ftftffijifiteictt t

i o T i f l J f t ^ 8 ^ 1 2 2 H 41 copy lt amp St l i k = k 2 = 4 0 o n ka = 2 0 ton

(2) l i i f t laquo ^ S ^ laquo t ^ 5 j copy S S ( i ^ copy ^ e i S t S f i S T 0 X--7CD^laquollCgpoundoTlaquo 3 5 laquo copy a 0 6

(2) (7K8)

laquo5 f f i C i fa U J tpound laquo 6 E f f l ^ t i S copy ( i C a s e B copy71 5 X-7 poundgt pound1 bull $- J ( 5 5 kA ) Hgt-JCase Acopy7deg7 lt 7 f 5 JtifffAHt C 4 5 k A ) Case Dcopy7deg v ^bull^rtfflJfBlaquoB C 2 4 ItA ) T-4 7 I tefc c - C 7 7 ^ 7 ( S a ) J i l i a ( n-laquot|=gt-f ^ copylaquolaquocia)Ss5fcregltt urtf-stsn-coSo laquoampcopyfSW-efeV7X^Mlaquofliiof ^a ifri-f n-copyamplaquoraquopoundbull a-fa-

- ttQftVkofctiMifrtcamp^xtt copy i f laquocopyte tlt ipoundpoundgt i f tk te eltltpoundf to A ^ c c t ^ S f l KSlaquoff ipoundcopyftt f iampyfrcopyregf fpoundfT ltgt tits c c t K U f t i R I

35 3 7 1sect1 A^b St a 9 El IC Case A B D Cfctt S $ laquolaquopoundcopy n 4 gt pound Id] ft pound flt Tlaquo M( i |cSlaquolti 5 1- deg 4 ^ ^ f a l amppound pound SIS 13 J ^^laquog(Cgt-iSlaquoSlaquoSlt ( laquo laquo S S - t r laquo gt copy a -f 2^fipoundT-0 ^ copy S i A f l t i Case A B D^S- 6 2 7 8 32 kA m t f c i Case ATMi ^ copy laquo laquo ( i a -f gtltamp fi ES5 l e t t pound W IC HJ qg J ^ - C l f t S i i ^ C D ~ E a i copy laquo laquo t S K l laquo O o Case B f l t laquo laquo copy t f - 9 tt I - - 7 x t ^amp f l f l l l cSFD ESSofcSfEffiKfiM lttt 5 Cf t lcS LCase D f C i Sic h - 7 pound

grtffliicgofclaquo-jiclaquos ti5Bc deg -lt ^^wfffiE~Ga5-eiiasip]copyslaquocopylaquon^

egtlaquoE^tlti^jgtii-3fcfcffltttao st31 oia^est312 0ic st37Ei^eSf 391a

copy laquo S a laquo E l c t t J S T 5 R S S i A O o ( raquo t St 31 OElfiCase AcopyltJ5tft bull C 0 l 2 7 k g e laquo copyEAAltK2gSlCff f f l1-5bdquo pound copy pound 6Slaquof f llaquolaquoElttCth-

- 1 5 -

jAERI-M 8017

52 鞍型電磁力

川解析モデル

鞍型屯総力に対する応 j解析にlいたモデルも第22図に不すものである mしポロイダ

ルIOiI討対称耐の犠界条件の設定が難しい為これを避ける為ポロイダ JレjliJに 36 00

の令周

モデルとした要紫分割lも真空力の嶋合ι と[jjjじであるがやはりポロイダル jJ向は倍の 60分

割としている

続界条件を第 34表に示す鞍型Ii依力は第 23図に機式的に示す傑に対称備造物に対し

て逆対称荷電が作用することから境界条件としては逆対称条件を与える o 更に真空手日告は

E正常得器支持アーム以外に動荷電に対して支持効果のある鞍型電依力用ダッシュポットに

よって支持される従って第22図中のパネ定数は k1 = k 2 = 4 0 bull on 1畑 ka = 2 0 tOn

1111と与える

121 荷重条件

真空容器を流れる渦電流はその誘起原因となるプラズ 7 の挙動に従って第 35表の通り 6J21 _ ~ _ _ bull _ CU81

つの場合に分頴され石渦電流は各場合について詳細に検討されておりループ電流と鞍型電

流とにわけでその録大依を第 36表の様にまとめられる

鞍型電流に着目した湯合電流f直が最大となるのは CaseBのプラズ7 立ち上げ不着火時で

あり(5 5 kA ) 次いでCaseAのプラズ 7 立ち上げ着火時(4 5 k A ) bull Case Dのプラ

ズ7 内側消滅時(24 k A )であどなおここでプラズ 7 消滅時にはポロイダル磁湯コイ Jレ

の遮厳効果があるものとして計算されている以後の解析でもプラズ 7 消滅時はポロイダJレ磁

場コイルの遮蔽効果を考慮する

一方氏宅待器の応力解析においてはその荷重の絶対値とともに分布も重要な意味を持つ

からここで勝型電流鞍型電磁力の絶対値及び分布の検討を行うなおここで取り扱う鞍型

電流値は省限要素回路Jllこよりその値が最大となる時刻のものを取り扱う o

第 37図から第39闘にCase A B Dにおける鞍型電流のポロイダル方向分布を示す o

値は鞍型電流備がトロイダル方向で優大となる厚肉リング端における鞍型電流電流密度で表

示)のポロイダル成分でありその長大値はCase A B Dで各々 627832

kAm てある CaseAではその最大値はポロイダル断面E部に生じ全体的に可成り均

一に流れるが特に DE部の電流密度が高い CaseBでは電流分布のピークはトーラス

主半径内側に寄り E部の電流密度は小さくなるこれに対しCaseDでは更にトーラス主

半径内側に寄った分布になると同時にポロイダル断面 E-G部では逆方向の電流の流れがあ

る事がわかる

第 37凶から第 39図に示した鞍型電流のポロイダル成分とトロイダル依嶋との相互作用に

より生じる鞍型電磁力は トロイダル級編の強さがトーラス主半径方向長さに逆比例する事か

ら電流分布とは多少異ったものとなる第31 0図から第 312図に第 37図から第 39凶

の鞍型電流に対応する鞍型電織力のポロイダJレ分布を示す第 310図は CaseAの荷重分布

であり最大約27kgar の圧力が真空容器に作用するこの湯合鞍型電流の電流値に比べ

て街重が小さい事荷重分布がポロイダル断面の広い領域でほぼ均ーである事特にポロイダ

同

hu

A

J AEfi I - M 8 0 1 7

uTrrfri D~Ei$tr fc 2 5Kgci2 i l o i 1 V$gt S I 5 laquo laquo a t sect laquo laquo fc SEIC-tfclaquoic

laquogflaquolaquolaquogtj(iD-f nTr [6i t i Ppoundr-igiS]copyi Utfffflt5ffltHJ4laquo

Hli-TSi Ff-tf-KlirtfE^fNfl Lr O 5 C i icy 3 bdquo $ i i liaiiCase B copy reg It gt Ar-

0ampift 4 7kgtrade2 ffl3rofEjgtltf|fl-r3o Case B itltX copysectpoundbullcopy ramp A copylt ltJU- J x

euroraquoffieuro5gtt(i I- - 7 t^grtfflClg ^fcfccopyr 3o reg 3 1 2g|Cjlt-f Case Dcopyffilttt

bullfill ift^ft 20kgrf -c ampog d l--7 t l - a r t f f l c S i t t t f t i t i J i i t c 85 3

Wti ElaquoSgtJffl I- deg -f 2^j fa copycopy-laquoamp 3 3 1 3 i t j i t cn(i^glaquoA^i a -f

^tSrlffifir-ftA i iSjS ( S a 1 0 l ) ^ 3 1 2|g|ilaquot ) copy I- o 4 Ji|ii]gtT-0

-5 bull -X^flElgJ tb - b w

= - mdash (8) 17-ft V ^^ f f iW f r - p

t b ^ o - x -amp W-

t r IPS J x i f

b w ^ n - x j - x i

p s a - X tdeg v -f

Jil hCase 1CIWLT Case A B D CjtSSilt (CfEffi 1 bull5^laquolaquolaquoa copyJfcifcK-m fc

A Case 2 - 5 C I LTliCase D OitWampft J raquo $ 3 1 4 l i - x 1 ~ 5 (Cfc o r 7 7

fi iff l-rso (3) ^ W B i S amp y amp n Case 1 Kfctf Case A BamptfDffllaquotffpoundpoundpoundpound 3 1 5 BlAgtpound9S a 1 7 iaic^-f bdquo $ 3

1 5|21(i Case Al-fctt bull5poundfficopymdash0HT 0 llCfi J y3gaffly - z |5]poundft t p t

fittings 3 i oKiic^-rlaquoii n -f -iraquofifiD~FarfcsrfiEot^ifampacrtEcturii - lt o - x bull + - h copypoundamp) ttopound^ampampSCifi-tfn 4 ^raquoTiBillaquoia5r- liaftO 8im

T-S5 SI 3 1 6taii|E3 tlt Case B C f U S I f i J ^aSa5copyy - z filffiffi Jgtlaquo-^1 =

Case BtMiJBa l 1123 ic if to lt ffi ft I-- 7 i ^ g ^ f J f c s rgtr o6 tab ampk poundGifco 4 OHBrffiB~C amppoundpoundamppoundbdquo ftfifilt) 0 8r5o reg a 1 7iaic-f Case

Dr-iilfsa l 2B|-e-fcfl6icltglaquobulllaquoD 4 ^nSrEi ( laquo(iF ) ^ r t r - felfits fc poundffife|q|copylaquo|6] pound fipoundltft(i ogtf ^laquofBBg|5r4Ulaquo0 4laquomrpound3laquos I ^ f S

pound L t f f t Ult ttoffifl- Krpoundbdquo

ftlC Case 1 icrl 5 Case A BamptfD copyIS Atf-tfJffl-tfl laquobull 3 1 aeHfriffi 3 2 0 |pound|

-16-

JAERI-M 8017

ル lfruacuteriD~E 部でも 25 Kg棚2 程度の街電がある事等が特徴であるなお既に述べた織に

鞍型電織力はポロイダル断凶i1-半分と下半分で逆方向の力として作用するので凶中上半分が外

Hとすると下半分には内圧が作用していることになる第 31 1凶は CaseB O)flj i立分fjであ

り最大約 47同cnf 相当の[E力が作用する CaseBは全ての翁合の中で妓大のがI棋を与え

その荷電分布はトーラス主半径内側~に 1踊ったものである第 3目 1 2 図に Icircj~ す Case Dの荷電分

布lt長大が)2 0kg四F であり更にトーラス主半径内側~に寄った分布となるとともに第 3目

9凶にぶした電流分布に従いポロイダ Jレ断 I剖仁(或は下)半分内でも街 t立のjIIJが逆転する

という特徴を宿する

続型電儲力のトロイダ Jレ方向の分布の一例を第 31 3図に )Jyenすこれは鞍yen註他力がポロイ

ダル断而内で録大となる点(第31 0図から第 312図参照)のトロイダJレJjItJ]分市であり

N肉リング部ベローズ部内でほぼ直線的に変化するベローズ部にはI享肉リング部に対し

ベローズ等価板l寧 tb bull bw

厚肉リング板厚 t r bull P

の割合で鞍型電流が流れそれに相当する電依力が作用1る但しここで

tb ベローズ依厚

t r 事肉リング板厚

bw ベローズガース長

レ ベローズピフチ

である

日)

以 rCase 1に倒して Case A B Dに真空等法に作用する鞍塑電舷力の検討を行った

がCase 2 ~ 5に関しては CaseDの計算を行う第 31 4 図にケース 1~5 においてプラ

ズ7 内側消滅時に真空湾総に作用する鞍型電依力のトロイダル方向分布をぷすこれはポロイ

ダル断面で綾大となる点におけるトロイダル方向の分布でありポロイダ Jレ断面の分布 jl~ は第

31 2凶と l司織の傾向を示す厚肉リングベローズともにその板厚にほぼ比例したU極力が

作用する

(3) 解析結果及び検討

Case 1における CaseA B及びDの解析結果を第 315図から第 31 7凶に司王す第 3

1 5図は Case Aにおける変位分布の-1911であり厚肉リング端部の y-z方向変位を示す

街虚が第 31 0 凶に示す様にポロイダル断面 D~F部でも司成り大きい事及び内圧に対しては

ベローズサポートの支持効果がない事から最大変位はポロイダル断面直線部で生じ約 O目 81111

である第 31 6凶は同じく CaseBにおける厚肉リング端部の y-zj向変位分布を示す

Case Bでは第31 1 凶に示す如く街重分布がトーラス主半径中心側~に偏っているため長大

変位もポロイダル断面 B~C 部に生じる般大値は約 081111である第3 1 7凶に示す Case

Dでは第31 2凶でみた織に荷重分布がポロイダル断面上或は下)半分内でも逆転するため

変位も問機の傾向を示す展大変位はポロイダル断面B部で生じ約 04帽であるが真空容器

として好ましくない変形モードである

次に Case 1における CaseA BampぴDの応力分布の-1Jを第 318凶から第 320凶

-16-

J A E R I - M 8 0 1 7

CTN-TO ffili^n -X 1 1J4 copy ill g|S copy (S pound laquo pound laquo bull T L t l ^ Case A-e i i o -f ^laquofifiB S laquo ^ D 9 i i gt i ) t A ^ i g A ^ 4 i 5 i ^ (CSS 3 1 5 12 Tr^ L t l ^ g f i f f l t t 6 n -f gtHSflffilIraquoSB ( $ 3 1 5 S - C F ) - r jE^felaquogt^ ltft 6 4kg ra 2 T 5 o Ct l l f t ) ^ 5 laquo i c K S S ( a ^ E t Urfff f l -TSiS^^D - X bull bull - bcopypound)laquoftf igtpound lt laquo5 fiOampmiCfitfo-CampZW rtEiUTfffflt51i-amp ^ n - X - + - K i 4 lt poundftfflregJ-pound-SfcSt t t bullgtgt D ^ ^^laquoTifiiBlaquo6gBic^ittJBA)^-rsBIS6ttAlaquo-5o 95 31 9g|(c (iCase Bcopy0raquoJ-pound--r bdquo JS^Jreg $ U R~~C8bXamp t U Oft 1 0 9 kgra 2 r-amp6tf Case AlsJlaquo - D - X bull - - hcopypoundft$ampScopyteodeg-lt ^^ilaquofifigt-)i^r-iifeSaWii^laquoftvA 1 4 - i t 3 2 OElCfiCase DcopylE 3 pound - f bdquo S x t e C a s e B H laquo tf o 4 -S JU laquofEB~Ca5(C4 D ft 4 7 kglaquoui2 - C $ 5

HiifflCase 1 (CBSf 5 B f f g S ^ 3 7 a i d 4 pound J6 5 bdquo ttJ C d(C(i Case C copyfStFrSS

flJICCase l ~ 5 0 raquo laquo f e a i a 8 g C J i ) 8 0 C tilt Case D (Cfctf i i ^ f i amp t f J S T J pound 3 ifcffltrgt5o I S 8 S f f l laquo S t c M L a f plusmn t icifcfll L T ig JD t 5 a raquoJ ttftfctfist3 cjt^j L r t i a r s ^ regiffliia]ic ttijlaquoKW(c(ii6iplusmn-rs^ ^ n - x -

ilfft u ycopyaUiHiittcopyApound lt g S laquopoundampcopylaquopoundbulllaquobull te copy)ltpound deg 4 raquoltampamp

ftCKHSffiSAFB- bullgtraquo bull - hcopyampftpoundfT -5o S 3 9 SIC S 3 7 g e t ttitzampmfT

T-xicav6iampmmmtimbullgt bullgt bull raquo b amp t f K s ^ i S j c f t T - A copy ^ ^ ^ ^ raquo c C f g A F i F 2 F 3 lag- S ^ 2regffllftaki k 2 k 3 ICMSS UC OS bdquo dftampgtpound ) ^ 5 laquo C K A copy I J i A i ( i S g S S ) f T - A T - S i t f t e copy g | pound f i Case A B C D T - amp 6 9 7 7 9 2 9 i X-amp6 e ampIC = X-7ffllaquo9 ( Case C D ) (i 1-copy poundft ampraquo(amp A poundft 0bdquo tiz 7 ^ 7 f J i f S ( Case A B ) t U O ~ 8 0 laquo ( i

MSlaquosect3 f tT-AT-pound tT05igt^-5o C reg S (C bullgt = bull raquo h poundJR 9 lampOT 4gtSlaquo 9 l l raquo ^ i bull | f i l i i ^ ) | ^ ^ f a i O S S a 2 1 a 2 2 g | C Case B D i o O X(Tgt -J gts bull h AlaquoSS|pound-gtttOifpoundffllBtffi|poundSpound^-f o S 3 1 O S t t ^ i - T S S ^ j S laquoSlaquo-t tlaquoLfc)copy-ejjampA^|Et) |St tOraquoAlaquot)^So X t o - X f f l O j copy pound pound bullamplaquobull l t a 2 1 32 2 0 ^ e f e ^ $ f a i 9 3 2 0 fc3 lth (i fli Alt T ft 5 ampupoundSt M f t i t )gt5 laquo pound ^ r ttflUffl-1- H^copysiBSfflAssci iBe)nro4iflaquo-laquo-rat

53 JC^FFffi

(I) 7 ^ v t S 5 Omseclaquo F elaquo i poundbfc i^oKSS^^copyeuroiS^ J T - 6 0 -e i i 7 XTmiampteifeampTp It 5 Omser gt L T pound T copyiamptt-S-fr- T OS

Tp K l l i t e a W l C ^ S t S t t e ^ 7 ^ 7 laquo laquo 4 5 0 msec i J l l laquo S 7 J B laquo t laquo

- 1 7 -

)AERI-M 8017

に示す o 値はベローズ第 1山の山部の応力強さを示している CaseAではポロイダル断面 B

部から D郎にかけて大きな応力を生じるが刊に第 31 5図で示した録大変位の生じるポロイ

ダル断l飼直線部(第 31 5図で下半分)で応力も設も大きく約 64Iltg1Il1llであるこれから

わかる様に鞍型電依力が外圧として作用する場合ベローズサポートの支持効果は大きく応

力の緩和に有効であるが内圧として作用する場合ベローズサポートは全く支持の役割lを

巣たさないためポロイダル断面l直線部に大きな応力が発生する可能性がある第 319凶に

はCaseB の例告示す応力強さは B~C郎で媛大となり約 109kgmlll であるが Case

A問機ベローズサポートの支持効果のないポロイダ Jレ蛎面下分では全般的に大きな応力

値を示す o 第 320図には CaseDの応力強さ分布を示す最大は CaseB問機ポロイダJレ

断面 B~C部に生じ約 4 7 Igl7IIである

以上の Case1に関する解析結果を第 37表にまとめるなおここには CaseCの解析結

果も併せて示しであるがその荷重変位及び応力の分布はCaseDとほぼ同機である

次にCase 1 ~ 5の解析結果を第38表にまとめるこれは CnseDにおける最大変位及び

応力をまとめたものである真空宇手器の板厚 tに対し電依力は tに比例して熔加するが同IJ

性信もほぼ t3 に比例して増加するため板厚の僧加により強度的には向上するがベローズ

とI手肉リングの様に剛性の大きく異る繕造物の複合体ではその相対的なポロイダル断面変形

差が発生応力の支配的な要因であるため一概に板厚の増加が強度的に好ましいとは云えない

本パラメータの範闘ではケース 1に次いでケース 3が発生応力が小さい

次に鞍型竜織力用ダッシ a ポットの検討を行う第 39表に第 37表にまとめた各解析

ケースにおける鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アムの支持反力を示すこ

こで反力 Fl bull F bull F3 は各々第22図のぱね k1 bull k bull k3 に対応しているこれから

わかる織に反力のほとんどは真空容器支持アームで受け持ちその割合は Case A B

C Dで各々 6977 92 94である特にプラズ 7 消滅時 CCase C D )はそ

の街重分布の影響により変位分布はダッシュポット部で変幽点を有する為ダッシ 1 ポッ

トの支持効果は殆んどないまたプラズ 7 立ち上げ時 CCaseAB)でも 70 ~8 0必は

真空容器支持アームで支えている事がわかるこの様にダッシ a ポットを取り除いても強度

的に殆んど影響ないと考えられる第31 0表第 321 322図に Case B Dについ

てのダッシュポットがある局合とない場合の解析結果を示す第 310表は発生する重量大応

力強さを比較したもので殆んど変化がない事がわかる又ベローズ第 1山の応力強さ分布を

示した第 321322図からも多少第 319320図とは分布がずれるが殆んど変化

がな事がわかる従って計測用ポート等の設置空間が非常に限られている事を符慮すると

装置の総合性能としてはダッシ a ポットは取り除いた方が有利と恩われる

55 応力評価

(9) (1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した揚合の真空容器への電磁力

JT-60ではプラズ7 消滅時定数 p は 5 0 mseそして全ての設計を行っているが

p には物理的に不纏定な要素が強 ~o プラズ7電流が 5 0 msecより短い時定数で消滅する

-17-

J A E R I - M 8 0 1 7

mamp ltbull Case C f t t D ) laquo t t laquo ^ b t S i t _fc i tgtZ eurolaquopound gtltlaquoS^ts Cftffl bull- 5 ygt 8i tOia^t tlaquo-Ma-5BlHlt tlaquoc bull- r p lt 5 0msec copylaquo-amp HP r p = 1 0msec l m s e c 1 0 0isec 1 0 seccopy 4 ^ - x IC o O T B tff fr rgt t bdquo

f 1 2 3 0 I C Case C C f e O t 7deg 7 ^euroflpoundfls 5 0 msec laquo7tBlaquoS L t i ^ C l S S g claquotnSlaquo5eurolaquoitsy^-7euroiitfflgAft-r= ccr-ydegy -x^mm i p = 2 7 M A x-v pound ^ i R = 3 0 3 m W l a =0 9 5 m - C 0 o gtf ^laquo i f t a 4 ^ copy jiffi K Si pound amp pound r 5 o iJtii|SB5g[5]ampamp-c- gt(i h^^[e]SS^r-MffTofc =

KlSf lEKBBLTtt r p = 5 0 msec X 1 1 k A t S 0 T p = 1 msec laquo FC(i(5ltS mdash 5pound 0 4 5 k A T raquo J t c ^ - 7 deg laquo laquo t ( i r p = 5 0msec 7 9 kA t laquo c i M L r p

A5Jx$ 0 pound i l $ I C J i L r p = 1 0 Itsec t 2 6 5 M A t - U H ^ 7 x T i S f t ^ f f l f Si

fj 3 2 4HlC( i If 3 2 3llCf UtfgS lf i i t - ~ 7deglaquoSit pound pound M - ( 9~^Oi n ltf

16] o 4 ^JU^IB] copyamp( laquo + S 3 1 2 0 S t f | U 3 0ltt(3l2|E3laquoi-cltfeSo

K^JIC plusmn 0 ^ 4 - T 5 S ^ ) E J 3 ( i T p = 1 msec tXit TpregmP t t fe icmimt 5 tlt r p

= 1 msec J i l T - C l i l i l J - g t ) jft l 3 kgtrade 2 -tSbdquo mdashA ^ -7 l )5Klaquo(a^ (C J 0 fgpound-f S i S ^ f i T p copypoundpound(pound Hit to U r p = 1 0 s e c fift 8 kgms2 t ft 6 bdquo

(21 JB^iFffi 3 1 3 2Jkamp 3 3(l)copyByen$FffeHCgpound J T - 6 0 copy i O S i l O J S A i F laquo pound ASME Sec bull

inicWbTff-o ftmmtk urn m^sti mmnvammti raquomdashfnmmamptiampumft ltgt ^ e f H ^^^isiosiftKJSicis^D - x copy E laquo ^ 5 bdquo c ctffl= S(i-f t ic ipoundfi - R t S H raquo S 1 - 5 o Code Case 1 3 3 1 - 8 Claquotn( f 0 3 J 6 2 5 f f l S m l (i

S m = 1 8 3 kgraquom2 ( a t 4 0 0 C J

P m + P b - 1 - 5 S m = 2 74kgrf

P m + P b + Q - 3 S m = 5 49kglaquoti

Tfe-S o d C C P m laquo amp raquo lt P b f f l t f JSlaquo3 Q - amp J E laquo

^o-x^iOjr-feSo - 1 8 -

]AERI-M 8017

湯合(Case C及び D)現仕織から求まる値を上まわる電織力が真空容器に作用するため

装置の健全性を損ねる可能性がある C そこで pく 50 msec の場合即ち τp= 10mョec

lmsec 1 0 0μsec 1 0μsecの4ケースについて解析を行った o

第323凶に Case Cにおいてプラズマ電流が 50 mscc以下で消滅した揚合に真空容器

に流れる鞍型電流及びループ電流の長大値を示すここでプラズ 7 電流 Ip=27MA プラ

ズ7 主半径 R=303m面IJ半径 a=O95mでありポロイダル篠原コイルの遮蔽効果も含

めである前者は有限要素回路法で後者はトカ 7 ク回路論で解析を行った o

鞍型電流に関しては p=50msec で 1L kAであり p = 1 msec以下ではほぼ一定

であり 45kAである o まt)レープ電流は n = 5 0 msec 7 9 kA であるのに対し ~lIlloCh t p

が小さいと急激に上昇し τp= 1 0μsec で265MAでほぼプラズ 7 電流相当の電流が

真空審器に流れる

第 324図には第 323図に示した鞍型電流 )レープ電流と各々トロイダ Jレ依場ポロイ

ダJレ依場との相互作用により真空写器に働く電舷力の長大値を示す線型電縫力のトロイダ 1レ

方IIJ]ポロイダJレ方向の分布は各々第31 2図及び第 313図とほぼ同線である

またこれらの電磁力によって真空容器に発生する俵大応力を第 325図に示す鞍塑電流

電磁力により発生する霞大応力は p=lmsecまでは pの減少とともに増加するが p

= 1 msec以下ではほぼ一定であり約 13kgJl1II2である -jj )レープ電流電依刀により

発生する応力は p の減少に伴い場加し p = 1 0μsec で約 8kg1II11l2 である

(2) 応力評価

31 32及び 33([)の解析結果に基き J T-60の真空雰器の応力評価を ASME Sec

Eに準じて行う作用荷重としては真空力鞍型電流電磁力 )レープ電流電総力及び厚肉リ

ングのトロイダ Jレ方向の熱膨張によるベローズの圧縮を考えるここで前三者は一次『力に

後者は二次応力に分類する CodeCase 1 3 3 1 -8によればインコ不 Jレ625のSm値

は

Sm = 1 83 kgIII1112 (at4000

CJ

であるから一次及び二次応力に対する詐容応力強さは

Pm+P b lt 15 Sm=2 74kglI11I

Pm+P b +Qlt 3 Sm=5 49kιPr

であるここで

である

Pm )漢応力強さ

Pb 曲げ応力強さ

Q 二次応力強さ

第 311表に各ケースにおける最大応力強さを生じる要素に対する応力評価をまとめる

ここで震大応力強さ 4主じる要素は第31 1表中に図示しである様にポロイダル断面B部の

ベローズ第 1山である

-18-

J A E R I - M 8 0 1 7

77X^mmregfcampTp Alt5 0 msec t 6 tpound h If M A i b t l iCase BAsg^TiampO Case 1 4 amptf 5AltASME copyfFSiSftSi pound pound FB pound deg lt o - XcopylaquoWAlt pound 5laquowfflfl|-sect- -RfSA^tfcRWfS ltffljtegtn laquoamp(amp laquoamp Ci5f f l i SL ^ o - x copyIS w 2 o laquoraquo copy

l2-f tKAc t tUTt tRWampffiraquoltpoundyenpoundt t s t -^Elcopy y-^laquofflrtCli ^ o - x copy l I laquo ^ O J 4 i S S W C t l f 5 f j ) laquo M ^ - J lift (I ycopyffilyen(plusmn -^Blcopy- -ampmftxttnmmkiamptiregzicmmamp5-z-tpound^fwfrfr6o

n pound ^ e gt ssWciiSfcWiJ-elaquoA S B raquoft J y laquo l B 4 ^ u o - i 6 oraquoraquocopy

iKJi 4 n ss$ijaimcopyigBx--x^$ij^ i n ^ S39so8S4^wgtlaquo

isregscopy^iciatAtgs^4x^^s ttfliJM- (-^copysmuffl stiffslttlaquoo

r pAlaquo50msec ltfc 0 ffioJgampli ftlaquoW pound LT Case 1 SO 5 ICoOT r p = 1 msec 1 0tisec copy^copyJS^fFffiampfrofco r D A lmsec KITTr 5 ltt lamp A ltt L t f Case

(7) c i ic i i5 c cx-mmm i- A^SSSHcopylaquoamplaquo igtfc eii^31 1 g ic t t^ t iT l^A dna^fc^SfiM r p = 1 msec^tKJCaselT-littSfSAreg S^ffi^lcT regSAlaquo Case 5 Cli Cftpound_t|5] 6 bdquo Lfr U T p iUmsec I S H F C i S i I 5 S S C - ^laquoEreg8B a WfticfcttSLW poundbullgt Sffleurol8AlaquolaquottJfc-eK3g3secticftffl-f s i iBa7gtilc-poundttlZmraquopoundntiStamp t Case 1 ICJsOT gt r p = 1 msec XisectH-t

-19-

J A E R 1 -M 8 01 7

プラズ7 消滅時定数 τpが 50 rnsecであるならば電舷力としては CaseBが最大であり

Case 1 bull 4及び 5がASME の許容応力強さを下回るベローズの板厚が25 mmの湯合一

次応力を比較的低く抑えられるが二次応力が大きくなるのに対しベローズの板厚が 20mmの

場合は二次応力は小さいが一次応力が比較的高くなるという傾向を示す許容応力強さから

は二次応力に対して比較的余俗がある事を考えると今回のバラメータ範囲内ではベローズ

の板厚が大きい方が強度的に有利である事がわかる一方厚肉リングの板厚は今回のパラ

メータ範囲内ではそれ程最大応力強さに影響を与えない事がわかる

厚肉リング補強リプは鞍型電流の電流値に効く実際の板厚を贈す事なく等価剛性を上げら

れ長から強度的には非常に有利であるが反面厚肉リング外表面から 100160闘の

高さを有し厚肉 11ングとトロイダル儀場コイルの聞の空間の多くを占有するためポロイダ

Jレ飯場コイル混度制御層等の設置スペースを制約してしまう第 39表の結果からわかる様

に備強リプを取り除いた場合でも許容応力を下回るため装置全体の設計を考えた場合補

強リプは取り除いた方が有利と考えられる

また鞍型電儀力用のダッシ 2 ポットはそれを取り除いても発生する震大応力強さ及び

応力強さの分布にほとんど影響を与えない為計調ij用ポート等への空間利用を考慮すると取り

除いた方が有利である

pが 50 msec より短い場合は代表例として Case1及び 5について τP 1 msec

1 0μsecの湯合の応力評価を行った nが 1msec 以下であると電磁力としてはrase(7)

Cが録大となるここで電流値はトカマタ回路論の値を用いた結果は第 311表にまとめり

れているがこれからわかる織に p=lmsecであれ」まCase1では許容応力強さを僅かに下

回るが Case5 ではこれを上回るしかし pが 1rnsec程度以下になると真空容器に

誘起されるループ電流がMAのオーダーとなるため第 39表に分類した鞍1電流電磁力ル

ープ電流電磁力以外にも無視し得ない大きさの電磁力が様々な形で真空容器に作用する i~計算及びモデノレに含まれる誤差を考慮するとCase 1においても p= 1 msecでも発生す

る最大応力強さは許容応力強さを上回る可能性があると思われる

一19ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Table a 1 laquo pound t t ( U S ) Boundary X y z e

X e y e z

O-P-Q 1 0 0 0 I 1 O-R 0 I 0 1 0 1 Q-T 0 l 0 1 0 1 R-S-T 1 0

0 0 I 1

O-T a re shown in F ig A-1 0Free 1Fixed

Table 1 2 g pound f C ltfc SJSPflfpound$

Case 6max ( m m ) a max (kgmm^)

Case x y z

a max (kgmm^)

1 13 -17 27 126

2 -14 -19 -36 130 3 bull 27 -35 -63 172 4 - 4 -19 -35 84 5 -27 -35 -63 129

Table 33 K pound ts Id X 6 ISA-W BBS^ffi ic J 3 pound ltt B W raquoikK

2 (kgmm )

Case al deg2 deg3 deg l + 0 2 + a 3 degt 1 08 16 79 103 112 2 09 14 79 102 125 3 18 33 79 130 165 4 25 13 22 60 79 5 48 38 22 108 123

a Stress in toroidal direction computed by FEM

-20-

JAERI-M 8017

Table 3 1 境界条件(真空カ)

Boundary x y z 日 o y

x z

O-P-Q l o l l

O-R O 1 l O 1

Q-T o l 1 l

R-S-T 1 l l

O-T are shown in FigA-1 OFree 1Fixed

Ta b 1 e 3 2 真空力による応力解析結果

Case 占max (mm) maxx Y z (kgmm2)

1 13 -1 7 27 126

2 -14 -1 9 -36 130

3 27 -35 -63 172

4 ー4 -19 -35 8~

5 -27 -35 -63 129

Table 33 真空力による応力一有限要素法による結果と解析解の比較

Case

1

2

3

4

5

kqmn2

01

O2 3 01+ロ2+

03 t08 16 79 103 112

09 14 79 102 125

18 33 79 130 165

25 13 22 60 79

48 38 22 108 123

O~ Stress in toroida1 direc~ion computed by FEM

-20-

J A E R I - M 0 1 7

Table 34 $ amp t t (ScSffiflBfl) Boundary X y z 9 X e y 6 z

O-P-Q 0 l 1 1 0 0

R - S - T 0 l 1 1 0 0

O-T are shown in FigA-1 0Free 1Fixed

Table 35 K S S i s C euro ffi laquo SiE n laquo sectpound raquo pound i 6

Case Plasma Behav io r

A C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s g e n e r a t e d )

B C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s n o t g e n e r a t e d )

C C u r r e n t shu t -down p h a s e

( w i t h o u t d i s p l a c e m e n t )

D C u r r e n t shu t -down p h a s e

(wi th inward d i s p l a c e m e n t )

E N e g a t i v e s p i k e

F P o s i t i v e s p i k e

Table a 6 gffiggicjKnsi-TfcaiE copyn^ffi^s^tt

Case A B C D E

T (msec) - - 50 1 0 0 1 50 1 0 0 1 - -Max l o o p c u r r e n t (kA) 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

607

1471

Max s a d d l e shyl i k e c u r r e n t (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

25 51

v

n mdash 3 k v

raquo By Tokarook Circuit theory

-21-

Case

A

B

C

D

E

F

JAERI-M 017

Table34 境界条件(鞍型電磁力)

Boundary

O-P-Q

R-S-T

O-T are shown in FigA-l OFree lFixed

Table 35 真空容器に電流が流れる場合の定義

Plasma Behavior

Current build-up phase

(plasma current is generated)

Current build-up phase

(plasma current is not generated)

Current shut-down phase

(without displacement)

Current shut-down phase

(1iI th inward diplacement)

Negative spike

Positive spike

Table 36 真空容器に流れるループ電流鞍型電流の最大値

Case 且 B c D

τp (msec) 50 1 001 50 1 001

Max 1ロロPtkA current (kAI 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

Max sadd1e-1ike current (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

L

vns3kv By ⑦okamak Circuit theory

-21ー

E

合

1471607

51 食合25

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 37 K i t i S l C J S l S A S S r i i (Case 1)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

A 25 032 083 64 B 46 -060 -084 109 C 13 -019 -030 31 D 21 -030 -046 47

T a b l e 1 8 regleuroffiKLJSJEA(SyenlaquoTife- ( C a s e D)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

1 21 -030 -046 47 2 22 -032 -049 54 3 21 -031 -047 50 4 19 -030 -046 60 5 18 -029 ^-044 56

JAERI-M 8017

Table 37 鞍型電磁力による応力解析結果 (Case 1)

Case Omax

(mm) ロmax

x Y z (kgmm2)

A 25 032 083 64

B 46 -060 -084 109

C 13 ー019 ー030 31

D 21 ー030 -046 47

Table 38 鞍型電磁力による応力解析結果 (CaseD)

Case 占max (mm) c max

x Y z (kgmm2)

1 21 -030 -046 47

2 22 -032 ー049 54

3 21 -031 -047 50

4 19 -030 -046 60

5 18 -029 -044 56

-22-

J A E R I - M 8 0 1 7

Table 39 R I I 8 A S raquo gt - bull 5 h R t f S S I i ^ T - A raquopoundf tK ( ton )

Case Dash-pot Vacuum vessel support arm Case Upper Lower Upper Lower

Case

F l Fl- F 2 F 3 F 2 F 3 A 111 -119 -197 56 -203 62 B 96 -102 -302 20 -307 -27 C -07 07 -62 -20 -61 18 D -09 08 -98 -27 -98 25 B -325 37 -333 -48

-96 -29 -96 26

w i t h o u t d a s h - p o t

Table a i O IT y bullgt= y ^ t t l gt l ^ laquo ) I laquo f S S

Case 2 a (kgmm ) max ^ Case With dash-pot

Without dash-pot

B 109 108 D 47 49

JAERI-M 8017

Table39 鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アームの支持反力

( ton )

Case oash-pot Vacuum vesse1 support arm

Upper Lower Upper Lower

F1 F1 F

2 F3 F2 F3

A 111 -119 -197 56 -203 62

B 96 -102 -302 20 -307 -27

C -07 07 -62 -20 -61 18

D ー09 08 -98 -27 -98 25

B -325 37 -333 -48

D 由 96 -29 -96 26

without dash-pot

Ta b I e 3 1 0 ダッシュポットのない場合の解析結果

Case max (kgmm2)

With Without

dash-pot dash-pot

B 109 108

D 47 49

-23-

Table a 1 1 ampjjm

2 (kgmm )

Case degv degs deg1 degt m b m b P (msec)

Case degv Isadl (kA)

loop (kA)

degt m b m b P (msec)

i-t 94 55 107 420 13 9 214 306 50 i-t 94 62 121 1190 37

9

252 344 1

i-t 94

65 126 2660 83

9

303 395 001 2 104 75 143 420 44 90 291 381 50 3 126 62 118 420 53 90 297 387 50 4 56 75 143 420 24 267 223 490 50 5 78 62 118 420 33 267 229 496 50 78

70 133 1190 93

267 304 571 1

78

73 139 2660 207

267

424 691 001

obdquo Stress by vacuum pressure 0 Stress by saddle-like eddy current o-i Stress by loop current a Stress by thermal expansion of rigid ring

応力評価Tab I e 3 1 1

十『〉回国国

lginfin

白

戸

叶

今

(kgmm) 戸ー

Case Ov Os 01 Ot Pm+Pb Pm+Pb+Q

Isadli IloAo p (msec (kA) (k

l 94 55 107 420 13 9 214 306 50

62 121 1190 37 252 344 1

65 126 2660 83 303 395 001

2 104 75 143 420 44 90 291 381 50

3 126 62 118 420 53 90 297 387 50

4 56 75 143 420 24 267 223 490 50

5 78 62 118 420 33 267 229 496 50

70 133 1190 93 304 571 1

73 139 2660 207 424 691 001

INAP--

v Stress by vacuum pressure

05 Stress by sadd1e-1ike eddy current

Ot Stress by therma1 expansion of rigid ring

01 Stress by loop current

J A E R I - M 8 0 1 7

TJinnniwK

(Case 1 reg0H V 4 1 )

MWWJUUK -i

Fig3 2 Kpoundtcltfc3 t fo4 ^ B f B ^ f i raquo (Case 1 IJfiJ y^ f f l )

t nnnnnrmnik

Figa 3 J I S I C j S n f ^ B r f f i g f t t t f t (Case 1 ^ D - X 4 1 )

-25 -

JAERI-M 8017

叩MMIyenJyenJt

tmm

34 Fig31 真空力によるポロイダル断函変位分布

( Ca se 1 厚肉リング中央)

r

阿川町~----~

tmm

Fig 32 真空カによliポロイダル断面変位分布

(Oasel厚肉リング端〉

nnnnnnnn ~ fyenJIIIJUIJyenIlII一一一

tmm

r判ヘFig33 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Caselベローズ中央)

-25-

J A E R I - M 8 0 1 7

MAJIIWUIPC

5klaquotimP

Fig 3 4 pound ic J 6 IB tl copySfe raquo

(Case 1 - c o - Xfg 1 Uj)

[UUinAAAAPpZ 1 2mm

Fig35 X ^ i l C i S ^ n ^ ^^raquorffi^fi[raquoflj (Case 2 - so - Xreg 1 0J)

iwnnnnnnifc J _ t 1 3 2 mm

Fig3 6 nQtHCZZ a 4 ifngtmm$Qftl6 (Case 3 a - X 1 til)

- 2 6 -

JAERI-M 8017

nMJUWUyen1

Fig3 真空 力に よる 応力 の強 さ分 布

CCasel ベローズ第 1山)

ShOh聞が

一

一-yhellip~J J 2円前ト

rベミヘFig35 真空力によるポロイダル断面変位分布

CCase 2ベローズ第 1山)

一一J側一~ ] 白戸

F 〉へFi g3 6 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Case 3ベローズ第 1山)

-26-

J A E R I - M 8 0 1 7

iwuuwnnK

2x10 Am

Fig3 7 mmnmXd ^HamptfOTfrflJ ( Case A)

hnnjinnnniz

2x10 Am

Fig a 8 I I I I ^ M 50npoundcopyraquof r (Case B)

hAIMUlAJ^

2x10 Ahi

Fig 39 laquoSlaquoaiEtf n 4 pound copy (Case D)

- 2 7 -

JAERI-M 8011

lMRIllUWlll

2x10 Alm -

Fig 3 7 鞍型電流ポロイダル成分の分布(Case A)

川馴Jl2x10 Am

Fig 38 敏型電流ポロイダル成分の分布 (CaseB)

阿川2x10 AIm ドー4

Fig39 骸型篭流ポロイダル成分の分布 CCaseD)

-27-

J A E R I mdash M 8 0 1 7

finnnuuuut

F i g a i 0 mreg1gregtlltraquoalt 9Hfa5 (Case A)

nnnnnnnnik mdash J

Fig a 1 1 8 H 1 H 8 A copy cM ^^HHH^i (Case B)

imnnnnwinl J

F i g a i 2 i S t laquo A laquo o - ( ^^^rf i lcopyraquo (Case D)

- 2 8 -

JAERI-M 8017

問剛山k

Fig310 鞍型電磁力のポロイダノレ方向分布 (OaseA)

fyenflJUyenIU1JUU1

Fig311 鞍型電磁力のポロイダル方向分布 (OaseB)

山肌川弘

Fig312 敏型電磁力のポロイダル方向の分布 (OaseD)

-28-

-62

-

3

TO m m a- 9 ~r

0 -V

V

3k

SB

gtdeg

Pres

sure

(

kgc

m2)

IN)

Gi

Pres

sure

(

kgc

m2)

M

9

H

o 3

a

Q 5

laquodeg

IN)

Oi

^ 5r

-gt_

i

o Q

01

n TN) w

Case45

o O

o

Q

ltD

ase

Q ro

i 1

35

24

KkA) Case |

CD -

IN)

0)

IN)

IN)

Oi

IN) 0)

A

IN)

Ul

L I

0 8

M-U

aV

f 』〉肘何回

l冨

面

白

岡

叶

Case 24 3

『ζ

(制

EUyenZ

』コ帥的

ω』仏

I刻 現E

56kA 49kA 18kA

A一ーCaseB--Ca田 A--CaseD

5

4

3

(Eどovこ

自

EコωωEaI

M由1

nng

direction

Rigid

Toroida I

x

鞍型電磁力のトロイダル方向分布 CCaseA B D) Fig313

鞍型電依力のトロイダル方向分布 CCase 1-5) Fig314

JAERI-M 8 017

J T - 6 0 JESSgOJSraquoIBlaquof ( B W ^ v a ^ g i a ^ f f g - - 6 2 )

C 1 9 7 8ltf 1 1 n 2 8 BfS )

I8 ampbull(pound laquobullpound IIW laquolaquoraquogt t o J T - 6 o o K s g H o l S f t copy f fft -gtamp

^ C S i t f t T t d f ^ 1 ) ^ 4 0 ~ 7 0 laquo raquo ^ n - X Z 0 ~ 2 5 raquo raquo gt o pound Sireg J 7ampU 1

B I I B A 1 bullgt -bull bull raquo hcopyl^copyBrte t t H 7 X 7 f i laquo l | g a 4 i 5 0msec i J S olaquoipound-ffl8Sittgtfr - fco

j ^ 7 i bull raquo H i laquo 0 d o t i S S W K raquo f ttlgtAii)iS--o t 4fc 7 5 v$laquol$jpoundSS[ s 1msec laquoFlCltpound5tStSAjiSlil1 SleS7laquoS-plusmn(iSft3^-3fco

jAERI-M 8017

jT-60真空容器の応力解析

(臨界プラズ 7 試験装鐙設計報告 62)

日本原子力研究所東海研究所大型卜カマク開発部

高津英幸清水 正盛山本 正弘太田 充

( 1 9 7 8年 11月28日受毘)

本報官警は現在京研が進めている JT-60の真空容認の設計のうち著者が行なった応

力解析についてまとめたものである解析は詳細設計における真空容器を基本構遊に考え更

に3空機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉 I)ング及びベローズの板l享をパラメトリッ

クに変えて行った(厚肉リング 40~70 1l1lベローズ2 0~ 2 51111) また補強リプ及び

鞍型電舷力用ダッシュポットの除去の可能性更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短

い湯合の検討も行った

解析結果によれば検討した構造パラメータ範囲内では補強リプがない権造でも最大応力

強さは許容応力強さを下回り二次応力に比較的余裕がある事を考慮するとベローズの板厚は

厚い方が安全率を高くとれ厚肉リングの板厚はそれ程影響を与えない事更に鞍型電儲力用

ダッシ a ポットは取り除いても強度的に影響ない事がわかったo またプラズ 7 消滅時定数

が 1msec以 Fになると長大応力強さは許容応力強さを上回る事がわかった

JAERI-M 8017

Stress Analysis of the JT-60 Vacuum Vessel

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Development Tokai Research Establishment JAERI

( Received November 28 1978 )

Stress anlysis of the JT-60 vacuum vessel is reported in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm and bellows thickness 20-25 mm for the structure in detailed design The needs of stiffening ribs and dash-pots against the electromagnetic forces are discussed and also integrity of the vacuum vessel in plasma disruptions with time constant shorter than 50 msec

Calculations show that the maximum stress intensity produced in the vacuum vessel is below the allowable one even without the stiffening ribs and dash-pots And the larger the bellows thickness the higher becomes the safety margin thickness of the rigid ring little influences the stress intensity

In plasma disruptions with time constant shorter than 1 msec the stress intensity exceeds the allowable one

Keywords Stress Analysis Vacuum Vessel JT-60 Tokamak Bellows Electromagnetic Force Plasma Disruption

II

JAERI-M 8017

Stress Ana1ysis of the JT-60 Vacuum Vesse1

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Deve10pment

Tokai Research Estab1ishment JAER工

( Received November 28 1978 )

Stress an1ysis of the JT-60 vacuum vesse1 is reported

in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm

and be110ws thickness 20-25 mm for the structure in

detai1ed design The needs of stiffening ribs and dash-pots

against the e1ectromagnetic forces are discussed and a1so

integrity of the vacuum vesse1 in p1asma disruptions with

time constant shorter than 50 msec

Ca1cu1ations show that the rnaxirnum stress intensity

produced in the vacuurn vesse1 is be10w the a11owab1e one

even without the stiffening ribs and dash-pots And the 1arger the be110ws thickness the higher becornes the safety

margin thickness of the rigid ring 1itt1e inf1uences the

stress intensity

In p1asrna disruptions with time constant shorter than

1 rnsec the stress intensity exceeds the a11owab1e one

Keywords Stress Analysis Vacuurn Vesse1 JT-60 Tokamak Be11ows E1ectrornagnetic Force P1asrna Disruption

J A E R I - M 8 0 1 7

ft

1 12 U A (C 1

2 ft laquoT ft 3

2 1 laquoW( 3

(i) m9r-f-amplktf-Traquo 3

(2) bull-lt bull mdash X - + - hcopy- r Mb 5

2 2 (Wff^lBamptfff i f f l^o^^i 6

3 ISWfeSamptf^^ 1 2

3 1 S J 1 2

(1) laquoyen0T bullbulllaquo 1 2

(2) i laquo T t e amp t t s t 1 2

32 copy a m laquo pound 15

(1) P S r f J l 1 5

(21 S t ^ t t 1 5

(3) WftampWLamptffcM 1 6

a 3 (S tlWU 1 7

(1) 7 X i S ) | i 5 0 m s e c laquo T t ( f i laquo i O i | laquo gt raquo 2 f S - M O f a i ) 17

(2) i s A i F a 18

4 fcgt 0 C 3 4

HE 3 5 f t i l HfcTcSK) y raquo c ^ I I D 7 Afflf y- v h bull -- -rgtlt 3 6

ttSU MARS-MES Affl73XS7degD 7 A I G amptfSUPERPOSE copy

4 bull h -7mdash i T ^ 44

ftSin THREEDI Jktf I G fflV-x bull M h 47

lil

J A E R 1 -M 8 0 1 7

目 次

1 はじめにhelliphellipH H H M H helliphellip-hellip I

Z 解 析手 法 helliphelliphelliphellip-hellip目H H -hellipM H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

21 解析手法 一H H helliphelliphelliphelliphellip-一一hellipM ldquo H H 一一一一hellip 3

(1) 解析手法及びモデル ー-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Ehellip H 目 3

(2) ベローズサポートのモデル化 hellipH hellipM H -ーhellipーhelliphellipー 5

22 解析手1頃及び使用プログラム helliphelliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphellip 6

3 解析結果及び検討 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip u hellip一-helliphelliphellipH helliphellip 12

3 真空力 helliphellipH -hellip一 helliphellip-helliphelliphelliphelliphellipH 12

(1) 解析モデル H H helliphelliphelliphelliphellipM hellipH hellipーhelliphellip 12

(2) 解析結果及び検討 H -hellip一H H M -helliphellipM helliphellip 12

32 鞍型電般力 hellip-helliphelliphelliphellip-helliphellip hellip- hellip 15

(1) 解析モデル ーhelliphelliphelliphellipH helliphellip-hellipH 日刊 15

(2) 荷重条件 hellipH helliphelliphelliphellip helliphellip-hellipH -helliphelliphellip 15

(3) 解析結果及び検討 helliphelliphellipH -helliphelliphellip一helliphellip-helliphellipH 16

33 応力評価 H helliphelliphelliphellipH M -helliphelliphellipH helliphellip-hellip 17

(1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した場合の真空写器への電舷力 helliphellip 17

(2) 応力評価 helliphellipH -hellip-hellipH helliphelliphellip-helliphellip一日helliphelliphellip 18

4 お わ り に hellipH -hellipM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliplsquohelliphellip 34

参 考 文 献 helliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip-helliphellip 35

付録 I 三次元自動メッシュ分割プログラムのインプット 7 ニ aアル helliphellip-hellip 36

付録 II MARS-MES入出力支援プログラム rG及びSUPERPOSEの

インプットマニュアル hellip H H M -helliphellip一helliplsquoH H hellipM helliphelliphellip 44

付録皿 THREEDI及び IG のソースリスト hellipH H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip日 47

111

J AERI-M 8 0 17

Contents 1 Introduction 1 2 Analysis procedures 3 21 Analysis procedures and model 3 22 Model of bellows support 6

3 Analysis results and discussions 1 2

31 Vacuum pressure 12 (1) Analysis model 1 2 (2) Results and discussions 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current- 15 (1) Analysis model 15 (2) Load conditions 1 5 (3) Results and discussions 16

3 3 Stress evaluation 1 7 (1) Case of plasma disruption with time constant

shorter than 50 msec 17 (2) Stress evaluation 18

4 Conclusion 3 4 Acknowledgement 3 4 References 3 5 Appendix I Users manual for THREEDI 3 6 Appendix II Users manuals for IG and SUPERPOSE 4 4 Appendix III Source lists of THREEDI and IG 4 7

iv

JAERI-M 8011

Contents

1 1ntroduction hellipH H hellip H H H H H H H H H hellip 1

2 Ana1ysis procedures H H H H H H H H H H H hellip 3

21 Ana1ysis procedures and mode1 helliphellip H H -helliphellip H H M H hellipH 3

22 Mode1 of be110ws support H H hellip H H hellip H hellip H H H 6

3 Ana1ysis resu1ts and discussionsH H H hellip H H H H H H 12

31 Vacuum pressure H H H H hellip H H H H -hellip12

(1) Ana1ysis mode1H H H -helliphellipH H -hellipH H H H hellip 12

(2) Resu1ts and discussions H H H H H H H -hellip 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current 15

(1) Ana1ysis mode1 H H H H H H H H hellip H -hellipH hellip 15

(2) Load conditions H H H H H H H -helliphellip H -hellip 15

(3) Resu1ts and discussions hellipH H H H H H H - 16

33 Stress eva1uation日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip hellip helliphelliphellip日 hellip日hellip日helliphellip hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellip山hellip hellip hellip hellip hellip hellip日hellip日hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellipリhelliphelliphelliphellip 17

(1) Case of p1asma disruption with time constant

shorter than 50 msechelliphellip一H H H H hellip H H H H 17

(2) St~ess evaluation H H H -helliphellip H H hellip H H hellip 18

4 Conc1usion H H H ~H M H HH H-helliphellipH HH H H 34

Acknow1edgementH H H H H H H helliphelliphellipH H H helliphelliphelliphellip 34

References hellip日 helliphelliphellip日hellip日ldquohellipldquohelliphellip日helliphellip日hellipldquohellip日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip日hellip日hellip hellip日hellip hellip 一川hellip hellip日hellip hellip口hellip hellip hellip日helliphellip日hellip hellip日hellip 日hellip日リhelliphellip川hellip hellip リhellip hellip日hellip hellipH H 35

Appendix 1 Users manua1 for THREED1helliphellip-helliphellipH H H hellip H H 36

Appendix 11 User 5 manua1s for 1G and SUPERPOSE H -helliphellip 44

Appendix 1工工 Source 1ists of THREED1 and 1G helliphellip H H hellipH hellip 47

IV

J A E R I - M 8 0 1 7

1 laquo i tb lt

laquo f i issfcmsi77 x ^ a i s s i ( J T - 6 0 s i iiaciftittialaquo-^t-) amstzm

to-cfc-0 -a i f f ln y t f - y H i B I i c S f f S K c A - ^ - c i ^ o 7deg 7 x-^gj UiAampin copy M^-g

S4ft copyJR 0 poundbulloreg copylaquobullamp fepound(6gpound-toilft f t Jitb X o 5 bdquo

Jf5laquorifiW U M t i L t i B a i E K i J A ^ E ( MltSA ) B i t raquo i f f f f l t 5 H i liXS ( 4 0 0c ) JSGlCfc SfcKilIfetBl-ti-fcitfttb-f ^ copy i S t t l c f i ^ i c t f r t S ^ g S o

W I K S S amp c i a J T - 6 0laquos$Hcopy jE j raquo f f ^ l i JS i c f g2 f$ t tTO5as ^ c t - l i ^ deg - laquo i pound i t f x J I pound t t laquo c s amp - f 6raquo r - f f iampraquocopy i l i npound f f l i l ^fflW^raquoHr-ltraquoAisiS6ltt ^ S f i l f i - ^ n - c i ^ o 8 sect S laquo laquo laquo i l 4 6 r ^ 5 J T - 6 0 laquoSyen^ff l iS t t^Wcopy-5 gt c copy f - t t f f l o r g ^ T o f c i S A f raquo t f f copy S i gt - o ( ^ r t t f c f c f f l T o ftic - f c i e ^ o i a

iE-t laquo SSSlCft f f l - r5laquoSamp0 KSeurof lSf tWlt1-copylaquo-a^fellaquo^ CASME Sec-IE cffiiM-ipoundASFlaquolaquo-fT9o CLT- l iS f f lo iS t t^ f f l lt - Klt pound f L r I ft j y amp y^o-x-copyftcjg^7y MJ bullpoundmAxmVTampfti Sfcjalaquoj ^Ao^smfiaAfli^ bully bull tf bull h-amp0lamplt ajff ittfcjt l^ Ufco g i c 7deg 7 X ffiSSlWf poundraquo)lt 5 0 msec i O H 1

I g amp i O t t ^ t i f T - j t l ^ o f L t reg 4 S t 4 f t ^ J t t f ) 5 SIC t t S C i t ( f t f t I 0 t H R j c S f t S S M ^ D y ^ i C THREEDI ) Vgt4 yf ~J ^ - 7Jiamptf V ~ 1 x ^ S f t t S

- 1 -

J A E R 1 -M 80 1 7

1 はじめに

現在1点研では臨界プラズ 7 試験我慢 (JT-60第I1図に鳥峨図を示す)の建設を進

めており一部のコンポーネントは既に製作段階に入っているプラズ 7 閉じ込め111の真空写l1L_ _ gt_ __ 12)

~に闘しでも各極 Ramp t5 及び詳細設計に 1まいた最終的な設計段階にありプラズ7 挙到J や装

l~ 全体の取り合い等の検討も含めた総合的な設討を進めている

J T -6 0の真空宇李総の僧造は既に多くの報告があるがベローズとJ京肉リングという剛

性の非常に異る権造物が交互に配列されてドーナッツ状の兵士g~辛器を形成しておりまた非円

形断面を街し外荷重として趨高奥宅による大気圧奥ltlJ) 各符電舷力が作用するうえに

MJ温 (400C)運転による熱膨脹も考慮せねばならずその設計には特に慎重さが要求され

る

有限要素法による ]T-60真空脊器の応力解析cf-t~It既に報告されているがそこではベローズ機遊を直交異万性板に置換する事で節点数の鳩加を抑え実用的な時間で計算が可能と

なる様計られている本報告書は現在進めている JT-60真空奔器の設計検討のうちこ

の手法を用いて著者が行った応力解析の結果についてまとめたものであり特に一次応 Jのほ

とんどを占める真空力と鞍型電依力による応力に着目した検討を行っている尚著者が行っ

た検討はこれとは別に製作飽当メーカーで行っている応力解析の純果のクロスチェックに資

すると共にプラズ 7 パラメータやプラズ 7 計調Hへの近接性の向上を目的とする設計変更を

償鋭的に行え得る機そのバッタデータを得る事を目的としている

以 F第 2苦言では本応力解析に用いた手法の実際の通用について述べ更にモデル化及び使

用プログラムについても触れる第 3章ではt1空力及び鞍型電般力に対する応力解析結果を

述べ真空努器に作用する真空力及び鞍型電依力以外の各種荷重も考慮して ASME Sec皿

に縫いた応力評価を行うここでは実機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉リング及

びベローズの仮l手をバラメトリックに変えて解析を行いまた補強リプ及び厳型電舷力用ダッ

シ a ポットを取り除く可能性も検討した更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短い

場合の検討も行っているそして第 4章で全体をまとめる更に付録に本解析で使用した三

次元自動要素分割プログラム (THREEDI)等のインプット 7 ニ a アJレ及びソースリストを i 添付する

-1-

JA

ER

I-M

80

17

e HI

u 0 rH

rH

4J

4J -H

bullH

0)

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4J 4J

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3 6

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〉

開

何

回

Iginfin口同叶

llToroidal Field Coil

21Poloidal Field Coil

31 Vacuum Vessel

41Vacuum Pumping System

51Support Structure

6 1 ~Iagnetic Limi ter

71Movable Limiter

自 NeutralBeam町長ctorl

ゐ

JT-60本体の烏敵図Fig 11

J A E R I - M 8 0 1 7

2 m VT yenbull amp

21 raquolaquofa

(1) raquolaquoT-ftampgtf ^

ofcbdquo i C t l i 5fe-fSgHregltD-5CgI5^^titlaquolffi^BiJtt^W-rSiIlaquoSittS(CE^

i o t ^plaquoT-triraquoe^c^^ttSreg-^ y bJkaamptiSrXtbz^mvampo Hfflwcii ^ o - x - reg 0 i 4H|ampcfSiff ioiSAfflb^t h ^o-x-regi i i icraquoofcff l j tEAraquoj i tffiigt4i iSAreglaquoffllaquoajcopyiiSBic4i5laquo-^nif euroregipoundregfsigpound e4t|5src

ftfcM5ttfficopygfipoundJireg^n-XraquoffC|gLTcopylaquoampfrlt-f Samp-t9 -ltn-xfflcopy

Bgt ft poundraquocopyamp ( RttKcopypoundfipound ) tgta$raquofcopylttpoundsect95pound-f 3reg(i ftic^n

-xcopyiraquocflreg^t6s^secti^laquolJ i i fe(-for i i Llt euroic-copyplaquofr-ii)SlaquofM^copylaquoJ laquot ttiiamplt-fetf 5 pound(copypoundbull ftasffig-p^ HIScopylpoundH-^^copyigifflBicg| briiP^ffl

(i) ^n-xffldjr-ii

plusmn 6 h 6

1 ltgt = ( i + mdash J laquox plusmn mdashr M X plusmn

x + b b h U) 1 lt = a v + M V

M x y

h 2 b v f)

- 3 -

J A E R 1 -M 80 1 7

2解析手法

21 解析手法

(1l 解析手法及 Jモデル

真空容器の応力解析は既に報告を行っているベローズを直交異方性板に置換する手d~と依ったここでは先ず真空容器のベローズ部をそれと等価な剛性を有する直交異方性板に置換

しこれと真空容器厚肉部の等方性シェルとを組合わせて時全体解析を行い厚肉リングと

直交異方性板の変位及び応力を求める更にベローズの局部的な応力を求める局部解析に

J3) _ _ ~ t は応力変換式による方法と ス~ ク L よる方法があるが本解析では前者を用いた

前者は異万性板のモメン卜及び応力とベローズの応力とを物理的に対応づけた応力変換式に

よって全体解析で得られた異方性板のモーメント及び応力を求める手法であり実用的には

ベローズの山中腹及び谷部の応力値しか求まらずベローズの山に沿った詳細な応力分布は

求まらないが応力の最大値は山の頂部に生じる事を考えればその手法の簡便さから非常に

実用的な解析手法であると云える一方後者はベローズの局部を取り出し全体解析で得ら

れた異方性板の変位を局部ベローズ解析に際しての境界条件とする手法でありベローズの局

所的な応力分布が詳細にわかるという長所はあるが計算機管億の制限から数少い節点数で得

られた全体解析の結果(異方性板の変位)から局部解析の境界条件を設定するのは特にベロ

ーズの嫌に曲率の変化が大きい構造物において難しく更に一回の解析では本解析対象の様な

復維な権造物における全体の応力分布が把鍾できず実際の設計等への適用面に関しては問題

がある

ここで用いた応力変換式は以下の通りである

(j) ベローズの山では

t ax ( 1平千)ax 土手 Mx x 下手τ(h2 bw -十)

ム bht az 一一 a+ 一一一 M

bw

1

1

3 t xy + ーで一一 xy

-3-

J AER I - M 8 0 1 7

Ql) ^a-XCDtpmr-li

+ 6 31 m = plusmn mdash - M x + mdash mdash p

t b w t

m ^ j = 2 - y b w

m r - = r x y + - mdash r M x y

i a -XtDampTtZ

gt - ( 1 plusmn 6 h

x plusmn mdashT M x h 2 b

b j j = b h

b w I

xy 2 M x y

1 I $ copy i l f f pound|amp1 2 JScopyi i f f^ ( f i l t laquocopyf t^^ l6 ] (C | t i c r5^ |6 l x = H^te tScopy bull =f ^pound|6] y g pound t t laquo t f f l o 4 -JIgt|6]

t D -XOjfflJlJiOffiH m -ltbull - X + m J amp g b ^ o - X S f f l f i i + - n - X ^ g f i - ~ o -Xf^g iB

4 f c pound2copypoundf(iifccopyStapoundR|-gt-fo h ^ o - x - i i i g copy - ^ ^ t ^ a - x f i i b^ a - X t f - ^ I ( ^ D - x l tdeg raquo -fcopyHft )

- 4 -

J A E R [-M B 0 1 7

1) ベローズの中腹では

占 6 31 mσl~ 士一一ァ M干 一一一一て-p

t bw t

ム bπl t12~ 一一一一一rJ

bw (2)

y

x

M

37

十Vd

x

T

士

τ

m

iD ベローズの谷では

b rJt (1土子)σx土手 Mx士(示 (h2bw --+-)

b bh b ltl2

x一一- rJ 一一一 Mbw

(3)

VJ

X

M

+

y

T

士T

但しここで左辺の添字は各々以下を意味する

1 波の進行方向

2 波の進行方向と板の法線方向に直交する方向

x 異方性板のトロイダル方向

y 異方性板のポロイダル方向

ベローズ山の頂上の位置

m ベローズ中腹 J位置

b ベローズ谷の位置

+ベローズ外表面

ーベローズ内表面

また右辺の記号は次の諸債を表わす

h ベローズ山高さの半分

ベローズ板厚

bw ベローズガース長(ベローズ 1ピッチの実長)

-4-

A E R I - M 8 0 1 7

b ^ a - X tdeg -j f-

I lt o mdash xffi H mdashltK mdash i y tBL c CT-ftEp copyifplusmnreg 2 1 l2(-fSltc laquo3 ^ ^ -7 deglaquoM ilt f f i gt3reg llaquoC^D-7 [ f i

(2 p = 0 T- amp 5 bdquo J T - 6 0 f f l laquo $ g g | i i 2 4 copyIf ft J y t U ^ f f J f - f T ^ a - XAlaquo^ 8 ^ pound Steffi ij

pound IT h - 7 X-frjfcgg U l ^ fffiJ y plusmn 6 0deg-te 2 H 0deg -b 9 9 6 ltr gt pound fig 4 6laquo fraquolaquoT-e(ilaquoKWiclaquot0B8c L i 6 0 deg ^ laquo t l i L raquobulllaquo x ^ampf l f 2 2 g U c ^ f bdquo f ^ l i f l J icopy t^ t t ^ i= ) b o 4 ^ - ^ r a c f i l p f t J y ^6 0deg-te 9 ltpoundgtampamplt a - XSB ^ f t ASgtipound0 deg 4 ^ r f i ( i poundcopylaquobullpoundbull t ( j S c f i F ) pound t f f f l l 8 0 deg ( amp laquo laquo copy laquo pound -0 3 6 0degT 5 o

m bullbullgt bull bull I - A ^ K y ^ - t U T f i t t s t i gicff-fflij g f laquo t t f t f A t yen a S f f l amp f f l - hficopy|laquojfLa5-5o laquo r 4 - K i f t S S ^ C f t 1 5 0 o l i c t f i S 6 0 0m

raquo f t J y^ l iSSt t -C l i f f i l f 4 0 laquo B T 0 T^JfcffisSJ ^ c i ^ t i S S f t t i ^ T MSS J ^ ( i K S S i l copy M laquo i L t ^ i a s a i l ^ f t t L T O S poundyeng ( 9^ -e 1 0 0m i t l i t 1 6 0laquolaquoffl|5$laquorWr5fclaquo) pound 1 1 i C gt f t 5 8 i K S S S t h o 4 2uKi|3 -lt ^poundcopyfscopy3ncopypoundlt ampL o -r c^ iJ ia - i ^ fiKfflfa)ilaquocopyiaix^-xsij filti^ ^ctlS4ff-c-(i z 2 i a c r s i g t t c i q ^ r ccopyfifreg y rs-JROlfcoT If ft y y ^ f t c ^ a - x reg reg a ^ ^ 7 ^ n raquo cgxfcig-S-ic-ooTolt fP^fTt 1 filBj ^reg^4 f f lBJ i6 t tcopy^W fT9o E C copy I SfSAffl bullltbullgt a bull - hcopyl^plusmnfflHJtettfelttW

8yenT Vtzmamp7raquoltamp 2 1 R I - 4 i t o ^ t l S o C C t i B J 7 (i Case 1 copya-l-fltJtlcS

(2) ^ n - X bull - 9 - - h ffl^rMfc 2 2 r a f f l f H C J f t t t 5 g i ^ D - x i i ^ r reg ^ n -f ^ A-tt f f icQMSiefcOT

jgft y y^rtff iA^jio a L f c f - i i u T-c^jf $nro5o c w i J T - e oreg^ agn)Klaquo^D 4 ^^rns^-f LT^sfcA laquotlaquoJii-cesrgtrHiittttreghlt^n-x alaquoa(regz2ia4iregD-Fa5= ast o^ -nffiififflfiEii^-rA-Gregiaf-(iS22 0 c

ampkltDX-amp6o U^ L C copy pound f e - A ( i IC-lt a - ^ i M L t ^ n - XcopyFlt3(ffl^copyg0amp

- 5 -

r A E R I -M 8 0 1 7

b ベローズピッチ

ベローズ断面二次モーメン

但しごこで外圧 pの長は第21凶に示す様に真空E力や Jレープ電流電般力の様にベローズ面

の法線町向に作用する外力に対する矯正項であり鞍型電流電依力の様に|直交巽方性板の法線

方向に作用する外力は既に全体解析で反映されているから局部応力を求める変換式において

は p=O である

JT-60の真空寄器はセクタ型の厚肉リングと U字形平行ベローズが各々 8ケ交互に配列

されてトーラスを形成している厚肉リングは 600

セクタ 2ケと 4dセクタ 6ケから成るが

本解析では強度的により厳しい 600

セクタを対象とした解析モデJレを第 22図に示すモデ

O

Jレは構造の対称性からトロイダJレ方向には厚肉リング 60セクタの半分及びベローズ部の半分

から成りポロイダル断面は真空力 JJt号合仁(或は下)半分の 18 00

bull 鞍型電依力の場合一

周 36 00

である

真空容器ーにはこれ以外に補強リプベローズサポ - ~真空容器支持アーム鞍型電磁力

用ダッシュポットが強度メンパーとして設置され更に計測排気中性粒子入射容の為の

各種ポート用の開孔部がある各謹ポートは真空容器に約 150本っき巌大で内径 60 0 s11I

であるが詳細設計での検討の結果内径 50 0 Jf1Iのポートが厚肉リングについた湯合でも

真空写器の強度に与える影響は殆んどなく各種ポート用の開孔部の効果は無視し得ると考え

られるので本解析モデルからは除外した

原肉リングは現設計では板厚 4011111であり T字形補強リプによって補強されている Tf

形繍強リプは真空容器の繍強として有効な役割を果たしているが主半径最内周で 10 0 Jf1II

最外周で 16 0 JI1IIの高さを有するため第 11図にみられる様に真空容器とトロイダJレ磁場コ

イルとの聞の空間の多くを占有しポロイダ Jレ舷場コイル温度制御膚等の設置スペースを制

約しているそこで本解析では第22凶に示す現設計に加えてこの補強リブを取り除いて

l享肉 1)ング及びベローズの板厚をパラメトリックに変えた湯合についての計算を行い補強リ

プの除去の可能性の検討を行う更に鞍型電舷力用ダッシ a ポットの除去の可能性も検討

した

解析した構造モデルは第21表にまとめられるここで補強リプは Case1のみに構造に含

まれる

(2) ベローズサポートのモデル化

第221司のモデル図に示されている様にベローズはそのポロイダル断面の直線部において

w-肉リング内面から張り出したビームによって支持されているこれは JT-60の真空容

器が非円形なポロイダル断面を有しているため街震が僧すに従って両11性値の小さいベローズ

白線部(第22凶中のD-F部 o 以後ポロイダル断耐の位置を示すA-Gの記号は第22図に

示す位置を示す)において大きな変形が生じ得る事からその変形を抑えるために設置され

るものであるしかしこの支持ビームは単にベローズと接触してベローズの内側~への変形を

抑える役割しか有しなくベローズの外側への変形に対しては全く拘束力を有しない

一方真空容器に作用する外力としては主なものとして真空力ループ電流電織力鞍

~電流電依力があるが前二者の荷重が全て真空容器に対して外圧方向に作用するのに対し

EU

J A K R [ - M 8 0 1 7

|b]fc(i)ff3 J y iffitft[fni b t f e^Sf t C ffl Uffsffi^ ) tt 5 -poundbull ft ^fei LT

lf^ ) vf^W-n ) y ^ copy pound ^ 8 laquobullgtgtlt L t H l f i J t J i j i LrfFffi-f 3bdquo Ofticopylti5

t c b i gt t t ^ D - x i t D - ^ t f - n i i c g U b t i ^ i i j f i b O WWicfo-or

x- bull D- - h ltbullpound lt pound laquo u laquo o gtx egtfts o

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22 S t f ^ S t f f f i f f l - ny5A

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0 j et t i J-rSA4fiEff l i b t H R j c l i i ^ -y ^ D ^ V A T H R E E D I sfiE(Cfflon bullCfcOlfttteRSfe S t i r OS ft $8gttttktiSMibZt3tiMK1k-ofrltDigktikfrg$Ztizt fcfe7n^7Acopy^iEK(iffb07or7Acopyffgg4-fi-ofco

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laquo A M C 7 D f 7 A I G^fffiKbfco X (5)copylaquoaBliglaquofKcopy7D^7A MARS-

SUPERPOSE (MARS-MES copyttiTfc3JS bullpoundampffllaquolaquopoundpound-fS3poundfT7pn7A )

- 6 -

J A E R [-M 8 0 1 7

後者は第23図に綴式的に J-yenす織に 1つの厚肉リングセクタに着目した揚合 トロイダル方

向にはl苧肉リング中央面を対称而にして左右対称(但し符号は逆〉な分布を持ち全体として

厚肉リングを厚肉リング中央の主半径を中心として回転させる力として作用するいずれの街

電においてもベローズとベローズサポートは単に接触しているだけであり解析において

もこれを筏触問屋重として解く必要がありまた鞍型電銘力の場合の織にベローズとベロー

ズサポートが全〈筏触しない事も考えられる

これらの問題点を解決するためベロ-~とベローズサポートそ第 24 凶に IJ す様にモデ

Jレ化した即ち

U) ベローズサポートの厚肉リング側は ~手肉 1) ングからのオフセット匙と郎併定数とで

メンパーを定義しその節点は厚肉リングのシェルと共有する u (第 24凶中の節点 7-

1 2 )

j) ベローズサポートのベローズ側はベローズの等価安方性依と[gt行に新しいビームを

定義し (第24図中の要素⑫~⑮)シェ Jレとビームの対応節点閣に倭触要素を設ける

(第2 4 図中の要素~)

ii) 接触要素は始めに剛体(軸剛性のきわめて大きいトラス部材)として入力し解析を行

つ

ωGiDの結果より剛体接触要素の軸カが引張である楊合そのトラス材を柔要素(紬岡IJ性

のきわめて小さいトラス部材〉に変更し更に解析を行う

ゆ 更に帥の作業を行うが同時に柔の筏触要素の軸力が圧縮となったものについては再び

剛体に戻す

これを要素変更の必要が無くなる迄繰り返す

以上の (i)~ωを踏まえた解析手 )1腐を2 2 に示す

22 解析手l頓及び使用プログラム

JT-60の真空容器の応力解析に対しては備選解折汎用プログラムMARS-MES 及ー (51

びそれに対する入力生成用として三次元自動メッシュプロタ 7 ムTHREEDIが既に用いられ

ており設計に反映されているが設計検討を進めるにつれ更に幾つかの機能が要求されてきた

ためプログラムの修正或は新しいプログラムの作成を行った

前記プログラムに含まれず新たに要求される主な機能としては下記のものがある

川 分布荷重(鞍型電位力俗気リミタコイ Jレ反力)の入力

(2) ビーム要素の入力

(3) トラス要素の入力

(4) 平行ベローズの要素分割

(5) 異方性板の応力値からベローズ局部応力への変換

この中で(1)(2)(4)の機能に関してはTHREEDIの機能に付加し(3)は汎用性が少いため倭触要

素人力用のプログラム IノGを作成した又(5)の機能は原倒既存のプログラム MARS一

SUPERPOSE(MARS-MESの出力である応力変位の線形結合演算を行うプログラム)

-6-

J A E R I - M 8 0 1 7

copytplcftSnLto ltpoundJ filt3fltRcopy9 mMMM ft l ifilaquolaquotraquotff 7o 7 A EDDYTORUS6

T-Jt t sn5copy3raquo eurolaquo tEcopyt tlaquo l - L-t Aft LT O5o mVrltrgty o - bull fbull - ^ $ i 5 H i t amp -f raquo 7degiclaquopound - T ft laquoTf-laquopoundlaquoampbull- a ltgt (i) ^ T - 7deg 1 ( fiSfflr n 7 A THREEDI ) MARS-MES ^ copy A r t f - ^ t B g c f 1J8 PS T- 0 W laquo J ^ H n - x o f f i ^ 93gamp

yffiift-r-copy[amppound ff-5 o Cfflfg ffiiftampft^K^j-e S t i t f amp reg Jit c i kg erf copyEA Altftffl L fittlaquot J i =bull -f ^ K ^ T amp t l i i laquo m J i 9 3 4 ^ ^ ^ ^ f f l ^ c D g j R l - S ^ ^ mVMampftX-foiUl EDDYTORUS T-flf n fciKSMStcopy deg -f ^ Afalaquolaquotreg8poundf laquo gt j i c amp L T laquo - reg J R c E ^ J t LTftffl J t J bdquo

(II) 3 f 7 2 ( ffi ITJ 7deg a J 7 A THREED I ) MARS-MES ~~C0Kftr~ tfigfflfjj 2SPampt0 ^ f 7 1 t t S J f t t f - J C f

- A f j f - amp t f f pound K F f - J lt pound f i - l t J n t 5 o OIP X -r 7 7deg 3 C (pound ffl 7deg a 7 A I G ) MARS-MES ^ copy A - r - l pound copy reg 3i2fiST-0 gt X f raquo 2 t t f f i S n t f - C S

I S J | i i 5 r 7 X g | t ^ t l i f t I t 5 f - A g S i f f i f i f - 0 A A f T T o ltfl ^ x v-7 4 ( CPU ffiffl ) -r - 7deg 3 T t l S ^ t l t - Agjgf-- copyiffife^ttfflcopy-alaquoiEo (V) x-r -7deg 5 ( fitffl-a 7 A MARS-MES) tfampZtlTZT-fiZAt) LZfcftWI$TampfT7o ^ D - X I - t K J c S ^ f t ^ i LTJR0amptgtlpoundo M X f 7 7 6 (CPU fpoundffi ) MARS-MES (ClaquotSlSraquofTff le ~ deg - T pound J $ tr - A copy b 7 x g copy tt jg T

5fefflraquosnii ^ffl b 7 xgjgcopyttHi j t tlaquo-~o i LTfftf MARS-MES C laquofc 5 IS A flf pound fTTo ftyenSTcopypound pound copy I- ^ S S c E l i j i l f f f l OfcfliampfiStfcopy b 7 glaquobullraquo ltcsect i Lxmcftt-ftMW-irff^o d -5 I t W i o x f 7 7 t S t g l copy laquo i i f i t pound ( ttSampHOii-f o

W x r bdquo 77 ( ffiffl7 a 7 A MARS-SUPERPOSE) MARS-MES CJ5)poundj)yen4ffcopyregKiglaquo-Ayjt b r g pound M copy IE ft pound ^ o - XfflU

a5WttJSAffl(Cpoundfi|-f 3o

- 7 -

JAER[-M 8017

(61 の中に付加したなお分布荷曜のうち鞍110草儲力は渦電流解析プログラム EDDYTORUS

でilt1される鞍摂電流の値を廷にして入力している

解析の 7ローチャー卜を第25闘に4ミす各ステップに従って解析手順を紙説する

(j) λ テップ 1(使用プログラム THREED1 )

MARS-MES への入力データ守ー成の第 1段階であり陣内リングとベローズの節点要素及

び街喰データの牛ー成を行うこの際街盈条件が真空力であれば各要素に 1kg叩F の圧力

がれ月1し健気リミタコイ Jレ反力であれば舷気 1) ミタコイ Jレ支持点相当の要素に反力を与え

級if司i感力であれば EDDYTORUS で計算された鞍~l電流のポロイタル方 IIacutel]電流w度を電

信]に変検して各要素に圧力として作用させる

(nl ステップ 2(使用プログラム THREED1 )

MARS-MESへの入力データ生成の第 2段階でありステップ 1で生成されたデータにビ

ーム要素データ及びパネ支持データを付け加える

uiT ステップ 3(使用プログラム IG)

MARS-MES への入力データ生成の第 3段階でありステップ 2で生成されたデータに綾

触要素となるトラス要素とそれに付随するビーム要素と節点データの入力を行う

tv) ステップ 4( CPU使用)

ステップ3で生成されたビーム要素データの端末結合状態の一部修正

(ゆ スー手ップ 5(使用 4 ログラム MARS-MESl

生成されたデータを入力して応力解析を行う o ベロースlii宣交異方性板として取り扱われる 0

wT スチップ 6(CPU使用)

MARS-MES による応力解析の結果ヘローズ支持ビームのトラス要素の軸力が張力であ

るものがあればそのトラス要素の軸剛性を ~O として再びMARS-MES による応力解析を

行う解析の結果柔のトラス要素に圧縮力が作用した陽合は再びそのトラス要素を同IJ体に戻

して再び応力計算を行うこうしてMMのステップを要素変更の必要がなくなる迄繰り返す o

WIO ステップ 7(使用プログラム MARS-SUPERPOSE)

MARS-MES による応力解析の最終結果を入力として異方性板の応力値をベローズの局

部的な応力値に変換する

-7ー

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 2 1 I S f f ^ - mdash Jg

Case Thickness (mm) Rib Case [ Rigid ring Bellows

Rib

1 40 20 Yes 2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

Bellows ^ ^ ^

vl W Vi

u bull- u ii

r Y v ( a ) Vacuum pressure (b) Electromagnetic force

Electrons gnetic force (Saddle-like current) (Loop current)

F i g Z l ^ deg - X l c f f ffl-f bullSfl-

- 8 -

JAERI-M 8017

Ta b I e 2 1 解析ケース一覧

Case Thickness (111m) Rib

Rigid ring Bellows

l 40 20 Yes

2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

- lsquo司 -h

4 +-41--

(0) Vaωum pr邸ure ( b) Electromagnetic force ElectromJneticforce (Sa剥le-likecurrent) (Linfinp current)

Fig21 ベローズに作用す-o外力

-8-

JAE RI-M 8 0 17

Vacuum vessel support a

Bellows

Rigid ring

Dash-pot

Rigid ring y ^rv

Rlt890 RlSiQmdashJgQ

F i g Z 2 laquo yen 8 t 7 J U

- 9 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

Vacuumvl

1盤金 ゴR坦霊ムJFig22 解析モデル

-9ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Bellows

Fig23 ampampregicftmtzmmmmxltnmM

|

Orthotropic plate 1 Lm-2-i3_3-lt5-4-ipoundgtl5

Bellows

Bellows support

O Shell element bull Beam element O Truss element

F i g 2 4 ltltn -X bullbull$bull- h07nik

- 1 0 -

JAERI-M 8017

Fig23 真空容器に作用する鞍型電磁力の模式凶

o Sh剖lぬ『鴨川

口民amelement cコ TnJ話剖em創世

Fig2 4 ペローズサポートのモデル化

-10-

J AE RImdashM 8 0 1 7

START

is QSiC data X STEP 1

Beam I Restr I gtlt

THREEDI

ZEZ

X

Eddy current

Data STEP2 THREEDI

bellows | support

STEP3 I G

IE STEP 4

CPS

^

Data

Data

STEP5 MARS-MES

bull STEP-6

CPS

STEP 7 SUPER-POSE

(3J5Jpound) Fig2 5 J T - 6 O K S g g r o j S A I S t f m

- 1 1 -

JAERI-M 8017

飽yen

yen

yen

組

個

Fig2 5 J T -60真空容器の応力解析手順

-11ー

J A E R I - M 8 0 1 7

3 bull JKtfftefJIIamptfampg

3 i mampgt

mm7rnifts22iatcnro2laquoc i- CM ^S|6]C6 odeg-fe ^ racfi gtj y rreg i 2

- pound bfco gjgtf-ffltt h o 4 fj^ftfaicon - X pound 5 8 1 Ipf3 U y poundbull 1 0 raquo]copy 1 5 ft 91 o 4 ^ f t i p j c i i 3 o ^ H f f D t i ^ a

4 fc laquoffiS3gcopypoundl(2gt Sf i J gt ffiffiicgiBSftT u 5 laquo 3 g g pound f t T - A copy(pound Off o SSi I^ |pJC2Si t n -Clgt5laquol laquo iraquoAff l5- y =bull bull Kifpffl L i l m-gtTW 2 2 Htp copybulllt-pound amp (i ki = 0 ka = 4 0 ton k j = 2 0 t o n trade t 4 x 5 raquo i l CC

i^fif tf tf i ^ T copy S ( C l k g r f n pound E H T | x t (2) PtfffelftamptfampM Case 1 copygEffiajpoundSampa 1 ElA amplaquoamp a 3 ENc^-To - c - t fHlaquo( i5ccopylaquoSg8icopy) l t tlaquo -

laquo t gt b JfflHlaquoftilaquoIEif5gfecopy)lttS5-f o ^ a l i l i l f t i y T - copy y - z [ p l pound f i f l J S t E 3 8 S copy l--7Xamplft(Cltfc0lf fc J gt fC(riC^slaquol 4 fc KSSBsXr t T -

ltt I t h -v ia3firtffll(csta1 So ft-s-ctfn 4 ^^ttBASB-eiiS^fflffiffi 27 raquo pound b GaJ^fe^C-Afflfc--f h - 7 X pound g ^ l 6 l r t f l l ^ S f i f f S 9 3 2 g | ( i tfrt J gtlaquoamp ( i t k ^ n - X S 0 ) copyy - z^lpJSe^ftf amp^-t o tftM^jUgTffiAoBfflh-v poundaraquoi6]rtffll^copy^lt4(ilaquoffiSSl5E^r-ampo ffl^ i y copy a r - ^ ^ J s $ lt 4 o t o i 4 GSBT-ii h-7xpound^g^lSi^tf iJ^^ffJ l t i gt 5 i ctitiW-m ) y^fcfpffl-TS^

Aict sues j y tjn gpreg h-7^poundg^i6][3ai^ffls^i ff-ft v y ^ c i s s s i fiFT-Acopyjt^laquo(iKplusmnlaquo fecopy-c5o if a 3g | iCf - r^D-xt tJcopyy- z^i6]^fi^fltgt raquofi ) yrffliSlaquocopyffi(6j-ampTbrjoiP^raquofficopyglaquoS^otiamplaquotgtLrolaquoo nlt ^ ftiEScii - lt o - x bull + - i-alaquoipfltg y y^gt^0ffl brf j copyIE^laquo-agKfflii TfcO gt 2 5 raquo raquo g 8 copy S f t F 0 i ^ o t u S f i i W ^ o

Case 1 (i l toi4lKAraquo(Jcopy-laquollaquo-rega4BICp-ro Cftli lt deg - X 1 0 J copy ( S A laquo S f t ttgt0 h - 7 xi^gf t is iSf l^cAas-es^ff l i i a 6kgraquo2 t b deg 4 ^nftfficopy

Case 1 ~5copyraquoyeniffamppoundS5 3 Z g laquo i raquo ffiffiCM b T i i pound amp laquo ( n 4 ^jnffiffi AfiBamptfE raquo copy laquo laquo Oo Case 1 Cli Hlaquofi V 7 K J 0 JJC 13 ) ^ S O E S B f f l S f t T t f O

- 1 2 -

JAER[-M 8017

3解析結果及び検討

31 真空カ

川解析モデル

解析モデルは第22凶に示されている織にトロイダ Jレ方向に 60セクタ停肉リングの 12

ベローズ 1スパンの 12からなるポロイダル断面はその対称性から k半分のみを解析モデ

ルとした要素分割は トロイダル方向にベローズを 5分割厚肉リングを 10分割lの 15分

割ポロイダル方向には 30分割行っている

噴界条件を第31表に示す o 対称構造対称荷重であるから境界条件は対称条例を与えた

また真空宇手器の支持はら厚肉リング端部に設置されている真空容器支持アームのみにより行

い鉛直方向に 2本設けられている鞍型電磁力用ダッシ a ポットは作用しない従って第 Z

2図甲のパネ定数は kl= O k2 = 4 0 tOnIIII11 k3 = 2 0 tonlI111 と与える似lしここ

で座標系は第 A 1図に示すオプリーク(局所)座標系で与えている

荷重条件は全ての要素に lkgcm2を外圧として与えた

(2) 解析結果及び検討

Case 1の変位分布を第31図から第33図に示すここで太実線は元の真空容器の形状を

表わし網実線が変形後の形状を表わす第31図は厚肉リング中央での y-z方向変位分布

を示す真空容器のトーラス効果により厚肉リングには求心力が働きまた真空容器支持アー

ムは惇肉リング端部に設置されている為厚肉リング中央部に対する拘束効果は小さ Lから全

体としてトーラス主半径方向内側に変位する従ってポロイダル断函A部では巌大の変位27

を示し G部でも求心力のためやや卜]ラス主半径方向内側へ変位する第 32凶は厚肉

リング繍(設もベローズ寄りの y-z方向変位分布を示すポロイダル断面A部のトーラス

主半径方向内側への変位は真空容器支持アーム及び補強リプの効果でやや小さくなっている

また G部ではトーラス主半径方向外側へ変形しているがこれは厚肉リングに作用する求心

力による厚肉リング中央部のトーラス主半径方向内側への変形と厚肉リング端の真空容器支

持アームの支持効果によるものである第33図に示すベローズ中央の yーz方向変位分布も

厚肉リング端と問機の傾向を示しており卵形断面の自然なつぶれを表わしている o ポロイダル

断函 E$にはベローズサポートが厚肉リンクーから猿り出しておりその変形をある程度抑え

ており 2 5鵬極度の重量れ下がりとなっている事がわかる

Case 1における応力分布の一例を第34図に示すこれはベローズ第 1山の応力強さ分布

でちりトーラス主半径方向最内周のA郎で辰大値 12 6 kgllllllzを示しポロイダル断面の

ほぼ全域で 10 Kglllz前後の応力強さである

Case 1-5の解析結果を第 32表にまとめる変位に関しては全体的にポロイダル断函

A邸及びE部の値が大き POCase 1では補強リプにより事肉リング端のE部の垂れ下がり

が抑えられる為ベローズの変形もある程度抑えられ結局求心力による A部のトーラス主半

-12-

J A E R I - M 8 0 1 7

ffi^lfilrtflJ^rogamp^S^iteSo Case 2 ~ 5 T-li ISreg J r ^ y i ^ WW J y -pN Ti l

iSreg copy E $ iTAlt0poundraquopound lt tpoundZo Sic deg 4 A-|S] copyfl i clf g bfc tgamp ^ deg

lto -XcopyltglP ^ 0 ( ihM pound 8 0laquoraquo ) 2 5Wraquo ( UjiS pound 7 0raquo ) (Cft bamp 49 4 6laquoit

A5bdquo iDt I b l i ^ D - X l f j ^ffllaquorigrC- y hCft^0 fitotCase 2 4 T-(plusmn

IV-03 y y ltSIyenAlaquo7 0laquoraquo-T-ecopyD4^jyi6]copyfttrHi]ttas^o-xcopytftplusmn0gtcilAgt

-poundD-X4ifficopySfiAse^ilaquoa (ff 15 0i^tCase 2 copy tt 5gt Kg ) bdquo -gtj Case

3 5 r-i i rats J y sif laquo 5 omt co D -f ^^^iPiroiftifwttii^ o - x copyot i t is

laquoS blt a o ^ n - x bull bull - h copypound($icj OW lH y^ffi-c^CiAg^ti5 ( | 1 6

Hlc^-rCaEe 3copypoundfiEjjII ) o

Case 1 ~5 KiteorfE8 copyft^fflli-irT- a - Xreg 1 iJj copy h - 5 x poundbullpound j$fr |h]lrt If

Affiic4ii5bdquo i g i c i 0lt n - xc4 i iS fE ( i ^regIEtlIH$ampfl)4oi-ijbtilaquoo

(i) ^CJ5IIS U y^copy l--7xpound)igrtfflJ-vcopygffiicjS fccopybdquo L f r tc f tHI t

sectsectSpoundftT-Alaquo0copylGipoundampfiFOo (jj) -lt D - X ( I x l l t t f i ) t f f f i J y copy a -f ^^^|6]reg8iJtta^bft liStf a 4

ltjiD - lt D - x reg f f i i c f l j lt K s j c i i ^ o - x reg 0 j reg f f b o bid pound 0 4 1 3 ferego

(V) n -( JKBv tS T CD fg (C J pound bfflo

hie( i)~Wreg-5gt(i)~( l iDl ipound(e I- D -f ^ j |6] copyJS2H- W i deg 4 f ^UfaofotHzm^-

t s wpsii3iiipoundiwidjftfpound^o-xsMiijc4b3eAfii3pound^poundAs I -M ifijcopy tS-escopy-c (i)~ltiiDid i o T 4 b 3 pound copy laquo laquo pound pound TcopySpoundcopyg4SHpound$irt1-3 o

tfe 3 l iS copypoundlaquolaquobull t s ^ D - x lOjfflASicSfl brfT^fco

(OicksiEAfilPW y idj 3^ deg -xcsfflESiic j -gt Tft b3 feffl-efeS^b l-f-

bullJ y^ojftfftficj o D -xic56ft-r5is^lS(H L t igts eS^Tif^ J y copy$gtit

c5o MtraquoUiiJ0-ltdeg-XC4-f3JStf0 KffiAlc J3Jffc V y copy x [6]poundftttpound ltSi

t t 5 tdlicj SlSSffi |-J9ciS-e(6egttt3o

tJ 1 = C o bull 5 i 5 o (5)

iseftlaquoT(-jslaquolaquoi t fffflraquottKiteijlaquotf-etfo 5o =tosa3laquocopyig poundpoundi f3o

( i i ) i dJ 3JS f r ( i t t f f plusmn f ^T -ampo2 Hpoundreg3yen t i c ^ ^ deg - x copy f t i f fflttD twm ttfflttpoundW-3laquortftffapoundakcopytiffifEp bull pound laquo pound - ltSic4bf t^ l iSAI i

6 Oi = mdash mdash M (a)

- 1 3 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

径j向内側への変位が厳大となる Case2 ~ 5では補強リプがない為厚肉リング内では

端部のE部垂れ下がり変形が大きくなる更にポロイダJレ方向の曲げに着目した坊合ベロ

ーズと等価な剛性を有する平板の仮厚 t事は次式で求められ

t = ( 1 2 ~ b y (4)

ベローズの板厚20 (山高さ 801111) 25開(山高さ 70 RllI )に対し各々 4 9 4 6 JlIIで

ある但し Ibはベローズ 1ピッチの断面二次モーメントである従って Case2 4では

l区内リング板惇が 70でそのポロイダ Jレ方向の曲げ同1]性がベローズのそれより大きいため

ベローズ中央部の変位が録大となる(第 35図に示すCase2の変位分布参照)一万Case

3 5ではP事肉リング板厚が 50lllでそのポロイタルj向の曲げ剛性はベローズのそれとほ

ぼ等しくなりベローズサポートの支持効果により厚肉リング端で変位が長大となる(第 36

図に示す Cafe 3の変位分布参照)

Case 1 ~ 5において応力強さの最大値は全てベローズ第 1山のトーラス t半径fi向長内周

A部に生じる真空力によりベローズに生じる応力はその発生原闘を次の 4つに分け忘れる

(j) 求心力による厚肉リングのトーラス主半径内側への変位によるものしかもこれは真空

容器支持アーム但りの回転成分を持つ

j)ベローズ(直交異方性板とl亭肉リングのポロイダル方向の剛性差から生じるポロイダ

Jレ断面の変形差から生じる相対変位

QiO ベローズの腹に働く真空力によるベローズの山の押しつぶしにより生ずるもの o

(v) ポロイダル断面での変形によるもの

t記(j) ~QIOgrave のうち(j) ~OiDは主にトロイダル方向の応力に QlOiポロイダル方向の応力に寄与

する本有限要素法解析によればベローズ第 1山に生じる応力はほとんどがトロイダル方向の

応力であるので (j) ~QiDによって生じる応力の槻算値を求めてその応力の発生原因を検討する

検討は最大の応力強さを生じるべローズ第 1山のA部に着目して行った o

(J)による応力は厚肉 Ijングによるベローズの強制圧織によって生じるものであるからI享肉

リングの熱伸びによりベロース1こ発生する応 tl1~顛似している従ってi享肉リングの熱伸び邑00 熱伸びによりベローズに生ずる応力 o真空力による厚肉リングの x方向変位量を Oとすると0)による応力 oは次式で求められる

O = OO O (5)

本有|現要素法解析による結果 Oと詳細設計における計算結果 O bull Oより第33表の結

果を得るJ3)

ODによる応力は弾性床上モデルで良い近似を得る事ができるベローズの曲げ剛性Dと等価

な剛性を有する板f分布ぱね定数kの床上で分布荷重 pを受ける場合板に生じる般大応力は

次式で示される

6 02 一一了一 M (6)

t~ b

-13-

J A E R I - M 8 0 1 7

ltn L M = - D a 2 A s i n h 0 s i n ft + D a 2 B cosh 0 cos

~fr) A = -apound 2T

D = b t i E

1 2 b w C 1 -lraquo )

A = -p s i n h ^ cos 0 + cosh s i n 0

k s i n h cosh 0 + s i n A cos 0

B = p cosh 0 sin A - sinh 0 cos A k sinh 0 cosh A + sin 0 cos A

r5bdquo raquo $ laquo bull raquo copy pound pound pound 3 3 laquoic-fo (Midi 5 JS A l i s 3 Ult (i)~(3)iUCfgtTJSpoundJftipoundcopyttEp(Cltfc5fiiiEJaicffli-3-5bdquo MP

^ t f E ( i raquo S T $ n 5 o

tf3 = _ ( h b w _ _ L ) + - A (7)

S3 3SC(i| SS^S( iyenWr- i i6en f teSfeSfH+TdUr5As iffiltplusmnifcR(fiampo - f t U l S o feffaOmO-to-X-cMi ( Case 1 ~ 3 ) lt a - XtDMLIZ frfr 6 jfcg

fflfflfpound4fij 0 C 5 l S laquo O o - M l i S B O J n - X - C l i ( Case 4 5 ) -pound copyff icrMtt f f lJtJn^amp^a -X f f l | | i c^^laquoKSic j ScopySBt t t t lSAI iraquos i 1 4 i c g a $ t i 6 A iSii^roiWttffl icDiiAnctij Agpw^i -W^ ) gt rlto h n -f ^ i a ]g f icopyApound i ^ raquo

(i)icjlaquojs)ltiaiin-rSo b^ fe copy ( - t S f E A l i ^ D - T r - e s s i s i j j i B i t l i - r ( D i e t s f t amp pound copy lt amp amp o t pound f t amp f t T - ( i raquo i t i t pound o amp B f i ) v r t ^ a - x f f l raquo l t t f f i - amp ^ i i T ( i i ) fcltfc4JEamppoundlaquoraquoKjlc0 t LT tgtJS t t l i S t i f i laquoF l - l i F t f t tOo U^LOiOiCt^fEA

- 1 4 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

f1し M=-D α2 A s i nh ft s i n ft + D α2 B cosh ft cos ft

α=(士)1パ

D= 1 2 bw ( 1 -12 )

b t~ E

αE ft=一一一一一

2τ

A = _ p s inh ft cos ft + cosh ft sin ft 一一

k sinh ft cosh β+ sin fi cos fi

B p cosh F s i n p-s lnh Fcos J7 2 一 一

k sinh ft cosh ft + sin ft cos ft

である数値計算の結果を第33表に示す

iDによる応力はまさしく(1)--(別式に示す応力変換式中の外圧 pによる補正項に相当する o 即

ち発生応力は次式で示される

(7)

数値計算の結果を第 33表に示す

第 33表には本有限要素法解析で求められた結果も併せて記しであるが両者は比較的良い

ー査をを示している仮厚20のベローズでは (Case 1--3)ベローズの腹にかかる真空

jJによるベローズの押しつぶしによって生じる局部的な応力が主であり次いで犀肉リングと

の相対変位により生じる応力が大きい一方板厚25開のベローズでは(Case 4 5 ) そ

の曲げ凶IJ性のt曽加からベローズの腹にかかる真空による局郎的な応力は約 14に軽減される

が逆にその剛性値の憎加により A部の様に厚肉リングのトロイダル方向変位の大きい部分

ではそれによるベローズの圧縮に起因する応力が主となる

この嫌にベローズの板厚を薄くするとQiDによる応力が急激に噌加し逆に板厚をl事くすれば

(1)による応力が僧加する o しかも Qij)による応力はベローズである限り避け得ず(j)による応

力も~在の機造及び支持条件では避け得ない為 ~事肉リングとベローズの剛性値を合わせて (ii)

による応力を鯉惣的に Oとし得ても応力依はある値以下には下げ得な Lしかしowによる応力

が 14になる事からポロイダル断面全体に渡って応力が軽減されるため奥空力に関する限り

仮I事25輔のベローズの方が当然の事乍ら有利である o

-14-

J A E R I - M 8 0 1 7

52 tzmmmj]

11) raquo laquo T f l

ampampbull(amp tl left amp Si JJMST tzmlt^tz-r igt9S pound 2 El ic- f ampcopy-ampbdquo ffl L n -f ^ f fnMftMcopyig^poundf tcopyHspoundrtlt l U i ^ c n ^ H ^ f t n 4 ^^yi(ijc3 6 odeg copyltfe$ raquot bfzo SJETMIJfcasAfflW^tiaittsaji ^ i i o deg -f ^jifimfsreg6 o gt

laquo S $ f t 4 S i 4 S i $ t a 8c-S $ pound fin 2 3 i a i c $ pound M i c ^ i m c ftftffijifiteictt t

i o T i f l J f t ^ 8 ^ 1 2 2 H 41 copy lt amp St l i k = k 2 = 4 0 o n ka = 2 0 ton

(2) l i i f t laquo ^ S ^ laquo t ^ 5 j copy S S ( i ^ copy ^ e i S t S f i S T 0 X--7CD^laquollCgpoundoTlaquo 3 5 laquo copy a 0 6

(2) (7K8)

laquo5 f f i C i fa U J tpound laquo 6 E f f l ^ t i S copy ( i C a s e B copy71 5 X-7 poundgt pound1 bull $- J ( 5 5 kA ) Hgt-JCase Acopy7deg7 lt 7 f 5 JtifffAHt C 4 5 k A ) Case Dcopy7deg v ^bull^rtfflJfBlaquoB C 2 4 ItA ) T-4 7 I tefc c - C 7 7 ^ 7 ( S a ) J i l i a ( n-laquot|=gt-f ^ copylaquolaquocia)Ss5fcregltt urtf-stsn-coSo laquoampcopyfSW-efeV7X^Mlaquofliiof ^a ifri-f n-copyamplaquoraquopoundbull a-fa-

- ttQftVkofctiMifrtcamp^xtt copy i f laquocopyte tlt ipoundpoundgt i f tk te eltltpoundf to A ^ c c t ^ S f l KSlaquoff ipoundcopyftt f iampyfrcopyregf fpoundfT ltgt tits c c t K U f t i R I

35 3 7 1sect1 A^b St a 9 El IC Case A B D Cfctt S $ laquolaquopoundcopy n 4 gt pound Id] ft pound flt Tlaquo M( i |cSlaquolti 5 1- deg 4 ^ ^ f a l amppound pound SIS 13 J ^^laquog(Cgt-iSlaquoSlaquoSlt ( laquo laquo S S - t r laquo gt copy a -f 2^fipoundT-0 ^ copy S i A f l t i Case A B D^S- 6 2 7 8 32 kA m t f c i Case ATMi ^ copy laquo laquo ( i a -f gtltamp fi ES5 l e t t pound W IC HJ qg J ^ - C l f t S i i ^ C D ~ E a i copy laquo laquo t S K l laquo O o Case B f l t laquo laquo copy t f - 9 tt I - - 7 x t ^amp f l f l l l cSFD ESSofcSfEffiKfiM lttt 5 Cf t lcS LCase D f C i Sic h - 7 pound

grtffliicgofclaquo-jiclaquos ti5Bc deg -lt ^^wfffiE~Ga5-eiiasip]copyslaquocopylaquon^

egtlaquoE^tlti^jgtii-3fcfcffltttao st31 oia^est312 0ic st37Ei^eSf 391a

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- 1 5 -

jAERI-M 8017

52 鞍型電磁力

川解析モデル

鞍型屯総力に対する応 j解析にlいたモデルも第22図に不すものである mしポロイダ

ルIOiI討対称耐の犠界条件の設定が難しい為これを避ける為ポロイダ JレjliJに 36 00

の令周

モデルとした要紫分割lも真空力の嶋合ι と[jjjじであるがやはりポロイダル jJ向は倍の 60分

割としている

続界条件を第 34表に示す鞍型Ii依力は第 23図に機式的に示す傑に対称備造物に対し

て逆対称荷電が作用することから境界条件としては逆対称条件を与える o 更に真空手日告は

E正常得器支持アーム以外に動荷電に対して支持効果のある鞍型電依力用ダッシュポットに

よって支持される従って第22図中のパネ定数は k1 = k 2 = 4 0 bull on 1畑 ka = 2 0 tOn

1111と与える

121 荷重条件

真空容器を流れる渦電流はその誘起原因となるプラズ 7 の挙動に従って第 35表の通り 6J21 _ ~ _ _ bull _ CU81

つの場合に分頴され石渦電流は各場合について詳細に検討されておりループ電流と鞍型電

流とにわけでその録大依を第 36表の様にまとめられる

鞍型電流に着目した湯合電流f直が最大となるのは CaseBのプラズ7 立ち上げ不着火時で

あり(5 5 kA ) 次いでCaseAのプラズ 7 立ち上げ着火時(4 5 k A ) bull Case Dのプラ

ズ7 内側消滅時(24 k A )であどなおここでプラズ 7 消滅時にはポロイダル磁湯コイ Jレ

の遮厳効果があるものとして計算されている以後の解析でもプラズ 7 消滅時はポロイダJレ磁

場コイルの遮蔽効果を考慮する

一方氏宅待器の応力解析においてはその荷重の絶対値とともに分布も重要な意味を持つ

からここで勝型電流鞍型電磁力の絶対値及び分布の検討を行うなおここで取り扱う鞍型

電流値は省限要素回路Jllこよりその値が最大となる時刻のものを取り扱う o

第 37図から第39闘にCase A B Dにおける鞍型電流のポロイダル方向分布を示す o

値は鞍型電流備がトロイダル方向で優大となる厚肉リング端における鞍型電流電流密度で表

示)のポロイダル成分でありその長大値はCase A B Dで各々 627832

kAm てある CaseAではその最大値はポロイダル断面E部に生じ全体的に可成り均

一に流れるが特に DE部の電流密度が高い CaseBでは電流分布のピークはトーラス

主半径内側に寄り E部の電流密度は小さくなるこれに対しCaseDでは更にトーラス主

半径内側に寄った分布になると同時にポロイダル断面 E-G部では逆方向の電流の流れがあ

る事がわかる

第 37凶から第 39図に示した鞍型電流のポロイダル成分とトロイダル依嶋との相互作用に

より生じる鞍型電磁力は トロイダル級編の強さがトーラス主半径方向長さに逆比例する事か

ら電流分布とは多少異ったものとなる第31 0図から第 312図に第 37図から第 39凶

の鞍型電流に対応する鞍型電織力のポロイダJレ分布を示す第 310図は CaseAの荷重分布

であり最大約27kgar の圧力が真空容器に作用するこの湯合鞍型電流の電流値に比べ

て街重が小さい事荷重分布がポロイダル断面の広い領域でほぼ均ーである事特にポロイダ

同

hu

A

J AEfi I - M 8 0 1 7

uTrrfri D~Ei$tr fc 2 5Kgci2 i l o i 1 V$gt S I 5 laquo laquo a t sect laquo laquo fc SEIC-tfclaquoic

laquogflaquolaquolaquogtj(iD-f nTr [6i t i Ppoundr-igiS]copyi Utfffflt5ffltHJ4laquo

Hli-TSi Ff-tf-KlirtfE^fNfl Lr O 5 C i icy 3 bdquo $ i i liaiiCase B copy reg It gt Ar-

0ampift 4 7kgtrade2 ffl3rofEjgtltf|fl-r3o Case B itltX copysectpoundbullcopy ramp A copylt ltJU- J x

euroraquoffieuro5gtt(i I- - 7 t^grtfflClg ^fcfccopyr 3o reg 3 1 2g|Cjlt-f Case Dcopyffilttt

bullfill ift^ft 20kgrf -c ampog d l--7 t l - a r t f f l c S i t t t f t i t i J i i t c 85 3

Wti ElaquoSgtJffl I- deg -f 2^j fa copycopy-laquoamp 3 3 1 3 i t j i t cn(i^glaquoA^i a -f

^tSrlffifir-ftA i iSjS ( S a 1 0 l ) ^ 3 1 2|g|ilaquot ) copy I- o 4 Ji|ii]gtT-0

-5 bull -X^flElgJ tb - b w

= - mdash (8) 17-ft V ^^ f f iW f r - p

t b ^ o - x -amp W-

t r IPS J x i f

b w ^ n - x j - x i

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Jil hCase 1CIWLT Case A B D CjtSSilt (CfEffi 1 bull5^laquolaquolaquoa copyJfcifcK-m fc

A Case 2 - 5 C I LTliCase D OitWampft J raquo $ 3 1 4 l i - x 1 ~ 5 (Cfc o r 7 7

fi iff l-rso (3) ^ W B i S amp y amp n Case 1 Kfctf Case A BamptfDffllaquotffpoundpoundpoundpound 3 1 5 BlAgtpound9S a 1 7 iaic^-f bdquo $ 3

1 5|21(i Case Al-fctt bull5poundfficopymdash0HT 0 llCfi J y3gaffly - z |5]poundft t p t

fittings 3 i oKiic^-rlaquoii n -f -iraquofifiD~FarfcsrfiEot^ifampacrtEcturii - lt o - x bull + - h copypoundamp) ttopound^ampampSCifi-tfn 4 ^raquoTiBillaquoia5r- liaftO 8im

T-S5 SI 3 1 6taii|E3 tlt Case B C f U S I f i J ^aSa5copyy - z filffiffi Jgtlaquo-^1 =

Case BtMiJBa l 1123 ic if to lt ffi ft I-- 7 i ^ g ^ f J f c s rgtr o6 tab ampk poundGifco 4 OHBrffiB~C amppoundpoundamppoundbdquo ftfifilt) 0 8r5o reg a 1 7iaic-f Case

Dr-iilfsa l 2B|-e-fcfl6icltglaquobulllaquoD 4 ^nSrEi ( laquo(iF ) ^ r t r - felfits fc poundffife|q|copylaquo|6] pound fipoundltft(i ogtf ^laquofBBg|5r4Ulaquo0 4laquomrpound3laquos I ^ f S

pound L t f f t Ult ttoffifl- Krpoundbdquo

ftlC Case 1 icrl 5 Case A BamptfD copyIS Atf-tfJffl-tfl laquobull 3 1 aeHfriffi 3 2 0 |pound|

-16-

JAERI-M 8017

ル lfruacuteriD~E 部でも 25 Kg棚2 程度の街電がある事等が特徴であるなお既に述べた織に

鞍型電織力はポロイダル断凶i1-半分と下半分で逆方向の力として作用するので凶中上半分が外

Hとすると下半分には内圧が作用していることになる第 31 1凶は CaseB O)flj i立分fjであ

り最大約 47同cnf 相当の[E力が作用する CaseBは全ての翁合の中で妓大のがI棋を与え

その荷電分布はトーラス主半径内側~に 1踊ったものである第 3目 1 2 図に Icircj~ す Case Dの荷電分

布lt長大が)2 0kg四F であり更にトーラス主半径内側~に寄った分布となるとともに第 3目

9凶にぶした電流分布に従いポロイダ Jレ断 I剖仁(或は下)半分内でも街 t立のjIIJが逆転する

という特徴を宿する

続型電儲力のトロイダ Jレ方向の分布の一例を第 31 3図に )Jyenすこれは鞍yen註他力がポロイ

ダル断而内で録大となる点(第31 0図から第 312図参照)のトロイダJレJjItJ]分市であり

N肉リング部ベローズ部内でほぼ直線的に変化するベローズ部にはI享肉リング部に対し

ベローズ等価板l寧 tb bull bw

厚肉リング板厚 t r bull P

の割合で鞍型電流が流れそれに相当する電依力が作用1る但しここで

tb ベローズ依厚

t r 事肉リング板厚

bw ベローズガース長

レ ベローズピフチ

である

日)

以 rCase 1に倒して Case A B Dに真空等法に作用する鞍塑電舷力の検討を行った

がCase 2 ~ 5に関しては CaseDの計算を行う第 31 4 図にケース 1~5 においてプラ

ズ7 内側消滅時に真空湾総に作用する鞍型電依力のトロイダル方向分布をぷすこれはポロイ

ダル断面で綾大となる点におけるトロイダル方向の分布でありポロイダ Jレ断面の分布 jl~ は第

31 2凶と l司織の傾向を示す厚肉リングベローズともにその板厚にほぼ比例したU極力が

作用する

(3) 解析結果及び検討

Case 1における CaseA B及びDの解析結果を第 315図から第 31 7凶に司王す第 3

1 5図は Case Aにおける変位分布の-1911であり厚肉リング端部の y-z方向変位を示す

街虚が第 31 0 凶に示す様にポロイダル断面 D~F部でも司成り大きい事及び内圧に対しては

ベローズサポートの支持効果がない事から最大変位はポロイダル断面直線部で生じ約 O目 81111

である第 31 6凶は同じく CaseBにおける厚肉リング端部の y-zj向変位分布を示す

Case Bでは第31 1 凶に示す如く街重分布がトーラス主半径中心側~に偏っているため長大

変位もポロイダル断面 B~C 部に生じる般大値は約 081111である第3 1 7凶に示す Case

Dでは第31 2凶でみた織に荷重分布がポロイダル断面上或は下)半分内でも逆転するため

変位も問機の傾向を示す展大変位はポロイダル断面B部で生じ約 04帽であるが真空容器

として好ましくない変形モードである

次に Case 1における CaseA BampぴDの応力分布の-1Jを第 318凶から第 320凶

-16-

J A E R I - M 8 0 1 7

CTN-TO ffili^n -X 1 1J4 copy ill g|S copy (S pound laquo pound laquo bull T L t l ^ Case A-e i i o -f ^laquofifiB S laquo ^ D 9 i i gt i ) t A ^ i g A ^ 4 i 5 i ^ (CSS 3 1 5 12 Tr^ L t l ^ g f i f f l t t 6 n -f gtHSflffilIraquoSB ( $ 3 1 5 S - C F ) - r jE^felaquogt^ ltft 6 4kg ra 2 T 5 o Ct l l f t ) ^ 5 laquo i c K S S ( a ^ E t Urfff f l -TSiS^^D - X bull bull - bcopypound)laquoftf igtpound lt laquo5 fiOampmiCfitfo-CampZW rtEiUTfffflt51i-amp ^ n - X - + - K i 4 lt poundftfflregJ-pound-SfcSt t t bullgtgt D ^ ^^laquoTifiiBlaquo6gBic^ittJBA)^-rsBIS6ttAlaquo-5o 95 31 9g|(c (iCase Bcopy0raquoJ-pound--r bdquo JS^Jreg $ U R~~C8bXamp t U Oft 1 0 9 kgra 2 r-amp6tf Case AlsJlaquo - D - X bull - - hcopypoundft$ampScopyteodeg-lt ^^ilaquofifigt-)i^r-iifeSaWii^laquoftvA 1 4 - i t 3 2 OElCfiCase DcopylE 3 pound - f bdquo S x t e C a s e B H laquo tf o 4 -S JU laquofEB~Ca5(C4 D ft 4 7 kglaquoui2 - C $ 5

HiifflCase 1 (CBSf 5 B f f g S ^ 3 7 a i d 4 pound J6 5 bdquo ttJ C d(C(i Case C copyfStFrSS

flJICCase l ~ 5 0 raquo laquo f e a i a 8 g C J i ) 8 0 C tilt Case D (Cfctf i i ^ f i amp t f J S T J pound 3 ifcffltrgt5o I S 8 S f f l laquo S t c M L a f plusmn t icifcfll L T ig JD t 5 a raquoJ ttftfctfist3 cjt^j L r t i a r s ^ regiffliia]ic ttijlaquoKW(c(ii6iplusmn-rs^ ^ n - x -

ilfft u ycopyaUiHiittcopyApound lt g S laquopoundampcopylaquopoundbulllaquobull te copy)ltpound deg 4 raquoltampamp

ftCKHSffiSAFB- bullgtraquo bull - hcopyampftpoundfT -5o S 3 9 SIC S 3 7 g e t ttitzampmfT

T-xicav6iampmmmtimbullgt bullgt bull raquo b amp t f K s ^ i S j c f t T - A copy ^ ^ ^ ^ raquo c C f g A F i F 2 F 3 lag- S ^ 2regffllftaki k 2 k 3 ICMSS UC OS bdquo dftampgtpound ) ^ 5 laquo C K A copy I J i A i ( i S g S S ) f T - A T - S i t f t e copy g | pound f i Case A B C D T - amp 6 9 7 7 9 2 9 i X-amp6 e ampIC = X-7ffllaquo9 ( Case C D ) (i 1-copy poundft ampraquo(amp A poundft 0bdquo tiz 7 ^ 7 f J i f S ( Case A B ) t U O ~ 8 0 laquo ( i

MSlaquosect3 f tT-AT-pound tT05igt^-5o C reg S (C bullgt = bull raquo h poundJR 9 lampOT 4gtSlaquo 9 l l raquo ^ i bull | f i l i i ^ ) | ^ ^ f a i O S S a 2 1 a 2 2 g | C Case B D i o O X(Tgt -J gts bull h AlaquoSS|pound-gtttOifpoundffllBtffi|poundSpound^-f o S 3 1 O S t t ^ i - T S S ^ j S laquoSlaquo-t tlaquoLfc)copy-ejjampA^|Et) |St tOraquoAlaquot)^So X t o - X f f l O j copy pound pound bullamplaquobull l t a 2 1 32 2 0 ^ e f e ^ $ f a i 9 3 2 0 fc3 lth (i fli Alt T ft 5 ampupoundSt M f t i t )gt5 laquo pound ^ r ttflUffl-1- H^copysiBSfflAssci iBe)nro4iflaquo-laquo-rat

53 JC^FFffi

(I) 7 ^ v t S 5 Omseclaquo F elaquo i poundbfc i^oKSS^^copyeuroiS^ J T - 6 0 -e i i 7 XTmiampteifeampTp It 5 Omser gt L T pound T copyiamptt-S-fr- T OS

Tp K l l i t e a W l C ^ S t S t t e ^ 7 ^ 7 laquo laquo 4 5 0 msec i J l l laquo S 7 J B laquo t laquo

- 1 7 -

)AERI-M 8017

に示す o 値はベローズ第 1山の山部の応力強さを示している CaseAではポロイダル断面 B

部から D郎にかけて大きな応力を生じるが刊に第 31 5図で示した録大変位の生じるポロイ

ダル断l飼直線部(第 31 5図で下半分)で応力も設も大きく約 64Iltg1Il1llであるこれから

わかる様に鞍型電依力が外圧として作用する場合ベローズサポートの支持効果は大きく応

力の緩和に有効であるが内圧として作用する場合ベローズサポートは全く支持の役割lを

巣たさないためポロイダル断面l直線部に大きな応力が発生する可能性がある第 319凶に

はCaseB の例告示す応力強さは B~C郎で媛大となり約 109kgmlll であるが Case

A問機ベローズサポートの支持効果のないポロイダ Jレ蛎面下分では全般的に大きな応力

値を示す o 第 320図には CaseDの応力強さ分布を示す最大は CaseB問機ポロイダJレ

断面 B~C部に生じ約 4 7 Igl7IIである

以上の Case1に関する解析結果を第 37表にまとめるなおここには CaseCの解析結

果も併せて示しであるがその荷重変位及び応力の分布はCaseDとほぼ同機である

次にCase 1 ~ 5の解析結果を第38表にまとめるこれは CnseDにおける最大変位及び

応力をまとめたものである真空宇手器の板厚 tに対し電依力は tに比例して熔加するが同IJ

性信もほぼ t3 に比例して増加するため板厚の僧加により強度的には向上するがベローズ

とI手肉リングの様に剛性の大きく異る繕造物の複合体ではその相対的なポロイダル断面変形

差が発生応力の支配的な要因であるため一概に板厚の増加が強度的に好ましいとは云えない

本パラメータの範闘ではケース 1に次いでケース 3が発生応力が小さい

次に鞍型竜織力用ダッシ a ポットの検討を行う第 39表に第 37表にまとめた各解析

ケースにおける鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アムの支持反力を示すこ

こで反力 Fl bull F bull F3 は各々第22図のぱね k1 bull k bull k3 に対応しているこれから

わかる織に反力のほとんどは真空容器支持アームで受け持ちその割合は Case A B

C Dで各々 6977 92 94である特にプラズ 7 消滅時 CCase C D )はそ

の街重分布の影響により変位分布はダッシュポット部で変幽点を有する為ダッシ 1 ポッ

トの支持効果は殆んどないまたプラズ 7 立ち上げ時 CCaseAB)でも 70 ~8 0必は

真空容器支持アームで支えている事がわかるこの様にダッシ a ポットを取り除いても強度

的に殆んど影響ないと考えられる第31 0表第 321 322図に Case B Dについ

てのダッシュポットがある局合とない場合の解析結果を示す第 310表は発生する重量大応

力強さを比較したもので殆んど変化がない事がわかる又ベローズ第 1山の応力強さ分布を

示した第 321322図からも多少第 319320図とは分布がずれるが殆んど変化

がな事がわかる従って計測用ポート等の設置空間が非常に限られている事を符慮すると

装置の総合性能としてはダッシ a ポットは取り除いた方が有利と恩われる

55 応力評価

(9) (1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した揚合の真空容器への電磁力

JT-60ではプラズ7 消滅時定数 p は 5 0 mseそして全ての設計を行っているが

p には物理的に不纏定な要素が強 ~o プラズ7電流が 5 0 msecより短い時定数で消滅する

-17-

J A E R I - M 8 0 1 7

mamp ltbull Case C f t t D ) laquo t t laquo ^ b t S i t _fc i tgtZ eurolaquopound gtltlaquoS^ts Cftffl bull- 5 ygt 8i tOia^t tlaquo-Ma-5BlHlt tlaquoc bull- r p lt 5 0msec copylaquo-amp HP r p = 1 0msec l m s e c 1 0 0isec 1 0 seccopy 4 ^ - x IC o O T B tff fr rgt t bdquo

f 1 2 3 0 I C Case C C f e O t 7deg 7 ^euroflpoundfls 5 0 msec laquo7tBlaquoS L t i ^ C l S S g claquotnSlaquo5eurolaquoitsy^-7euroiitfflgAft-r= ccr-ydegy -x^mm i p = 2 7 M A x-v pound ^ i R = 3 0 3 m W l a =0 9 5 m - C 0 o gtf ^laquo i f t a 4 ^ copy jiffi K Si pound amp pound r 5 o iJtii|SB5g[5]ampamp-c- gt(i h^^[e]SS^r-MffTofc =

KlSf lEKBBLTtt r p = 5 0 msec X 1 1 k A t S 0 T p = 1 msec laquo FC(i(5ltS mdash 5pound 0 4 5 k A T raquo J t c ^ - 7 deg laquo laquo t ( i r p = 5 0msec 7 9 kA t laquo c i M L r p

A5Jx$ 0 pound i l $ I C J i L r p = 1 0 Itsec t 2 6 5 M A t - U H ^ 7 x T i S f t ^ f f l f Si

fj 3 2 4HlC( i If 3 2 3llCf UtfgS lf i i t - ~ 7deglaquoSit pound pound M - ( 9~^Oi n ltf

16] o 4 ^JU^IB] copyamp( laquo + S 3 1 2 0 S t f | U 3 0ltt(3l2|E3laquoi-cltfeSo

K^JIC plusmn 0 ^ 4 - T 5 S ^ ) E J 3 ( i T p = 1 msec tXit TpregmP t t fe icmimt 5 tlt r p

= 1 msec J i l T - C l i l i l J - g t ) jft l 3 kgtrade 2 -tSbdquo mdashA ^ -7 l )5Klaquo(a^ (C J 0 fgpound-f S i S ^ f i T p copypoundpound(pound Hit to U r p = 1 0 s e c fift 8 kgms2 t ft 6 bdquo

(21 JB^iFffi 3 1 3 2Jkamp 3 3(l)copyByen$FffeHCgpound J T - 6 0 copy i O S i l O J S A i F laquo pound ASME Sec bull

inicWbTff-o ftmmtk urn m^sti mmnvammti raquomdashfnmmamptiampumft ltgt ^ e f H ^^^isiosiftKJSicis^D - x copy E laquo ^ 5 bdquo c ctffl= S(i-f t ic ipoundfi - R t S H raquo S 1 - 5 o Code Case 1 3 3 1 - 8 Claquotn( f 0 3 J 6 2 5 f f l S m l (i

S m = 1 8 3 kgraquom2 ( a t 4 0 0 C J

P m + P b - 1 - 5 S m = 2 74kgrf

P m + P b + Q - 3 S m = 5 49kglaquoti

Tfe-S o d C C P m laquo amp raquo lt P b f f l t f JSlaquo3 Q - amp J E laquo

^o-x^iOjr-feSo - 1 8 -

]AERI-M 8017

湯合(Case C及び D)現仕織から求まる値を上まわる電織力が真空容器に作用するため

装置の健全性を損ねる可能性がある C そこで pく 50 msec の場合即ち τp= 10mョec

lmsec 1 0 0μsec 1 0μsecの4ケースについて解析を行った o

第323凶に Case Cにおいてプラズマ電流が 50 mscc以下で消滅した揚合に真空容器

に流れる鞍型電流及びループ電流の長大値を示すここでプラズ 7 電流 Ip=27MA プラ

ズ7 主半径 R=303m面IJ半径 a=O95mでありポロイダル篠原コイルの遮蔽効果も含

めである前者は有限要素回路法で後者はトカ 7 ク回路論で解析を行った o

鞍型電流に関しては p=50msec で 1L kAであり p = 1 msec以下ではほぼ一定

であり 45kAである o まt)レープ電流は n = 5 0 msec 7 9 kA であるのに対し ~lIlloCh t p

が小さいと急激に上昇し τp= 1 0μsec で265MAでほぼプラズ 7 電流相当の電流が

真空審器に流れる

第 324図には第 323図に示した鞍型電流 )レープ電流と各々トロイダ Jレ依場ポロイ

ダJレ依場との相互作用により真空写器に働く電舷力の長大値を示す線型電縫力のトロイダ 1レ

方IIJ]ポロイダJレ方向の分布は各々第31 2図及び第 313図とほぼ同線である

またこれらの電磁力によって真空容器に発生する俵大応力を第 325図に示す鞍塑電流

電磁力により発生する霞大応力は p=lmsecまでは pの減少とともに増加するが p

= 1 msec以下ではほぼ一定であり約 13kgJl1II2である -jj )レープ電流電依刀により

発生する応力は p の減少に伴い場加し p = 1 0μsec で約 8kg1II11l2 である

(2) 応力評価

31 32及び 33([)の解析結果に基き J T-60の真空雰器の応力評価を ASME Sec

Eに準じて行う作用荷重としては真空力鞍型電流電磁力 )レープ電流電総力及び厚肉リ

ングのトロイダ Jレ方向の熱膨張によるベローズの圧縮を考えるここで前三者は一次『力に

後者は二次応力に分類する CodeCase 1 3 3 1 -8によればインコ不 Jレ625のSm値

は

Sm = 1 83 kgIII1112 (at4000

CJ

であるから一次及び二次応力に対する詐容応力強さは

Pm+P b lt 15 Sm=2 74kglI11I

Pm+P b +Qlt 3 Sm=5 49kιPr

であるここで

である

Pm )漢応力強さ

Pb 曲げ応力強さ

Q 二次応力強さ

第 311表に各ケースにおける最大応力強さを生じる要素に対する応力評価をまとめる

ここで震大応力強さ 4主じる要素は第31 1表中に図示しである様にポロイダル断面B部の

ベローズ第 1山である

-18-

J A E R I - M 8 0 1 7

77X^mmregfcampTp Alt5 0 msec t 6 tpound h If M A i b t l iCase BAsg^TiampO Case 1 4 amptf 5AltASME copyfFSiSftSi pound pound FB pound deg lt o - XcopylaquoWAlt pound 5laquowfflfl|-sect- -RfSA^tfcRWfS ltffljtegtn laquoamp(amp laquoamp Ci5f f l i SL ^ o - x copyIS w 2 o laquoraquo copy

l2-f tKAc t tUTt tRWampffiraquoltpoundyenpoundt t s t -^Elcopy y-^laquofflrtCli ^ o - x copy l I laquo ^ O J 4 i S S W C t l f 5 f j ) laquo M ^ - J lift (I ycopyffilyen(plusmn -^Blcopy- -ampmftxttnmmkiamptiregzicmmamp5-z-tpound^fwfrfr6o

n pound ^ e gt ssWciiSfcWiJ-elaquoA S B raquoft J y laquo l B 4 ^ u o - i 6 oraquoraquocopy

iKJi 4 n ss$ijaimcopyigBx--x^$ij^ i n ^ S39so8S4^wgtlaquo

isregscopy^iciatAtgs^4x^^s ttfliJM- (-^copysmuffl stiffslttlaquoo

r pAlaquo50msec ltfc 0 ffioJgampli ftlaquoW pound LT Case 1 SO 5 ICoOT r p = 1 msec 1 0tisec copy^copyJS^fFffiampfrofco r D A lmsec KITTr 5 ltt lamp A ltt L t f Case

(7) c i ic i i5 c cx-mmm i- A^SSSHcopylaquoamplaquo igtfc eii^31 1 g ic t t^ t iT l^A dna^fc^SfiM r p = 1 msec^tKJCaselT-littSfSAreg S^ffi^lcT regSAlaquo Case 5 Cli Cftpound_t|5] 6 bdquo Lfr U T p iUmsec I S H F C i S i I 5 S S C - ^laquoEreg8B a WfticfcttSLW poundbullgt Sffleurol8AlaquolaquottJfc-eK3g3secticftffl-f s i iBa7gtilc-poundttlZmraquopoundntiStamp t Case 1 ICJsOT gt r p = 1 msec XisectH-t

-19-

J A E R 1 -M 8 01 7

プラズ7 消滅時定数 τpが 50 rnsecであるならば電舷力としては CaseBが最大であり

Case 1 bull 4及び 5がASME の許容応力強さを下回るベローズの板厚が25 mmの湯合一

次応力を比較的低く抑えられるが二次応力が大きくなるのに対しベローズの板厚が 20mmの

場合は二次応力は小さいが一次応力が比較的高くなるという傾向を示す許容応力強さから

は二次応力に対して比較的余俗がある事を考えると今回のバラメータ範囲内ではベローズ

の板厚が大きい方が強度的に有利である事がわかる一方厚肉リングの板厚は今回のパラ

メータ範囲内ではそれ程最大応力強さに影響を与えない事がわかる

厚肉リング補強リプは鞍型電流の電流値に効く実際の板厚を贈す事なく等価剛性を上げら

れ長から強度的には非常に有利であるが反面厚肉リング外表面から 100160闘の

高さを有し厚肉 11ングとトロイダル儀場コイルの聞の空間の多くを占有するためポロイダ

Jレ飯場コイル混度制御層等の設置スペースを制約してしまう第 39表の結果からわかる様

に備強リプを取り除いた場合でも許容応力を下回るため装置全体の設計を考えた場合補

強リプは取り除いた方が有利と考えられる

また鞍型電儀力用のダッシ 2 ポットはそれを取り除いても発生する震大応力強さ及び

応力強さの分布にほとんど影響を与えない為計調ij用ポート等への空間利用を考慮すると取り

除いた方が有利である

pが 50 msec より短い場合は代表例として Case1及び 5について τP 1 msec

1 0μsecの湯合の応力評価を行った nが 1msec 以下であると電磁力としてはrase(7)

Cが録大となるここで電流値はトカマタ回路論の値を用いた結果は第 311表にまとめり

れているがこれからわかる織に p=lmsecであれ」まCase1では許容応力強さを僅かに下

回るが Case5 ではこれを上回るしかし pが 1rnsec程度以下になると真空容器に

誘起されるループ電流がMAのオーダーとなるため第 39表に分類した鞍1電流電磁力ル

ープ電流電磁力以外にも無視し得ない大きさの電磁力が様々な形で真空容器に作用する i~計算及びモデノレに含まれる誤差を考慮するとCase 1においても p= 1 msecでも発生す

る最大応力強さは許容応力強さを上回る可能性があると思われる

一19ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Table a 1 laquo pound t t ( U S ) Boundary X y z e

X e y e z

O-P-Q 1 0 0 0 I 1 O-R 0 I 0 1 0 1 Q-T 0 l 0 1 0 1 R-S-T 1 0

0 0 I 1

O-T a re shown in F ig A-1 0Free 1Fixed

Table 1 2 g pound f C ltfc SJSPflfpound$

Case 6max ( m m ) a max (kgmm^)

Case x y z

a max (kgmm^)

1 13 -17 27 126

2 -14 -19 -36 130 3 bull 27 -35 -63 172 4 - 4 -19 -35 84 5 -27 -35 -63 129

Table 33 K pound ts Id X 6 ISA-W BBS^ffi ic J 3 pound ltt B W raquoikK

2 (kgmm )

Case al deg2 deg3 deg l + 0 2 + a 3 degt 1 08 16 79 103 112 2 09 14 79 102 125 3 18 33 79 130 165 4 25 13 22 60 79 5 48 38 22 108 123

a Stress in toroidal direction computed by FEM

-20-

JAERI-M 8017

Table 3 1 境界条件(真空カ)

Boundary x y z 日 o y

x z

O-P-Q l o l l

O-R O 1 l O 1

Q-T o l 1 l

R-S-T 1 l l

O-T are shown in FigA-1 OFree 1Fixed

Ta b 1 e 3 2 真空力による応力解析結果

Case 占max (mm) maxx Y z (kgmm2)

1 13 -1 7 27 126

2 -14 -1 9 -36 130

3 27 -35 -63 172

4 ー4 -19 -35 8~

5 -27 -35 -63 129

Table 33 真空力による応力一有限要素法による結果と解析解の比較

Case

1

2

3

4

5

kqmn2

01

O2 3 01+ロ2+

03 t08 16 79 103 112

09 14 79 102 125

18 33 79 130 165

25 13 22 60 79

48 38 22 108 123

O~ Stress in toroida1 direc~ion computed by FEM

-20-

J A E R I - M 0 1 7

Table 34 $ amp t t (ScSffiflBfl) Boundary X y z 9 X e y 6 z

O-P-Q 0 l 1 1 0 0

R - S - T 0 l 1 1 0 0

O-T are shown in FigA-1 0Free 1Fixed

Table 35 K S S i s C euro ffi laquo SiE n laquo sectpound raquo pound i 6

Case Plasma Behav io r

A C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s g e n e r a t e d )

B C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s n o t g e n e r a t e d )

C C u r r e n t shu t -down p h a s e

( w i t h o u t d i s p l a c e m e n t )

D C u r r e n t shu t -down p h a s e

(wi th inward d i s p l a c e m e n t )

E N e g a t i v e s p i k e

F P o s i t i v e s p i k e

Table a 6 gffiggicjKnsi-TfcaiE copyn^ffi^s^tt

Case A B C D E

T (msec) - - 50 1 0 0 1 50 1 0 0 1 - -Max l o o p c u r r e n t (kA) 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

607

1471

Max s a d d l e shyl i k e c u r r e n t (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

25 51

v

n mdash 3 k v

raquo By Tokarook Circuit theory

-21-

Case

A

B

C

D

E

F

JAERI-M 017

Table34 境界条件(鞍型電磁力)

Boundary

O-P-Q

R-S-T

O-T are shown in FigA-l OFree lFixed

Table 35 真空容器に電流が流れる場合の定義

Plasma Behavior

Current build-up phase

(plasma current is generated)

Current build-up phase

(plasma current is not generated)

Current shut-down phase

(without displacement)

Current shut-down phase

(1iI th inward diplacement)

Negative spike

Positive spike

Table 36 真空容器に流れるループ電流鞍型電流の最大値

Case 且 B c D

τp (msec) 50 1 001 50 1 001

Max 1ロロPtkA current (kAI 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

Max sadd1e-1ike current (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

L

vns3kv By ⑦okamak Circuit theory

-21ー

E

合

1471607

51 食合25

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 37 K i t i S l C J S l S A S S r i i (Case 1)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

A 25 032 083 64 B 46 -060 -084 109 C 13 -019 -030 31 D 21 -030 -046 47

T a b l e 1 8 regleuroffiKLJSJEA(SyenlaquoTife- ( C a s e D)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

1 21 -030 -046 47 2 22 -032 -049 54 3 21 -031 -047 50 4 19 -030 -046 60 5 18 -029 ^-044 56

JAERI-M 8017

Table 37 鞍型電磁力による応力解析結果 (Case 1)

Case Omax

(mm) ロmax

x Y z (kgmm2)

A 25 032 083 64

B 46 -060 -084 109

C 13 ー019 ー030 31

D 21 ー030 -046 47

Table 38 鞍型電磁力による応力解析結果 (CaseD)

Case 占max (mm) c max

x Y z (kgmm2)

1 21 -030 -046 47

2 22 -032 ー049 54

3 21 -031 -047 50

4 19 -030 -046 60

5 18 -029 -044 56

-22-

J A E R I - M 8 0 1 7

Table 39 R I I 8 A S raquo gt - bull 5 h R t f S S I i ^ T - A raquopoundf tK ( ton )

Case Dash-pot Vacuum vessel support arm Case Upper Lower Upper Lower

Case

F l Fl- F 2 F 3 F 2 F 3 A 111 -119 -197 56 -203 62 B 96 -102 -302 20 -307 -27 C -07 07 -62 -20 -61 18 D -09 08 -98 -27 -98 25 B -325 37 -333 -48

-96 -29 -96 26

w i t h o u t d a s h - p o t

Table a i O IT y bullgt= y ^ t t l gt l ^ laquo ) I laquo f S S

Case 2 a (kgmm ) max ^ Case With dash-pot

Without dash-pot

B 109 108 D 47 49

JAERI-M 8017

Table39 鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アームの支持反力

( ton )

Case oash-pot Vacuum vesse1 support arm

Upper Lower Upper Lower

F1 F1 F

2 F3 F2 F3

A 111 -119 -197 56 -203 62

B 96 -102 -302 20 -307 -27

C -07 07 -62 -20 -61 18

D ー09 08 -98 -27 -98 25

B -325 37 -333 -48

D 由 96 -29 -96 26

without dash-pot

Ta b I e 3 1 0 ダッシュポットのない場合の解析結果

Case max (kgmm2)

With Without

dash-pot dash-pot

B 109 108

D 47 49

-23-

Table a 1 1 ampjjm

2 (kgmm )

Case degv degs deg1 degt m b m b P (msec)

Case degv Isadl (kA)

loop (kA)

degt m b m b P (msec)

i-t 94 55 107 420 13 9 214 306 50 i-t 94 62 121 1190 37

9

252 344 1

i-t 94

65 126 2660 83

9

303 395 001 2 104 75 143 420 44 90 291 381 50 3 126 62 118 420 53 90 297 387 50 4 56 75 143 420 24 267 223 490 50 5 78 62 118 420 33 267 229 496 50 78

70 133 1190 93

267 304 571 1

78

73 139 2660 207

267

424 691 001

obdquo Stress by vacuum pressure 0 Stress by saddle-like eddy current o-i Stress by loop current a Stress by thermal expansion of rigid ring

応力評価Tab I e 3 1 1

十『〉回国国

lginfin

白

戸

叶

今

(kgmm) 戸ー

Case Ov Os 01 Ot Pm+Pb Pm+Pb+Q

Isadli IloAo p (msec (kA) (k

l 94 55 107 420 13 9 214 306 50

62 121 1190 37 252 344 1

65 126 2660 83 303 395 001

2 104 75 143 420 44 90 291 381 50

3 126 62 118 420 53 90 297 387 50

4 56 75 143 420 24 267 223 490 50

5 78 62 118 420 33 267 229 496 50

70 133 1190 93 304 571 1

73 139 2660 207 424 691 001

INAP--

v Stress by vacuum pressure

05 Stress by sadd1e-1ike eddy current

Ot Stress by therma1 expansion of rigid ring

01 Stress by loop current

J A E R I - M 8 0 1 7

TJinnniwK

(Case 1 reg0H V 4 1 )

MWWJUUK -i

Fig3 2 Kpoundtcltfc3 t fo4 ^ B f B ^ f i raquo (Case 1 IJfiJ y^ f f l )

t nnnnnrmnik

Figa 3 J I S I C j S n f ^ B r f f i g f t t t f t (Case 1 ^ D - X 4 1 )

-25 -

JAERI-M 8017

叩MMIyenJyenJt

tmm

34 Fig31 真空力によるポロイダル断函変位分布

( Ca se 1 厚肉リング中央)

r

阿川町~----~

tmm

Fig 32 真空カによliポロイダル断面変位分布

(Oasel厚肉リング端〉

nnnnnnnn ~ fyenJIIIJUIJyenIlII一一一

tmm

r判ヘFig33 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Caselベローズ中央)

-25-

J A E R I - M 8 0 1 7

MAJIIWUIPC

5klaquotimP

Fig 3 4 pound ic J 6 IB tl copySfe raquo

(Case 1 - c o - Xfg 1 Uj)

[UUinAAAAPpZ 1 2mm

Fig35 X ^ i l C i S ^ n ^ ^^raquorffi^fi[raquoflj (Case 2 - so - Xreg 1 0J)

iwnnnnnnifc J _ t 1 3 2 mm

Fig3 6 nQtHCZZ a 4 ifngtmm$Qftl6 (Case 3 a - X 1 til)

- 2 6 -

JAERI-M 8017

nMJUWUyen1

Fig3 真空 力に よる 応力 の強 さ分 布

CCasel ベローズ第 1山)

ShOh聞が

一

一-yhellip~J J 2円前ト

rベミヘFig35 真空力によるポロイダル断面変位分布

CCase 2ベローズ第 1山)

一一J側一~ ] 白戸

F 〉へFi g3 6 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Case 3ベローズ第 1山)

-26-

J A E R I - M 8 0 1 7

iwuuwnnK

2x10 Am

Fig3 7 mmnmXd ^HamptfOTfrflJ ( Case A)

hnnjinnnniz

2x10 Am

Fig a 8 I I I I ^ M 50npoundcopyraquof r (Case B)

hAIMUlAJ^

2x10 Ahi

Fig 39 laquoSlaquoaiEtf n 4 pound copy (Case D)

- 2 7 -

JAERI-M 8011

lMRIllUWlll

2x10 Alm -

Fig 3 7 鞍型電流ポロイダル成分の分布(Case A)

川馴Jl2x10 Am

Fig 38 敏型電流ポロイダル成分の分布 (CaseB)

阿川2x10 AIm ドー4

Fig39 骸型篭流ポロイダル成分の分布 CCaseD)

-27-

J A E R I mdash M 8 0 1 7

finnnuuuut

F i g a i 0 mreg1gregtlltraquoalt 9Hfa5 (Case A)

nnnnnnnnik mdash J

Fig a 1 1 8 H 1 H 8 A copy cM ^^HHH^i (Case B)

imnnnnwinl J

F i g a i 2 i S t laquo A laquo o - ( ^^^rf i lcopyraquo (Case D)

- 2 8 -

JAERI-M 8017

問剛山k

Fig310 鞍型電磁力のポロイダノレ方向分布 (OaseA)

fyenflJUyenIU1JUU1

Fig311 鞍型電磁力のポロイダル方向分布 (OaseB)

山肌川弘

Fig312 敏型電磁力のポロイダル方向の分布 (OaseD)

-28-

-62

-

3

TO m m a- 9 ~r

0 -V

V

3k

SB

gtdeg

Pres

sure

(

kgc

m2)

IN)

Gi

Pres

sure

(

kgc

m2)

M

9

H

o 3

a

Q 5

laquodeg

IN)

Oi

^ 5r

-gt_

i

o Q

01

n TN) w

Case45

o O

o

Q

ltD

ase

Q ro

i 1

35

24

KkA) Case |

CD -

IN)

0)

IN)

IN)

Oi

IN) 0)

A

IN)

Ul

L I

0 8

M-U

aV

f 』〉肘何回

l冨

面

白

岡

叶

Case 24 3

『ζ

(制

EUyenZ

』コ帥的

ω』仏

I刻 現E

56kA 49kA 18kA

A一ーCaseB--Ca田 A--CaseD

5

4

3

(Eどovこ

自

EコωωEaI

M由1

nng

direction

Rigid

Toroida I

x

鞍型電磁力のトロイダル方向分布 CCaseA B D) Fig313

鞍型電依力のトロイダル方向分布 CCase 1-5) Fig314

JAERI-M 8017

Stress Analysis of the JT-60 Vacuum Vessel

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Development Tokai Research Establishment JAERI

( Received November 28 1978 )

Stress anlysis of the JT-60 vacuum vessel is reported in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm and bellows thickness 20-25 mm for the structure in detailed design The needs of stiffening ribs and dash-pots against the electromagnetic forces are discussed and also integrity of the vacuum vessel in plasma disruptions with time constant shorter than 50 msec

Calculations show that the maximum stress intensity produced in the vacuum vessel is below the allowable one even without the stiffening ribs and dash-pots And the larger the bellows thickness the higher becomes the safety margin thickness of the rigid ring little influences the stress intensity

In plasma disruptions with time constant shorter than 1 msec the stress intensity exceeds the allowable one

Keywords Stress Analysis Vacuum Vessel JT-60 Tokamak Bellows Electromagnetic Force Plasma Disruption

II

JAERI-M 8017

Stress Ana1ysis of the JT-60 Vacuum Vesse1

Hideyuki TAKATSU Masatsugu SHIMIZU Masahiro YAMAMOTO Mitsuru OHTA

Division of Large Tokamak Deve10pment

Tokai Research Estab1ishment JAER工

( Received November 28 1978 )

Stress an1ysis of the JT-60 vacuum vesse1 is reported

in the parameter ranges of rigid ring thickness 40-70 mm

and be110ws thickness 20-25 mm for the structure in

detai1ed design The needs of stiffening ribs and dash-pots

against the e1ectromagnetic forces are discussed and a1so

integrity of the vacuum vesse1 in p1asma disruptions with

time constant shorter than 50 msec

Ca1cu1ations show that the rnaxirnum stress intensity

produced in the vacuurn vesse1 is be10w the a11owab1e one

even without the stiffening ribs and dash-pots And the 1arger the be110ws thickness the higher becornes the safety

margin thickness of the rigid ring 1itt1e inf1uences the

stress intensity

In p1asrna disruptions with time constant shorter than

1 rnsec the stress intensity exceeds the a11owab1e one

Keywords Stress Analysis Vacuurn Vesse1 JT-60 Tokamak Be11ows E1ectrornagnetic Force P1asrna Disruption

J A E R I - M 8 0 1 7

ft

1 12 U A (C 1

2 ft laquoT ft 3

2 1 laquoW( 3

(i) m9r-f-amplktf-Traquo 3

(2) bull-lt bull mdash X - + - hcopy- r Mb 5

2 2 (Wff^lBamptfff i f f l^o^^i 6

3 ISWfeSamptf^^ 1 2

3 1 S J 1 2

(1) laquoyen0T bullbulllaquo 1 2

(2) i laquo T t e amp t t s t 1 2

32 copy a m laquo pound 15

(1) P S r f J l 1 5

(21 S t ^ t t 1 5

(3) WftampWLamptffcM 1 6

a 3 (S tlWU 1 7

(1) 7 X i S ) | i 5 0 m s e c laquo T t ( f i laquo i O i | laquo gt raquo 2 f S - M O f a i ) 17

(2) i s A i F a 18

4 fcgt 0 C 3 4

HE 3 5 f t i l HfcTcSK) y raquo c ^ I I D 7 Afflf y- v h bull -- -rgtlt 3 6

ttSU MARS-MES Affl73XS7degD 7 A I G amptfSUPERPOSE copy

4 bull h -7mdash i T ^ 44

ftSin THREEDI Jktf I G fflV-x bull M h 47

lil

J A E R 1 -M 8 0 1 7

目 次

1 はじめにhelliphellipH H H M H helliphellip-hellip I

Z 解 析手 法 helliphelliphelliphellip-hellip目H H -hellipM H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

21 解析手法 一H H helliphelliphelliphelliphellip-一一hellipM ldquo H H 一一一一hellip 3

(1) 解析手法及びモデル ー-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Ehellip H 目 3

(2) ベローズサポートのモデル化 hellipH hellipM H -ーhellipーhelliphellipー 5

22 解析手1頃及び使用プログラム helliphelliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphellip 6

3 解析結果及び検討 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip u hellip一-helliphelliphellipH helliphellip 12

3 真空力 helliphellipH -hellip一 helliphellip-helliphelliphelliphelliphellipH 12

(1) 解析モデル H H helliphelliphelliphelliphellipM hellipH hellipーhelliphellip 12

(2) 解析結果及び検討 H -hellip一H H M -helliphellipM helliphellip 12

32 鞍型電般力 hellip-helliphelliphelliphellip-helliphellip hellip- hellip 15

(1) 解析モデル ーhelliphelliphelliphellipH helliphellip-hellipH 日刊 15

(2) 荷重条件 hellipH helliphelliphelliphellip helliphellip-hellipH -helliphelliphellip 15

(3) 解析結果及び検討 helliphelliphellipH -helliphelliphellip一helliphellip-helliphellipH 16

33 応力評価 H helliphelliphelliphellipH M -helliphelliphellipH helliphellip-hellip 17

(1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した場合の真空写器への電舷力 helliphellip 17

(2) 応力評価 helliphellipH -hellip-hellipH helliphelliphellip-helliphellip一日helliphelliphellip 18

4 お わ り に hellipH -hellipM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliplsquohelliphellip 34

参 考 文 献 helliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip-helliphellip 35

付録 I 三次元自動メッシュ分割プログラムのインプット 7 ニ aアル helliphellip-hellip 36

付録 II MARS-MES入出力支援プログラム rG及びSUPERPOSEの

インプットマニュアル hellip H H M -helliphellip一helliplsquoH H hellipM helliphelliphellip 44

付録皿 THREEDI及び IG のソースリスト hellipH H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip日 47

111

J AERI-M 8 0 17

Contents 1 Introduction 1 2 Analysis procedures 3 21 Analysis procedures and model 3 22 Model of bellows support 6

3 Analysis results and discussions 1 2

31 Vacuum pressure 12 (1) Analysis model 1 2 (2) Results and discussions 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current- 15 (1) Analysis model 15 (2) Load conditions 1 5 (3) Results and discussions 16

3 3 Stress evaluation 1 7 (1) Case of plasma disruption with time constant

shorter than 50 msec 17 (2) Stress evaluation 18

4 Conclusion 3 4 Acknowledgement 3 4 References 3 5 Appendix I Users manual for THREEDI 3 6 Appendix II Users manuals for IG and SUPERPOSE 4 4 Appendix III Source lists of THREEDI and IG 4 7

iv

JAERI-M 8011

Contents

1 1ntroduction hellipH H hellip H H H H H H H H H hellip 1

2 Ana1ysis procedures H H H H H H H H H H H hellip 3

21 Ana1ysis procedures and mode1 helliphellip H H -helliphellip H H M H hellipH 3

22 Mode1 of be110ws support H H hellip H H hellip H hellip H H H 6

3 Ana1ysis resu1ts and discussionsH H H hellip H H H H H H 12

31 Vacuum pressure H H H H hellip H H H H -hellip12

(1) Ana1ysis mode1H H H -helliphellipH H -hellipH H H H hellip 12

(2) Resu1ts and discussions H H H H H H H -hellip 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current 15

(1) Ana1ysis mode1 H H H H H H H H hellip H -hellipH hellip 15

(2) Load conditions H H H H H H H -helliphellip H -hellip 15

(3) Resu1ts and discussions hellipH H H H H H H - 16

33 Stress eva1uation日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip hellip helliphelliphellip日 hellip日hellip日helliphellip hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellip山hellip hellip hellip hellip hellip hellip日hellip日hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellipリhelliphelliphelliphellip 17

(1) Case of p1asma disruption with time constant

shorter than 50 msechelliphellip一H H H H hellip H H H H 17

(2) St~ess evaluation H H H -helliphellip H H hellip H H hellip 18

4 Conc1usion H H H ~H M H HH H-helliphellipH HH H H 34

Acknow1edgementH H H H H H H helliphelliphellipH H H helliphelliphelliphellip 34

References hellip日 helliphelliphellip日hellip日ldquohellipldquohelliphellip日helliphellip日hellipldquohellip日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip日hellip日hellip hellip日hellip hellip 一川hellip hellip日hellip hellip口hellip hellip hellip日helliphellip日hellip hellip日hellip 日hellip日リhelliphellip川hellip hellip リhellip hellip日hellip hellipH H 35

Appendix 1 Users manua1 for THREED1helliphellip-helliphellipH H H hellip H H 36

Appendix 11 User 5 manua1s for 1G and SUPERPOSE H -helliphellip 44

Appendix 1工工 Source 1ists of THREED1 and 1G helliphellip H H hellipH hellip 47

IV

J A E R I - M 8 0 1 7

1 laquo i tb lt

laquo f i issfcmsi77 x ^ a i s s i ( J T - 6 0 s i iiaciftittialaquo-^t-) amstzm

to-cfc-0 -a i f f ln y t f - y H i B I i c S f f S K c A - ^ - c i ^ o 7deg 7 x-^gj UiAampin copy M^-g

S4ft copyJR 0 poundbulloreg copylaquobullamp fepound(6gpound-toilft f t Jitb X o 5 bdquo

Jf5laquorifiW U M t i L t i B a i E K i J A ^ E ( MltSA ) B i t raquo i f f f f l t 5 H i liXS ( 4 0 0c ) JSGlCfc SfcKilIfetBl-ti-fcitfttb-f ^ copy i S t t l c f i ^ i c t f r t S ^ g S o

W I K S S amp c i a J T - 6 0laquos$Hcopy jE j raquo f f ^ l i JS i c f g2 f$ t tTO5as ^ c t - l i ^ deg - laquo i pound i t f x J I pound t t laquo c s amp - f 6raquo r - f f iampraquocopy i l i npound f f l i l ^fflW^raquoHr-ltraquoAisiS6ltt ^ S f i l f i - ^ n - c i ^ o 8 sect S laquo laquo laquo i l 4 6 r ^ 5 J T - 6 0 laquoSyen^ff l iS t t^Wcopy-5 gt c copy f - t t f f l o r g ^ T o f c i S A f raquo t f f copy S i gt - o ( ^ r t t f c f c f f l T o ftic - f c i e ^ o i a

iE-t laquo SSSlCft f f l - r5laquoSamp0 KSeurof lSf tWlt1-copylaquo-a^fellaquo^ CASME Sec-IE cffiiM-ipoundASFlaquolaquo-fT9o CLT- l iS f f lo iS t t^ f f l lt - Klt pound f L r I ft j y amp y^o-x-copyftcjg^7y MJ bullpoundmAxmVTampfti Sfcjalaquoj ^Ao^smfiaAfli^ bully bull tf bull h-amp0lamplt ajff ittfcjt l^ Ufco g i c 7deg 7 X ffiSSlWf poundraquo)lt 5 0 msec i O H 1

I g amp i O t t ^ t i f T - j t l ^ o f L t reg 4 S t 4 f t ^ J t t f ) 5 SIC t t S C i t ( f t f t I 0 t H R j c S f t S S M ^ D y ^ i C THREEDI ) Vgt4 yf ~J ^ - 7Jiamptf V ~ 1 x ^ S f t t S

- 1 -

J A E R 1 -M 80 1 7

1 はじめに

現在1点研では臨界プラズ 7 試験我慢 (JT-60第I1図に鳥峨図を示す)の建設を進

めており一部のコンポーネントは既に製作段階に入っているプラズ 7 閉じ込め111の真空写l1L_ _ gt_ __ 12)

~に闘しでも各極 Ramp t5 及び詳細設計に 1まいた最終的な設計段階にありプラズ7 挙到J や装

l~ 全体の取り合い等の検討も含めた総合的な設討を進めている

J T -6 0の真空宇李総の僧造は既に多くの報告があるがベローズとJ京肉リングという剛

性の非常に異る権造物が交互に配列されてドーナッツ状の兵士g~辛器を形成しておりまた非円

形断面を街し外荷重として趨高奥宅による大気圧奥ltlJ) 各符電舷力が作用するうえに

MJ温 (400C)運転による熱膨脹も考慮せねばならずその設計には特に慎重さが要求され

る

有限要素法による ]T-60真空脊器の応力解析cf-t~It既に報告されているがそこではベローズ機遊を直交異万性板に置換する事で節点数の鳩加を抑え実用的な時間で計算が可能と

なる様計られている本報告書は現在進めている JT-60真空奔器の設計検討のうちこ

の手法を用いて著者が行った応力解析の結果についてまとめたものであり特に一次応 Jのほ

とんどを占める真空力と鞍型電依力による応力に着目した検討を行っている尚著者が行っ

た検討はこれとは別に製作飽当メーカーで行っている応力解析の純果のクロスチェックに資

すると共にプラズ 7 パラメータやプラズ 7 計調Hへの近接性の向上を目的とする設計変更を

償鋭的に行え得る機そのバッタデータを得る事を目的としている

以 F第 2苦言では本応力解析に用いた手法の実際の通用について述べ更にモデル化及び使

用プログラムについても触れる第 3章ではt1空力及び鞍型電般力に対する応力解析結果を

述べ真空努器に作用する真空力及び鞍型電依力以外の各種荷重も考慮して ASME Sec皿

に縫いた応力評価を行うここでは実機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉リング及

びベローズの仮l手をバラメトリックに変えて解析を行いまた補強リプ及び厳型電舷力用ダッ

シ a ポットを取り除く可能性も検討した更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短い

場合の検討も行っているそして第 4章で全体をまとめる更に付録に本解析で使用した三

次元自動要素分割プログラム (THREEDI)等のインプット 7 ニ a アJレ及びソースリストを i 添付する

-1-

JA

ER

I-M

80

17

e HI

u 0 rH

rH

4J

4J -H

bullH

0)

o 0

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01 u

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bulllmdash

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3 H

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-0 bullo

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4J 4J

11 M

rH

rH

rH

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bullH

3 6

bullH

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bullH

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bull0 T

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9 3 a

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3 0

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gt _gt_ W

pound E z w

O

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〉

開

何

回

Iginfin口同叶

llToroidal Field Coil

21Poloidal Field Coil

31 Vacuum Vessel

41Vacuum Pumping System

51Support Structure

6 1 ~Iagnetic Limi ter

71Movable Limiter

自 NeutralBeam町長ctorl

ゐ

JT-60本体の烏敵図Fig 11

J A E R I - M 8 0 1 7

2 m VT yenbull amp

21 raquolaquofa

(1) raquolaquoT-ftampgtf ^

ofcbdquo i C t l i 5fe-fSgHregltD-5CgI5^^titlaquolffi^BiJtt^W-rSiIlaquoSittS(CE^

i o t ^plaquoT-triraquoe^c^^ttSreg-^ y bJkaamptiSrXtbz^mvampo Hfflwcii ^ o - x - reg 0 i 4H|ampcfSiff ioiSAfflb^t h ^o-x-regi i i icraquoofcff l j tEAraquoj i tffiigt4i iSAreglaquoffllaquoajcopyiiSBic4i5laquo-^nif euroregipoundregfsigpound e4t|5src

ftfcM5ttfficopygfipoundJireg^n-XraquoffC|gLTcopylaquoampfrlt-f Samp-t9 -ltn-xfflcopy

Bgt ft poundraquocopyamp ( RttKcopypoundfipound ) tgta$raquofcopylttpoundsect95pound-f 3reg(i ftic^n

-xcopyiraquocflreg^t6s^secti^laquolJ i i fe(-for i i Llt euroic-copyplaquofr-ii)SlaquofM^copylaquoJ laquot ttiiamplt-fetf 5 pound(copypoundbull ftasffig-p^ HIScopylpoundH-^^copyigifflBicg| briiP^ffl

(i) ^n-xffldjr-ii

plusmn 6 h 6

1 ltgt = ( i + mdash J laquox plusmn mdashr M X plusmn

x + b b h U) 1 lt = a v + M V

M x y

h 2 b v f)

- 3 -

J A E R 1 -M 80 1 7

2解析手法

21 解析手法

(1l 解析手法及 Jモデル

真空容器の応力解析は既に報告を行っているベローズを直交異方性板に置換する手d~と依ったここでは先ず真空容器のベローズ部をそれと等価な剛性を有する直交異方性板に置換

しこれと真空容器厚肉部の等方性シェルとを組合わせて時全体解析を行い厚肉リングと

直交異方性板の変位及び応力を求める更にベローズの局部的な応力を求める局部解析に

J3) _ _ ~ t は応力変換式による方法と ス~ ク L よる方法があるが本解析では前者を用いた

前者は異万性板のモメン卜及び応力とベローズの応力とを物理的に対応づけた応力変換式に

よって全体解析で得られた異方性板のモーメント及び応力を求める手法であり実用的には

ベローズの山中腹及び谷部の応力値しか求まらずベローズの山に沿った詳細な応力分布は

求まらないが応力の最大値は山の頂部に生じる事を考えればその手法の簡便さから非常に

実用的な解析手法であると云える一方後者はベローズの局部を取り出し全体解析で得ら

れた異方性板の変位を局部ベローズ解析に際しての境界条件とする手法でありベローズの局

所的な応力分布が詳細にわかるという長所はあるが計算機管億の制限から数少い節点数で得

られた全体解析の結果(異方性板の変位)から局部解析の境界条件を設定するのは特にベロ

ーズの嫌に曲率の変化が大きい構造物において難しく更に一回の解析では本解析対象の様な

復維な権造物における全体の応力分布が把鍾できず実際の設計等への適用面に関しては問題

がある

ここで用いた応力変換式は以下の通りである

(j) ベローズの山では

t ax ( 1平千)ax 土手 Mx x 下手τ(h2 bw -十)

ム bht az 一一 a+ 一一一 M

bw

1

1

3 t xy + ーで一一 xy

-3-

J AER I - M 8 0 1 7

Ql) ^a-XCDtpmr-li

+ 6 31 m = plusmn mdash - M x + mdash mdash p

t b w t

m ^ j = 2 - y b w

m r - = r x y + - mdash r M x y

i a -XtDampTtZ

gt - ( 1 plusmn 6 h

x plusmn mdashT M x h 2 b

b j j = b h

b w I

xy 2 M x y

1 I $ copy i l f f pound|amp1 2 JScopyi i f f^ ( f i l t laquocopyf t^^ l6 ] (C | t i c r5^ |6 l x = H^te tScopy bull =f ^pound|6] y g pound t t laquo t f f l o 4 -JIgt|6]

t D -XOjfflJlJiOffiH m -ltbull - X + m J amp g b ^ o - X S f f l f i i + - n - X ^ g f i - ~ o -Xf^g iB

4 f c pound2copypoundf(iifccopyStapoundR|-gt-fo h ^ o - x - i i i g copy - ^ ^ t ^ a - x f i i b^ a - X t f - ^ I ( ^ D - x l tdeg raquo -fcopyHft )

- 4 -

J A E R [-M B 0 1 7

1) ベローズの中腹では

占 6 31 mσl~ 士一一ァ M干 一一一一て-p

t bw t

ム bπl t12~ 一一一一一rJ

bw (2)

y

x

M

37

十Vd

x

T

士

τ

m

iD ベローズの谷では

b rJt (1土子)σx土手 Mx士(示 (h2bw --+-)

b bh b ltl2

x一一- rJ 一一一 Mbw

(3)

VJ

X

M

+

y

T

士T

但しここで左辺の添字は各々以下を意味する

1 波の進行方向

2 波の進行方向と板の法線方向に直交する方向

x 異方性板のトロイダル方向

y 異方性板のポロイダル方向

ベローズ山の頂上の位置

m ベローズ中腹 J位置

b ベローズ谷の位置

+ベローズ外表面

ーベローズ内表面

また右辺の記号は次の諸債を表わす

h ベローズ山高さの半分

ベローズ板厚

bw ベローズガース長(ベローズ 1ピッチの実長)

-4-

A E R I - M 8 0 1 7

b ^ a - X tdeg -j f-

I lt o mdash xffi H mdashltK mdash i y tBL c CT-ftEp copyifplusmnreg 2 1 l2(-fSltc laquo3 ^ ^ -7 deglaquoM ilt f f i gt3reg llaquoC^D-7 [ f i

(2 p = 0 T- amp 5 bdquo J T - 6 0 f f l laquo $ g g | i i 2 4 copyIf ft J y t U ^ f f J f - f T ^ a - XAlaquo^ 8 ^ pound Steffi ij

pound IT h - 7 X-frjfcgg U l ^ fffiJ y plusmn 6 0deg-te 2 H 0deg -b 9 9 6 ltr gt pound fig 4 6laquo fraquolaquoT-e(ilaquoKWiclaquot0B8c L i 6 0 deg ^ laquo t l i L raquobulllaquo x ^ampf l f 2 2 g U c ^ f bdquo f ^ l i f l J icopy t^ t t ^ i= ) b o 4 ^ - ^ r a c f i l p f t J y ^6 0deg-te 9 ltpoundgtampamplt a - XSB ^ f t ASgtipound0 deg 4 ^ r f i ( i poundcopylaquobullpoundbull t ( j S c f i F ) pound t f f f l l 8 0 deg ( amp laquo laquo copy laquo pound -0 3 6 0degT 5 o

m bullbullgt bull bull I - A ^ K y ^ - t U T f i t t s t i gicff-fflij g f laquo t t f t f A t yen a S f f l amp f f l - hficopy|laquojfLa5-5o laquo r 4 - K i f t S S ^ C f t 1 5 0 o l i c t f i S 6 0 0m

raquo f t J y^ l iSSt t -C l i f f i l f 4 0 laquo B T 0 T^JfcffisSJ ^ c i ^ t i S S f t t i ^ T MSS J ^ ( i K S S i l copy M laquo i L t ^ i a s a i l ^ f t t L T O S poundyeng ( 9^ -e 1 0 0m i t l i t 1 6 0laquolaquoffl|5$laquorWr5fclaquo) pound 1 1 i C gt f t 5 8 i K S S S t h o 4 2uKi|3 -lt ^poundcopyfscopy3ncopypoundlt ampL o -r c^ iJ ia - i ^ fiKfflfa)ilaquocopyiaix^-xsij filti^ ^ctlS4ff-c-(i z 2 i a c r s i g t t c i q ^ r ccopyfifreg y rs-JROlfcoT If ft y y ^ f t c ^ a - x reg reg a ^ ^ 7 ^ n raquo cgxfcig-S-ic-ooTolt fP^fTt 1 filBj ^reg^4 f f lBJ i6 t tcopy^W fT9o E C copy I SfSAffl bullltbullgt a bull - hcopyl^plusmnfflHJtettfelttW

8yenT Vtzmamp7raquoltamp 2 1 R I - 4 i t o ^ t l S o C C t i B J 7 (i Case 1 copya-l-fltJtlcS

(2) ^ n - X bull - 9 - - h ffl^rMfc 2 2 r a f f l f H C J f t t t 5 g i ^ D - x i i ^ r reg ^ n -f ^ A-tt f f icQMSiefcOT

jgft y y^rtff iA^jio a L f c f - i i u T-c^jf $nro5o c w i J T - e oreg^ agn)Klaquo^D 4 ^^rns^-f LT^sfcA laquotlaquoJii-cesrgtrHiittttreghlt^n-x alaquoa(regz2ia4iregD-Fa5= ast o^ -nffiififflfiEii^-rA-Gregiaf-(iS22 0 c

ampkltDX-amp6o U^ L C copy pound f e - A ( i IC-lt a - ^ i M L t ^ n - XcopyFlt3(ffl^copyg0amp

- 5 -

r A E R I -M 8 0 1 7

b ベローズピッチ

ベローズ断面二次モーメン

但しごこで外圧 pの長は第21凶に示す様に真空E力や Jレープ電流電般力の様にベローズ面

の法線町向に作用する外力に対する矯正項であり鞍型電流電依力の様に|直交巽方性板の法線

方向に作用する外力は既に全体解析で反映されているから局部応力を求める変換式において

は p=O である

JT-60の真空寄器はセクタ型の厚肉リングと U字形平行ベローズが各々 8ケ交互に配列

されてトーラスを形成している厚肉リングは 600

セクタ 2ケと 4dセクタ 6ケから成るが

本解析では強度的により厳しい 600

セクタを対象とした解析モデJレを第 22図に示すモデ

O

Jレは構造の対称性からトロイダJレ方向には厚肉リング 60セクタの半分及びベローズ部の半分

から成りポロイダル断面は真空力 JJt号合仁(或は下)半分の 18 00

bull 鞍型電依力の場合一

周 36 00

である

真空容器ーにはこれ以外に補強リプベローズサポ - ~真空容器支持アーム鞍型電磁力

用ダッシュポットが強度メンパーとして設置され更に計測排気中性粒子入射容の為の

各種ポート用の開孔部がある各謹ポートは真空容器に約 150本っき巌大で内径 60 0 s11I

であるが詳細設計での検討の結果内径 50 0 Jf1Iのポートが厚肉リングについた湯合でも

真空写器の強度に与える影響は殆んどなく各種ポート用の開孔部の効果は無視し得ると考え

られるので本解析モデルからは除外した

原肉リングは現設計では板厚 4011111であり T字形補強リプによって補強されている Tf

形繍強リプは真空容器の繍強として有効な役割を果たしているが主半径最内周で 10 0 Jf1II

最外周で 16 0 JI1IIの高さを有するため第 11図にみられる様に真空容器とトロイダJレ磁場コ

イルとの聞の空間の多くを占有しポロイダ Jレ舷場コイル温度制御膚等の設置スペースを制

約しているそこで本解析では第22凶に示す現設計に加えてこの補強リブを取り除いて

l享肉 1)ング及びベローズの板厚をパラメトリックに変えた湯合についての計算を行い補強リ

プの除去の可能性の検討を行う更に鞍型電舷力用ダッシ a ポットの除去の可能性も検討

した

解析した構造モデルは第21表にまとめられるここで補強リプは Case1のみに構造に含

まれる

(2) ベローズサポートのモデル化

第221司のモデル図に示されている様にベローズはそのポロイダル断面の直線部において

w-肉リング内面から張り出したビームによって支持されているこれは JT-60の真空容

器が非円形なポロイダル断面を有しているため街震が僧すに従って両11性値の小さいベローズ

白線部(第22凶中のD-F部 o 以後ポロイダル断耐の位置を示すA-Gの記号は第22図に

示す位置を示す)において大きな変形が生じ得る事からその変形を抑えるために設置され

るものであるしかしこの支持ビームは単にベローズと接触してベローズの内側~への変形を

抑える役割しか有しなくベローズの外側への変形に対しては全く拘束力を有しない

一方真空容器に作用する外力としては主なものとして真空力ループ電流電織力鞍

~電流電依力があるが前二者の荷重が全て真空容器に対して外圧方向に作用するのに対し

EU

J A K R [ - M 8 0 1 7

|b]fc(i)ff3 J y iffitft[fni b t f e^Sf t C ffl Uffsffi^ ) tt 5 -poundbull ft ^fei LT

lf^ ) vf^W-n ) y ^ copy pound ^ 8 laquobullgtgtlt L t H l f i J t J i j i LrfFffi-f 3bdquo Ofticopylti5

t c b i gt t t ^ D - x i t D - ^ t f - n i i c g U b t i ^ i i j f i b O WWicfo-or

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ti) - t o - x bull -y-4- h o ( f i V y^mit W-fa l y7frltb(D7 y Mft tamffiamptr-0 raquo - 4 pound 8 L bulleoipoundliB^ lJy^OV 1iftlit-5 u ( I 2 4 0 copyBBamp7 ~ 1 2 )

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W) ltliDcopy^J0 M ^ ( raquo S S I copy t t ^ I J i - e 3 laquo ^ ^ copy bull n f t ^ J S I CtetMtt

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22 S t f ^ S t f f f i f f l - ny5A

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0 j et t i J-rSA4fiEff l i b t H R j c l i i ^ -y ^ D ^ V A T H R E E D I sfiE(Cfflon bullCfcOlfttteRSfe S t i r OS ft $8gttttktiSMibZt3tiMK1k-ofrltDigktikfrg$Ztizt fcfe7n^7Acopy^iEK(iffb07or7Acopyffgg4-fi-ofco

B i H 5 ^ a ^ 7 A ( C t n - r f f t l c S n laquo pound laquo laquo laquo e i LTIiFf5copykcopyASampsect = (1) lt S I I ( copy S S f l S A laquo M 4 9 n-f J U K ^ J ) copy A (2) f-A|IcopyAA (3) h 7 ampcopyA

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CltDtpZ-ll)lt2)H)(DregmiZreg UTI2THREEDI copylaquogBICJpb (8)laquoigtlffltts^Ofcj6glaquo4|

laquo A M C 7 D f 7 A I G^fffiKbfco X (5)copylaquoaBliglaquofKcopy7D^7A MARS-

SUPERPOSE (MARS-MES copyttiTfc3JS bullpoundampffllaquolaquopoundpound-fS3poundfT7pn7A )

- 6 -

J A E R [-M 8 0 1 7

後者は第23図に綴式的に J-yenす織に 1つの厚肉リングセクタに着目した揚合 トロイダル方

向にはl苧肉リング中央面を対称而にして左右対称(但し符号は逆〉な分布を持ち全体として

厚肉リングを厚肉リング中央の主半径を中心として回転させる力として作用するいずれの街

電においてもベローズとベローズサポートは単に接触しているだけであり解析において

もこれを筏触問屋重として解く必要がありまた鞍型電銘力の場合の織にベローズとベロー

ズサポートが全〈筏触しない事も考えられる

これらの問題点を解決するためベロ-~とベローズサポートそ第 24 凶に IJ す様にモデ

Jレ化した即ち

U) ベローズサポートの厚肉リング側は ~手肉 1) ングからのオフセット匙と郎併定数とで

メンパーを定義しその節点は厚肉リングのシェルと共有する u (第 24凶中の節点 7-

1 2 )

j) ベローズサポートのベローズ側はベローズの等価安方性依と[gt行に新しいビームを

定義し (第24図中の要素⑫~⑮)シェ Jレとビームの対応節点閣に倭触要素を設ける

(第2 4 図中の要素~)

ii) 接触要素は始めに剛体(軸剛性のきわめて大きいトラス部材)として入力し解析を行

つ

ωGiDの結果より剛体接触要素の軸カが引張である楊合そのトラス材を柔要素(紬岡IJ性

のきわめて小さいトラス部材〉に変更し更に解析を行う

ゆ 更に帥の作業を行うが同時に柔の筏触要素の軸力が圧縮となったものについては再び

剛体に戻す

これを要素変更の必要が無くなる迄繰り返す

以上の (i)~ωを踏まえた解析手 )1腐を2 2 に示す

22 解析手l頓及び使用プログラム

JT-60の真空容器の応力解析に対しては備選解折汎用プログラムMARS-MES 及ー (51

びそれに対する入力生成用として三次元自動メッシュプロタ 7 ムTHREEDIが既に用いられ

ており設計に反映されているが設計検討を進めるにつれ更に幾つかの機能が要求されてきた

ためプログラムの修正或は新しいプログラムの作成を行った

前記プログラムに含まれず新たに要求される主な機能としては下記のものがある

川 分布荷重(鞍型電位力俗気リミタコイ Jレ反力)の入力

(2) ビーム要素の入力

(3) トラス要素の入力

(4) 平行ベローズの要素分割

(5) 異方性板の応力値からベローズ局部応力への変換

この中で(1)(2)(4)の機能に関してはTHREEDIの機能に付加し(3)は汎用性が少いため倭触要

素人力用のプログラム IノGを作成した又(5)の機能は原倒既存のプログラム MARS一

SUPERPOSE(MARS-MESの出力である応力変位の線形結合演算を行うプログラム)

-6-

J A E R I - M 8 0 1 7

copytplcftSnLto ltpoundJ filt3fltRcopy9 mMMM ft l ifilaquolaquotraquotff 7o 7 A EDDYTORUS6

T-Jt t sn5copy3raquo eurolaquo tEcopyt tlaquo l - L-t Aft LT O5o mVrltrgty o - bull fbull - ^ $ i 5 H i t amp -f raquo 7degiclaquopound - T ft laquoTf-laquopoundlaquoampbull- a ltgt (i) ^ T - 7deg 1 ( fiSfflr n 7 A THREEDI ) MARS-MES ^ copy A r t f - ^ t B g c f 1J8 PS T- 0 W laquo J ^ H n - x o f f i ^ 93gamp

yffiift-r-copy[amppound ff-5 o Cfflfg ffiiftampft^K^j-e S t i t f amp reg Jit c i kg erf copyEA Altftffl L fittlaquot J i =bull -f ^ K ^ T amp t l i i laquo m J i 9 3 4 ^ ^ ^ ^ f f l ^ c D g j R l - S ^ ^ mVMampftX-foiUl EDDYTORUS T-flf n fciKSMStcopy deg -f ^ Afalaquolaquotreg8poundf laquo gt j i c amp L T laquo - reg J R c E ^ J t LTftffl J t J bdquo

(II) 3 f 7 2 ( ffi ITJ 7deg a J 7 A THREED I ) MARS-MES ~~C0Kftr~ tfigfflfjj 2SPampt0 ^ f 7 1 t t S J f t t f - J C f

- A f j f - amp t f f pound K F f - J lt pound f i - l t J n t 5 o OIP X -r 7 7deg 3 C (pound ffl 7deg a 7 A I G ) MARS-MES ^ copy A - r - l pound copy reg 3i2fiST-0 gt X f raquo 2 t t f f i S n t f - C S

I S J | i i 5 r 7 X g | t ^ t l i f t I t 5 f - A g S i f f i f i f - 0 A A f T T o ltfl ^ x v-7 4 ( CPU ffiffl ) -r - 7deg 3 T t l S ^ t l t - Agjgf-- copyiffife^ttfflcopy-alaquoiEo (V) x-r -7deg 5 ( fitffl-a 7 A MARS-MES) tfampZtlTZT-fiZAt) LZfcftWI$TampfT7o ^ D - X I - t K J c S ^ f t ^ i LTJR0amptgtlpoundo M X f 7 7 6 (CPU fpoundffi ) MARS-MES (ClaquotSlSraquofTff le ~ deg - T pound J $ tr - A copy b 7 x g copy tt jg T

5fefflraquosnii ^ffl b 7 xgjgcopyttHi j t tlaquo-~o i LTfftf MARS-MES C laquofc 5 IS A flf pound fTTo ftyenSTcopypound pound copy I- ^ S S c E l i j i l f f f l OfcfliampfiStfcopy b 7 glaquobullraquo ltcsect i Lxmcftt-ftMW-irff^o d -5 I t W i o x f 7 7 t S t g l copy laquo i i f i t pound ( ttSampHOii-f o

W x r bdquo 77 ( ffiffl7 a 7 A MARS-SUPERPOSE) MARS-MES CJ5)poundj)yen4ffcopyregKiglaquo-Ayjt b r g pound M copy IE ft pound ^ o - XfflU

a5WttJSAffl(Cpoundfi|-f 3o

- 7 -

JAER[-M 8017

(61 の中に付加したなお分布荷曜のうち鞍110草儲力は渦電流解析プログラム EDDYTORUS

でilt1される鞍摂電流の値を廷にして入力している

解析の 7ローチャー卜を第25闘に4ミす各ステップに従って解析手順を紙説する

(j) λ テップ 1(使用プログラム THREED1 )

MARS-MES への入力データ守ー成の第 1段階であり陣内リングとベローズの節点要素及

び街喰データの牛ー成を行うこの際街盈条件が真空力であれば各要素に 1kg叩F の圧力

がれ月1し健気リミタコイ Jレ反力であれば舷気 1) ミタコイ Jレ支持点相当の要素に反力を与え

級if司i感力であれば EDDYTORUS で計算された鞍~l電流のポロイタル方 IIacutel]電流w度を電

信]に変検して各要素に圧力として作用させる

(nl ステップ 2(使用プログラム THREED1 )

MARS-MESへの入力データ生成の第 2段階でありステップ 1で生成されたデータにビ

ーム要素データ及びパネ支持データを付け加える

uiT ステップ 3(使用プログラム IG)

MARS-MES への入力データ生成の第 3段階でありステップ 2で生成されたデータに綾

触要素となるトラス要素とそれに付随するビーム要素と節点データの入力を行う

tv) ステップ 4( CPU使用)

ステップ3で生成されたビーム要素データの端末結合状態の一部修正

(ゆ スー手ップ 5(使用 4 ログラム MARS-MESl

生成されたデータを入力して応力解析を行う o ベロースlii宣交異方性板として取り扱われる 0

wT スチップ 6(CPU使用)

MARS-MES による応力解析の結果ヘローズ支持ビームのトラス要素の軸力が張力であ

るものがあればそのトラス要素の軸剛性を ~O として再びMARS-MES による応力解析を

行う解析の結果柔のトラス要素に圧縮力が作用した陽合は再びそのトラス要素を同IJ体に戻

して再び応力計算を行うこうしてMMのステップを要素変更の必要がなくなる迄繰り返す o

WIO ステップ 7(使用プログラム MARS-SUPERPOSE)

MARS-MES による応力解析の最終結果を入力として異方性板の応力値をベローズの局

部的な応力値に変換する

-7ー

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 2 1 I S f f ^ - mdash Jg

Case Thickness (mm) Rib Case [ Rigid ring Bellows

Rib

1 40 20 Yes 2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

Bellows ^ ^ ^

vl W Vi

u bull- u ii

r Y v ( a ) Vacuum pressure (b) Electromagnetic force

Electrons gnetic force (Saddle-like current) (Loop current)

F i g Z l ^ deg - X l c f f ffl-f bullSfl-

- 8 -

JAERI-M 8017

Ta b I e 2 1 解析ケース一覧

Case Thickness (111m) Rib

Rigid ring Bellows

l 40 20 Yes

2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

- lsquo司 -h

4 +-41--

(0) Vaωum pr邸ure ( b) Electromagnetic force ElectromJneticforce (Sa剥le-likecurrent) (Linfinp current)

Fig21 ベローズに作用す-o外力

-8-

JAE RI-M 8 0 17

Vacuum vessel support a

Bellows

Rigid ring

Dash-pot

Rigid ring y ^rv

Rlt890 RlSiQmdashJgQ

F i g Z 2 laquo yen 8 t 7 J U

- 9 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

Vacuumvl

1盤金 ゴR坦霊ムJFig22 解析モデル

-9ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Bellows

Fig23 ampampregicftmtzmmmmxltnmM

|

Orthotropic plate 1 Lm-2-i3_3-lt5-4-ipoundgtl5

Bellows

Bellows support

O Shell element bull Beam element O Truss element

F i g 2 4 ltltn -X bullbull$bull- h07nik

- 1 0 -

JAERI-M 8017

Fig23 真空容器に作用する鞍型電磁力の模式凶

o Sh剖lぬ『鴨川

口民amelement cコ TnJ話剖em創世

Fig2 4 ペローズサポートのモデル化

-10-

J AE RImdashM 8 0 1 7

START

is QSiC data X STEP 1

Beam I Restr I gtlt

THREEDI

ZEZ

X

Eddy current

Data STEP2 THREEDI

bellows | support

STEP3 I G

IE STEP 4

CPS

^

Data

Data

STEP5 MARS-MES

bull STEP-6

CPS

STEP 7 SUPER-POSE

(3J5Jpound) Fig2 5 J T - 6 O K S g g r o j S A I S t f m

- 1 1 -

JAERI-M 8017

飽yen

yen

yen

組

個

Fig2 5 J T -60真空容器の応力解析手順

-11ー

J A E R I - M 8 0 1 7

3 bull JKtfftefJIIamptfampg

3 i mampgt

mm7rnifts22iatcnro2laquoc i- CM ^S|6]C6 odeg-fe ^ racfi gtj y rreg i 2

- pound bfco gjgtf-ffltt h o 4 fj^ftfaicon - X pound 5 8 1 Ipf3 U y poundbull 1 0 raquo]copy 1 5 ft 91 o 4 ^ f t i p j c i i 3 o ^ H f f D t i ^ a

4 fc laquoffiS3gcopypoundl(2gt Sf i J gt ffiffiicgiBSftT u 5 laquo 3 g g pound f t T - A copy(pound Off o SSi I^ |pJC2Si t n -Clgt5laquol laquo iraquoAff l5- y =bull bull Kifpffl L i l m-gtTW 2 2 Htp copybulllt-pound amp (i ki = 0 ka = 4 0 ton k j = 2 0 t o n trade t 4 x 5 raquo i l CC

i^fif tf tf i ^ T copy S ( C l k g r f n pound E H T | x t (2) PtfffelftamptfampM Case 1 copygEffiajpoundSampa 1 ElA amplaquoamp a 3 ENc^-To - c - t fHlaquo( i5ccopylaquoSg8icopy) l t tlaquo -

laquo t gt b JfflHlaquoftilaquoIEif5gfecopy)lttS5-f o ^ a l i l i l f t i y T - copy y - z [ p l pound f i f l J S t E 3 8 S copy l--7Xamplft(Cltfc0lf fc J gt fC(riC^slaquol 4 fc KSSBsXr t T -

ltt I t h -v ia3firtffll(csta1 So ft-s-ctfn 4 ^^ttBASB-eiiS^fflffiffi 27 raquo pound b GaJ^fe^C-Afflfc--f h - 7 X pound g ^ l 6 l r t f l l ^ S f i f f S 9 3 2 g | ( i tfrt J gtlaquoamp ( i t k ^ n - X S 0 ) copyy - z^lpJSe^ftf amp^-t o tftM^jUgTffiAoBfflh-v poundaraquoi6]rtffll^copy^lt4(ilaquoffiSSl5E^r-ampo ffl^ i y copy a r - ^ ^ J s $ lt 4 o t o i 4 GSBT-ii h-7xpound^g^lSi^tf iJ^^ffJ l t i gt 5 i ctitiW-m ) y^fcfpffl-TS^

Aict sues j y tjn gpreg h-7^poundg^i6][3ai^ffls^i ff-ft v y ^ c i s s s i fiFT-Acopyjt^laquo(iKplusmnlaquo fecopy-c5o if a 3g | iCf - r^D-xt tJcopyy- z^i6]^fi^fltgt raquofi ) yrffliSlaquocopyffi(6j-ampTbrjoiP^raquofficopyglaquoS^otiamplaquotgtLrolaquoo nlt ^ ftiEScii - lt o - x bull + - i-alaquoipfltg y y^gt^0ffl brf j copyIE^laquo-agKfflii TfcO gt 2 5 raquo raquo g 8 copy S f t F 0 i ^ o t u S f i i W ^ o

Case 1 (i l toi4lKAraquo(Jcopy-laquollaquo-rega4BICp-ro Cftli lt deg - X 1 0 J copy ( S A laquo S f t ttgt0 h - 7 xi^gf t is iSf l^cAas-es^ff l i i a 6kgraquo2 t b deg 4 ^nftfficopy

Case 1 ~5copyraquoyeniffamppoundS5 3 Z g laquo i raquo ffiffiCM b T i i pound amp laquo ( n 4 ^jnffiffi AfiBamptfE raquo copy laquo laquo Oo Case 1 Cli Hlaquofi V 7 K J 0 JJC 13 ) ^ S O E S B f f l S f t T t f O

- 1 2 -

JAER[-M 8017

3解析結果及び検討

31 真空カ

川解析モデル

解析モデルは第22凶に示されている織にトロイダ Jレ方向に 60セクタ停肉リングの 12

ベローズ 1スパンの 12からなるポロイダル断面はその対称性から k半分のみを解析モデ

ルとした要素分割は トロイダル方向にベローズを 5分割厚肉リングを 10分割lの 15分

割ポロイダル方向には 30分割行っている

噴界条件を第31表に示す o 対称構造対称荷重であるから境界条件は対称条例を与えた

また真空宇手器の支持はら厚肉リング端部に設置されている真空容器支持アームのみにより行

い鉛直方向に 2本設けられている鞍型電磁力用ダッシ a ポットは作用しない従って第 Z

2図甲のパネ定数は kl= O k2 = 4 0 tOnIIII11 k3 = 2 0 tonlI111 と与える似lしここ

で座標系は第 A 1図に示すオプリーク(局所)座標系で与えている

荷重条件は全ての要素に lkgcm2を外圧として与えた

(2) 解析結果及び検討

Case 1の変位分布を第31図から第33図に示すここで太実線は元の真空容器の形状を

表わし網実線が変形後の形状を表わす第31図は厚肉リング中央での y-z方向変位分布

を示す真空容器のトーラス効果により厚肉リングには求心力が働きまた真空容器支持アー

ムは惇肉リング端部に設置されている為厚肉リング中央部に対する拘束効果は小さ Lから全

体としてトーラス主半径方向内側に変位する従ってポロイダル断函A部では巌大の変位27

を示し G部でも求心力のためやや卜]ラス主半径方向内側へ変位する第 32凶は厚肉

リング繍(設もベローズ寄りの y-z方向変位分布を示すポロイダル断面A部のトーラス

主半径方向内側への変位は真空容器支持アーム及び補強リプの効果でやや小さくなっている

また G部ではトーラス主半径方向外側へ変形しているがこれは厚肉リングに作用する求心

力による厚肉リング中央部のトーラス主半径方向内側への変形と厚肉リング端の真空容器支

持アームの支持効果によるものである第33図に示すベローズ中央の yーz方向変位分布も

厚肉リング端と問機の傾向を示しており卵形断面の自然なつぶれを表わしている o ポロイダル

断函 E$にはベローズサポートが厚肉リンクーから猿り出しておりその変形をある程度抑え

ており 2 5鵬極度の重量れ下がりとなっている事がわかる

Case 1における応力分布の一例を第34図に示すこれはベローズ第 1山の応力強さ分布

でちりトーラス主半径方向最内周のA郎で辰大値 12 6 kgllllllzを示しポロイダル断面の

ほぼ全域で 10 Kglllz前後の応力強さである

Case 1-5の解析結果を第 32表にまとめる変位に関しては全体的にポロイダル断函

A邸及びE部の値が大き POCase 1では補強リプにより事肉リング端のE部の垂れ下がり

が抑えられる為ベローズの変形もある程度抑えられ結局求心力による A部のトーラス主半

-12-

J A E R I - M 8 0 1 7

ffi^lfilrtflJ^rogamp^S^iteSo Case 2 ~ 5 T-li ISreg J r ^ y i ^ WW J y -pN Ti l

iSreg copy E $ iTAlt0poundraquopound lt tpoundZo Sic deg 4 A-|S] copyfl i clf g bfc tgamp ^ deg

lto -XcopyltglP ^ 0 ( ihM pound 8 0laquoraquo ) 2 5Wraquo ( UjiS pound 7 0raquo ) (Cft bamp 49 4 6laquoit

A5bdquo iDt I b l i ^ D - X l f j ^ffllaquorigrC- y hCft^0 fitotCase 2 4 T-(plusmn

IV-03 y y ltSIyenAlaquo7 0laquoraquo-T-ecopyD4^jyi6]copyfttrHi]ttas^o-xcopytftplusmn0gtcilAgt

-poundD-X4ifficopySfiAse^ilaquoa (ff 15 0i^tCase 2 copy tt 5gt Kg ) bdquo -gtj Case

3 5 r-i i rats J y sif laquo 5 omt co D -f ^^^iPiroiftifwttii^ o - x copyot i t is

laquoS blt a o ^ n - x bull bull - h copypound($icj OW lH y^ffi-c^CiAg^ti5 ( | 1 6

Hlc^-rCaEe 3copypoundfiEjjII ) o

Case 1 ~5 KiteorfE8 copyft^fflli-irT- a - Xreg 1 iJj copy h - 5 x poundbullpound j$fr |h]lrt If

Affiic4ii5bdquo i g i c i 0lt n - xc4 i iS fE ( i ^regIEtlIH$ampfl)4oi-ijbtilaquoo

(i) ^CJ5IIS U y^copy l--7xpound)igrtfflJ-vcopygffiicjS fccopybdquo L f r tc f tHI t

sectsectSpoundftT-Alaquo0copylGipoundampfiFOo (jj) -lt D - X ( I x l l t t f i ) t f f f i J y copy a -f ^^^|6]reg8iJtta^bft liStf a 4

ltjiD - lt D - x reg f f i i c f l j lt K s j c i i ^ o - x reg 0 j reg f f b o bid pound 0 4 1 3 ferego

(V) n -( JKBv tS T CD fg (C J pound bfflo

hie( i)~Wreg-5gt(i)~( l iDl ipound(e I- D -f ^ j |6] copyJS2H- W i deg 4 f ^UfaofotHzm^-

t s wpsii3iiipoundiwidjftfpound^o-xsMiijc4b3eAfii3pound^poundAs I -M ifijcopy tS-escopy-c (i)~ltiiDid i o T 4 b 3 pound copy laquo laquo pound pound TcopySpoundcopyg4SHpound$irt1-3 o

tfe 3 l iS copypoundlaquolaquobull t s ^ D - x lOjfflASicSfl brfT^fco

(OicksiEAfilPW y idj 3^ deg -xcsfflESiic j -gt Tft b3 feffl-efeS^b l-f-

bullJ y^ojftfftficj o D -xic56ft-r5is^lS(H L t igts eS^Tif^ J y copy$gtit

c5o MtraquoUiiJ0-ltdeg-XC4-f3JStf0 KffiAlc J3Jffc V y copy x [6]poundftttpound ltSi

t t 5 tdlicj SlSSffi |-J9ciS-e(6egttt3o

tJ 1 = C o bull 5 i 5 o (5)

iseftlaquoT(-jslaquolaquoi t fffflraquottKiteijlaquotf-etfo 5o =tosa3laquocopyig poundpoundi f3o

( i i ) i dJ 3JS f r ( i t t f f plusmn f ^T -ampo2 Hpoundreg3yen t i c ^ ^ deg - x copy f t i f fflttD twm ttfflttpoundW-3laquortftffapoundakcopytiffifEp bull pound laquo pound - ltSic4bf t^ l iSAI i

6 Oi = mdash mdash M (a)

- 1 3 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

径j向内側への変位が厳大となる Case2 ~ 5では補強リプがない為厚肉リング内では

端部のE部垂れ下がり変形が大きくなる更にポロイダJレ方向の曲げに着目した坊合ベロ

ーズと等価な剛性を有する平板の仮厚 t事は次式で求められ

t = ( 1 2 ~ b y (4)

ベローズの板厚20 (山高さ 801111) 25開(山高さ 70 RllI )に対し各々 4 9 4 6 JlIIで

ある但し Ibはベローズ 1ピッチの断面二次モーメントである従って Case2 4では

l区内リング板惇が 70でそのポロイダ Jレ方向の曲げ同1]性がベローズのそれより大きいため

ベローズ中央部の変位が録大となる(第 35図に示すCase2の変位分布参照)一万Case

3 5ではP事肉リング板厚が 50lllでそのポロイタルj向の曲げ剛性はベローズのそれとほ

ぼ等しくなりベローズサポートの支持効果により厚肉リング端で変位が長大となる(第 36

図に示す Cafe 3の変位分布参照)

Case 1 ~ 5において応力強さの最大値は全てベローズ第 1山のトーラス t半径fi向長内周

A部に生じる真空力によりベローズに生じる応力はその発生原闘を次の 4つに分け忘れる

(j) 求心力による厚肉リングのトーラス主半径内側への変位によるものしかもこれは真空

容器支持アーム但りの回転成分を持つ

j)ベローズ(直交異方性板とl亭肉リングのポロイダル方向の剛性差から生じるポロイダ

Jレ断面の変形差から生じる相対変位

QiO ベローズの腹に働く真空力によるベローズの山の押しつぶしにより生ずるもの o

(v) ポロイダル断面での変形によるもの

t記(j) ~QIOgrave のうち(j) ~OiDは主にトロイダル方向の応力に QlOiポロイダル方向の応力に寄与

する本有限要素法解析によればベローズ第 1山に生じる応力はほとんどがトロイダル方向の

応力であるので (j) ~QiDによって生じる応力の槻算値を求めてその応力の発生原因を検討する

検討は最大の応力強さを生じるべローズ第 1山のA部に着目して行った o

(J)による応力は厚肉 Ijングによるベローズの強制圧織によって生じるものであるからI享肉

リングの熱伸びによりベロース1こ発生する応 tl1~顛似している従ってi享肉リングの熱伸び邑00 熱伸びによりベローズに生ずる応力 o真空力による厚肉リングの x方向変位量を Oとすると0)による応力 oは次式で求められる

O = OO O (5)

本有|現要素法解析による結果 Oと詳細設計における計算結果 O bull Oより第33表の結

果を得るJ3)

ODによる応力は弾性床上モデルで良い近似を得る事ができるベローズの曲げ剛性Dと等価

な剛性を有する板f分布ぱね定数kの床上で分布荷重 pを受ける場合板に生じる般大応力は

次式で示される

6 02 一一了一 M (6)

t~ b

-13-

J A E R I - M 8 0 1 7

ltn L M = - D a 2 A s i n h 0 s i n ft + D a 2 B cosh 0 cos

~fr) A = -apound 2T

D = b t i E

1 2 b w C 1 -lraquo )

A = -p s i n h ^ cos 0 + cosh s i n 0

k s i n h cosh 0 + s i n A cos 0

B = p cosh 0 sin A - sinh 0 cos A k sinh 0 cosh A + sin 0 cos A

r5bdquo raquo $ laquo bull raquo copy pound pound pound 3 3 laquoic-fo (Midi 5 JS A l i s 3 Ult (i)~(3)iUCfgtTJSpoundJftipoundcopyttEp(Cltfc5fiiiEJaicffli-3-5bdquo MP

^ t f E ( i raquo S T $ n 5 o

tf3 = _ ( h b w _ _ L ) + - A (7)

S3 3SC(i| SS^S( iyenWr- i i6en f teSfeSfH+TdUr5As iffiltplusmnifcR(fiampo - f t U l S o feffaOmO-to-X-cMi ( Case 1 ~ 3 ) lt a - XtDMLIZ frfr 6 jfcg

fflfflfpound4fij 0 C 5 l S laquo O o - M l i S B O J n - X - C l i ( Case 4 5 ) -pound copyff icrMtt f f lJtJn^amp^a -X f f l | | i c^^laquoKSic j ScopySBt t t t lSAI iraquos i 1 4 i c g a $ t i 6 A iSii^roiWttffl icDiiAnctij Agpw^i -W^ ) gt rlto h n -f ^ i a ]g f icopyApound i ^ raquo

(i)icjlaquojs)ltiaiin-rSo b^ fe copy ( - t S f E A l i ^ D - T r - e s s i s i j j i B i t l i - r ( D i e t s f t amp pound copy lt amp amp o t pound f t amp f t T - ( i raquo i t i t pound o amp B f i ) v r t ^ a - x f f l raquo l t t f f i - amp ^ i i T ( i i ) fcltfc4JEamppoundlaquoraquoKjlc0 t LT tgtJS t t l i S t i f i laquoF l - l i F t f t tOo U^LOiOiCt^fEA

- 1 4 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

f1し M=-D α2 A s i nh ft s i n ft + D α2 B cosh ft cos ft

α=(士)1パ

D= 1 2 bw ( 1 -12 )

b t~ E

αE ft=一一一一一

2τ

A = _ p s inh ft cos ft + cosh ft sin ft 一一

k sinh ft cosh β+ sin fi cos fi

B p cosh F s i n p-s lnh Fcos J7 2 一 一

k sinh ft cosh ft + sin ft cos ft

である数値計算の結果を第33表に示す

iDによる応力はまさしく(1)--(別式に示す応力変換式中の外圧 pによる補正項に相当する o 即

ち発生応力は次式で示される

(7)

数値計算の結果を第 33表に示す

第 33表には本有限要素法解析で求められた結果も併せて記しであるが両者は比較的良い

ー査をを示している仮厚20のベローズでは (Case 1--3)ベローズの腹にかかる真空

jJによるベローズの押しつぶしによって生じる局部的な応力が主であり次いで犀肉リングと

の相対変位により生じる応力が大きい一方板厚25開のベローズでは(Case 4 5 ) そ

の曲げ凶IJ性のt曽加からベローズの腹にかかる真空による局郎的な応力は約 14に軽減される

が逆にその剛性値の憎加により A部の様に厚肉リングのトロイダル方向変位の大きい部分

ではそれによるベローズの圧縮に起因する応力が主となる

この嫌にベローズの板厚を薄くするとQiDによる応力が急激に噌加し逆に板厚をl事くすれば

(1)による応力が僧加する o しかも Qij)による応力はベローズである限り避け得ず(j)による応

力も~在の機造及び支持条件では避け得ない為 ~事肉リングとベローズの剛性値を合わせて (ii)

による応力を鯉惣的に Oとし得ても応力依はある値以下には下げ得な Lしかしowによる応力

が 14になる事からポロイダル断面全体に渡って応力が軽減されるため奥空力に関する限り

仮I事25輔のベローズの方が当然の事乍ら有利である o

-14-

J A E R I - M 8 0 1 7

52 tzmmmj]

11) raquo laquo T f l

ampampbull(amp tl left amp Si JJMST tzmlt^tz-r igt9S pound 2 El ic- f ampcopy-ampbdquo ffl L n -f ^ f fnMftMcopyig^poundf tcopyHspoundrtlt l U i ^ c n ^ H ^ f t n 4 ^^yi(ijc3 6 odeg copyltfe$ raquot bfzo SJETMIJfcasAfflW^tiaittsaji ^ i i o deg -f ^jifimfsreg6 o gt

laquo S $ f t 4 S i 4 S i $ t a 8c-S $ pound fin 2 3 i a i c $ pound M i c ^ i m c ftftffijifiteictt t

i o T i f l J f t ^ 8 ^ 1 2 2 H 41 copy lt amp St l i k = k 2 = 4 0 o n ka = 2 0 ton

(2) l i i f t laquo ^ S ^ laquo t ^ 5 j copy S S ( i ^ copy ^ e i S t S f i S T 0 X--7CD^laquollCgpoundoTlaquo 3 5 laquo copy a 0 6

(2) (7K8)

laquo5 f f i C i fa U J tpound laquo 6 E f f l ^ t i S copy ( i C a s e B copy71 5 X-7 poundgt pound1 bull $- J ( 5 5 kA ) Hgt-JCase Acopy7deg7 lt 7 f 5 JtifffAHt C 4 5 k A ) Case Dcopy7deg v ^bull^rtfflJfBlaquoB C 2 4 ItA ) T-4 7 I tefc c - C 7 7 ^ 7 ( S a ) J i l i a ( n-laquot|=gt-f ^ copylaquolaquocia)Ss5fcregltt urtf-stsn-coSo laquoampcopyfSW-efeV7X^Mlaquofliiof ^a ifri-f n-copyamplaquoraquopoundbull a-fa-

- ttQftVkofctiMifrtcamp^xtt copy i f laquocopyte tlt ipoundpoundgt i f tk te eltltpoundf to A ^ c c t ^ S f l KSlaquoff ipoundcopyftt f iampyfrcopyregf fpoundfT ltgt tits c c t K U f t i R I

35 3 7 1sect1 A^b St a 9 El IC Case A B D Cfctt S $ laquolaquopoundcopy n 4 gt pound Id] ft pound flt Tlaquo M( i |cSlaquolti 5 1- deg 4 ^ ^ f a l amppound pound SIS 13 J ^^laquog(Cgt-iSlaquoSlaquoSlt ( laquo laquo S S - t r laquo gt copy a -f 2^fipoundT-0 ^ copy S i A f l t i Case A B D^S- 6 2 7 8 32 kA m t f c i Case ATMi ^ copy laquo laquo ( i a -f gtltamp fi ES5 l e t t pound W IC HJ qg J ^ - C l f t S i i ^ C D ~ E a i copy laquo laquo t S K l laquo O o Case B f l t laquo laquo copy t f - 9 tt I - - 7 x t ^amp f l f l l l cSFD ESSofcSfEffiKfiM lttt 5 Cf t lcS LCase D f C i Sic h - 7 pound

grtffliicgofclaquo-jiclaquos ti5Bc deg -lt ^^wfffiE~Ga5-eiiasip]copyslaquocopylaquon^

egtlaquoE^tlti^jgtii-3fcfcffltttao st31 oia^est312 0ic st37Ei^eSf 391a

copy laquo S a laquo E l c t t J S T 5 R S S i A O o ( raquo t St 31 OElfiCase AcopyltJ5tft bull C 0 l 2 7 k g e laquo copyEAAltK2gSlCff f f l1-5bdquo pound copy pound 6Slaquof f llaquolaquoElttCth-

- 1 5 -

jAERI-M 8017

52 鞍型電磁力

川解析モデル

鞍型屯総力に対する応 j解析にlいたモデルも第22図に不すものである mしポロイダ

ルIOiI討対称耐の犠界条件の設定が難しい為これを避ける為ポロイダ JレjliJに 36 00

の令周

モデルとした要紫分割lも真空力の嶋合ι と[jjjじであるがやはりポロイダル jJ向は倍の 60分

割としている

続界条件を第 34表に示す鞍型Ii依力は第 23図に機式的に示す傑に対称備造物に対し

て逆対称荷電が作用することから境界条件としては逆対称条件を与える o 更に真空手日告は

E正常得器支持アーム以外に動荷電に対して支持効果のある鞍型電依力用ダッシュポットに

よって支持される従って第22図中のパネ定数は k1 = k 2 = 4 0 bull on 1畑 ka = 2 0 tOn

1111と与える

121 荷重条件

真空容器を流れる渦電流はその誘起原因となるプラズ 7 の挙動に従って第 35表の通り 6J21 _ ~ _ _ bull _ CU81

つの場合に分頴され石渦電流は各場合について詳細に検討されておりループ電流と鞍型電

流とにわけでその録大依を第 36表の様にまとめられる

鞍型電流に着目した湯合電流f直が最大となるのは CaseBのプラズ7 立ち上げ不着火時で

あり(5 5 kA ) 次いでCaseAのプラズ 7 立ち上げ着火時(4 5 k A ) bull Case Dのプラ

ズ7 内側消滅時(24 k A )であどなおここでプラズ 7 消滅時にはポロイダル磁湯コイ Jレ

の遮厳効果があるものとして計算されている以後の解析でもプラズ 7 消滅時はポロイダJレ磁

場コイルの遮蔽効果を考慮する

一方氏宅待器の応力解析においてはその荷重の絶対値とともに分布も重要な意味を持つ

からここで勝型電流鞍型電磁力の絶対値及び分布の検討を行うなおここで取り扱う鞍型

電流値は省限要素回路Jllこよりその値が最大となる時刻のものを取り扱う o

第 37図から第39闘にCase A B Dにおける鞍型電流のポロイダル方向分布を示す o

値は鞍型電流備がトロイダル方向で優大となる厚肉リング端における鞍型電流電流密度で表

示)のポロイダル成分でありその長大値はCase A B Dで各々 627832

kAm てある CaseAではその最大値はポロイダル断面E部に生じ全体的に可成り均

一に流れるが特に DE部の電流密度が高い CaseBでは電流分布のピークはトーラス

主半径内側に寄り E部の電流密度は小さくなるこれに対しCaseDでは更にトーラス主

半径内側に寄った分布になると同時にポロイダル断面 E-G部では逆方向の電流の流れがあ

る事がわかる

第 37凶から第 39図に示した鞍型電流のポロイダル成分とトロイダル依嶋との相互作用に

より生じる鞍型電磁力は トロイダル級編の強さがトーラス主半径方向長さに逆比例する事か

ら電流分布とは多少異ったものとなる第31 0図から第 312図に第 37図から第 39凶

の鞍型電流に対応する鞍型電織力のポロイダJレ分布を示す第 310図は CaseAの荷重分布

であり最大約27kgar の圧力が真空容器に作用するこの湯合鞍型電流の電流値に比べ

て街重が小さい事荷重分布がポロイダル断面の広い領域でほぼ均ーである事特にポロイダ

同

hu

A

J AEfi I - M 8 0 1 7

uTrrfri D~Ei$tr fc 2 5Kgci2 i l o i 1 V$gt S I 5 laquo laquo a t sect laquo laquo fc SEIC-tfclaquoic

laquogflaquolaquolaquogtj(iD-f nTr [6i t i Ppoundr-igiS]copyi Utfffflt5ffltHJ4laquo

Hli-TSi Ff-tf-KlirtfE^fNfl Lr O 5 C i icy 3 bdquo $ i i liaiiCase B copy reg It gt Ar-

0ampift 4 7kgtrade2 ffl3rofEjgtltf|fl-r3o Case B itltX copysectpoundbullcopy ramp A copylt ltJU- J x

euroraquoffieuro5gtt(i I- - 7 t^grtfflClg ^fcfccopyr 3o reg 3 1 2g|Cjlt-f Case Dcopyffilttt

bullfill ift^ft 20kgrf -c ampog d l--7 t l - a r t f f l c S i t t t f t i t i J i i t c 85 3

Wti ElaquoSgtJffl I- deg -f 2^j fa copycopy-laquoamp 3 3 1 3 i t j i t cn(i^glaquoA^i a -f

^tSrlffifir-ftA i iSjS ( S a 1 0 l ) ^ 3 1 2|g|ilaquot ) copy I- o 4 Ji|ii]gtT-0

-5 bull -X^flElgJ tb - b w

= - mdash (8) 17-ft V ^^ f f iW f r - p

t b ^ o - x -amp W-

t r IPS J x i f

b w ^ n - x j - x i

p s a - X tdeg v -f

Jil hCase 1CIWLT Case A B D CjtSSilt (CfEffi 1 bull5^laquolaquolaquoa copyJfcifcK-m fc

A Case 2 - 5 C I LTliCase D OitWampft J raquo $ 3 1 4 l i - x 1 ~ 5 (Cfc o r 7 7

fi iff l-rso (3) ^ W B i S amp y amp n Case 1 Kfctf Case A BamptfDffllaquotffpoundpoundpoundpound 3 1 5 BlAgtpound9S a 1 7 iaic^-f bdquo $ 3

1 5|21(i Case Al-fctt bull5poundfficopymdash0HT 0 llCfi J y3gaffly - z |5]poundft t p t

fittings 3 i oKiic^-rlaquoii n -f -iraquofifiD~FarfcsrfiEot^ifampacrtEcturii - lt o - x bull + - h copypoundamp) ttopound^ampampSCifi-tfn 4 ^raquoTiBillaquoia5r- liaftO 8im

T-S5 SI 3 1 6taii|E3 tlt Case B C f U S I f i J ^aSa5copyy - z filffiffi Jgtlaquo-^1 =

Case BtMiJBa l 1123 ic if to lt ffi ft I-- 7 i ^ g ^ f J f c s rgtr o6 tab ampk poundGifco 4 OHBrffiB~C amppoundpoundamppoundbdquo ftfifilt) 0 8r5o reg a 1 7iaic-f Case

Dr-iilfsa l 2B|-e-fcfl6icltglaquobulllaquoD 4 ^nSrEi ( laquo(iF ) ^ r t r - felfits fc poundffife|q|copylaquo|6] pound fipoundltft(i ogtf ^laquofBBg|5r4Ulaquo0 4laquomrpound3laquos I ^ f S

pound L t f f t Ult ttoffifl- Krpoundbdquo

ftlC Case 1 icrl 5 Case A BamptfD copyIS Atf-tfJffl-tfl laquobull 3 1 aeHfriffi 3 2 0 |pound|

-16-

JAERI-M 8017

ル lfruacuteriD~E 部でも 25 Kg棚2 程度の街電がある事等が特徴であるなお既に述べた織に

鞍型電織力はポロイダル断凶i1-半分と下半分で逆方向の力として作用するので凶中上半分が外

Hとすると下半分には内圧が作用していることになる第 31 1凶は CaseB O)flj i立分fjであ

り最大約 47同cnf 相当の[E力が作用する CaseBは全ての翁合の中で妓大のがI棋を与え

その荷電分布はトーラス主半径内側~に 1踊ったものである第 3目 1 2 図に Icircj~ す Case Dの荷電分

布lt長大が)2 0kg四F であり更にトーラス主半径内側~に寄った分布となるとともに第 3目

9凶にぶした電流分布に従いポロイダ Jレ断 I剖仁(或は下)半分内でも街 t立のjIIJが逆転する

という特徴を宿する

続型電儲力のトロイダ Jレ方向の分布の一例を第 31 3図に )Jyenすこれは鞍yen註他力がポロイ

ダル断而内で録大となる点(第31 0図から第 312図参照)のトロイダJレJjItJ]分市であり

N肉リング部ベローズ部内でほぼ直線的に変化するベローズ部にはI享肉リング部に対し

ベローズ等価板l寧 tb bull bw

厚肉リング板厚 t r bull P

の割合で鞍型電流が流れそれに相当する電依力が作用1る但しここで

tb ベローズ依厚

t r 事肉リング板厚

bw ベローズガース長

レ ベローズピフチ

である

日)

以 rCase 1に倒して Case A B Dに真空等法に作用する鞍塑電舷力の検討を行った

がCase 2 ~ 5に関しては CaseDの計算を行う第 31 4 図にケース 1~5 においてプラ

ズ7 内側消滅時に真空湾総に作用する鞍型電依力のトロイダル方向分布をぷすこれはポロイ

ダル断面で綾大となる点におけるトロイダル方向の分布でありポロイダ Jレ断面の分布 jl~ は第

31 2凶と l司織の傾向を示す厚肉リングベローズともにその板厚にほぼ比例したU極力が

作用する

(3) 解析結果及び検討

Case 1における CaseA B及びDの解析結果を第 315図から第 31 7凶に司王す第 3

1 5図は Case Aにおける変位分布の-1911であり厚肉リング端部の y-z方向変位を示す

街虚が第 31 0 凶に示す様にポロイダル断面 D~F部でも司成り大きい事及び内圧に対しては

ベローズサポートの支持効果がない事から最大変位はポロイダル断面直線部で生じ約 O目 81111

である第 31 6凶は同じく CaseBにおける厚肉リング端部の y-zj向変位分布を示す

Case Bでは第31 1 凶に示す如く街重分布がトーラス主半径中心側~に偏っているため長大

変位もポロイダル断面 B~C 部に生じる般大値は約 081111である第3 1 7凶に示す Case

Dでは第31 2凶でみた織に荷重分布がポロイダル断面上或は下)半分内でも逆転するため

変位も問機の傾向を示す展大変位はポロイダル断面B部で生じ約 04帽であるが真空容器

として好ましくない変形モードである

次に Case 1における CaseA BampぴDの応力分布の-1Jを第 318凶から第 320凶

-16-

J A E R I - M 8 0 1 7

CTN-TO ffili^n -X 1 1J4 copy ill g|S copy (S pound laquo pound laquo bull T L t l ^ Case A-e i i o -f ^laquofifiB S laquo ^ D 9 i i gt i ) t A ^ i g A ^ 4 i 5 i ^ (CSS 3 1 5 12 Tr^ L t l ^ g f i f f l t t 6 n -f gtHSflffilIraquoSB ( $ 3 1 5 S - C F ) - r jE^felaquogt^ ltft 6 4kg ra 2 T 5 o Ct l l f t ) ^ 5 laquo i c K S S ( a ^ E t Urfff f l -TSiS^^D - X bull bull - bcopypound)laquoftf igtpound lt laquo5 fiOampmiCfitfo-CampZW rtEiUTfffflt51i-amp ^ n - X - + - K i 4 lt poundftfflregJ-pound-SfcSt t t bullgtgt D ^ ^^laquoTifiiBlaquo6gBic^ittJBA)^-rsBIS6ttAlaquo-5o 95 31 9g|(c (iCase Bcopy0raquoJ-pound--r bdquo JS^Jreg $ U R~~C8bXamp t U Oft 1 0 9 kgra 2 r-amp6tf Case AlsJlaquo - D - X bull - - hcopypoundft$ampScopyteodeg-lt ^^ilaquofifigt-)i^r-iifeSaWii^laquoftvA 1 4 - i t 3 2 OElCfiCase DcopylE 3 pound - f bdquo S x t e C a s e B H laquo tf o 4 -S JU laquofEB~Ca5(C4 D ft 4 7 kglaquoui2 - C $ 5

HiifflCase 1 (CBSf 5 B f f g S ^ 3 7 a i d 4 pound J6 5 bdquo ttJ C d(C(i Case C copyfStFrSS

flJICCase l ~ 5 0 raquo laquo f e a i a 8 g C J i ) 8 0 C tilt Case D (Cfctf i i ^ f i amp t f J S T J pound 3 ifcffltrgt5o I S 8 S f f l laquo S t c M L a f plusmn t icifcfll L T ig JD t 5 a raquoJ ttftfctfist3 cjt^j L r t i a r s ^ regiffliia]ic ttijlaquoKW(c(ii6iplusmn-rs^ ^ n - x -

ilfft u ycopyaUiHiittcopyApound lt g S laquopoundampcopylaquopoundbulllaquobull te copy)ltpound deg 4 raquoltampamp

ftCKHSffiSAFB- bullgtraquo bull - hcopyampftpoundfT -5o S 3 9 SIC S 3 7 g e t ttitzampmfT

T-xicav6iampmmmtimbullgt bullgt bull raquo b amp t f K s ^ i S j c f t T - A copy ^ ^ ^ ^ raquo c C f g A F i F 2 F 3 lag- S ^ 2regffllftaki k 2 k 3 ICMSS UC OS bdquo dftampgtpound ) ^ 5 laquo C K A copy I J i A i ( i S g S S ) f T - A T - S i t f t e copy g | pound f i Case A B C D T - amp 6 9 7 7 9 2 9 i X-amp6 e ampIC = X-7ffllaquo9 ( Case C D ) (i 1-copy poundft ampraquo(amp A poundft 0bdquo tiz 7 ^ 7 f J i f S ( Case A B ) t U O ~ 8 0 laquo ( i

MSlaquosect3 f tT-AT-pound tT05igt^-5o C reg S (C bullgt = bull raquo h poundJR 9 lampOT 4gtSlaquo 9 l l raquo ^ i bull | f i l i i ^ ) | ^ ^ f a i O S S a 2 1 a 2 2 g | C Case B D i o O X(Tgt -J gts bull h AlaquoSS|pound-gtttOifpoundffllBtffi|poundSpound^-f o S 3 1 O S t t ^ i - T S S ^ j S laquoSlaquo-t tlaquoLfc)copy-ejjampA^|Et) |St tOraquoAlaquot)^So X t o - X f f l O j copy pound pound bullamplaquobull l t a 2 1 32 2 0 ^ e f e ^ $ f a i 9 3 2 0 fc3 lth (i fli Alt T ft 5 ampupoundSt M f t i t )gt5 laquo pound ^ r ttflUffl-1- H^copysiBSfflAssci iBe)nro4iflaquo-laquo-rat

53 JC^FFffi

(I) 7 ^ v t S 5 Omseclaquo F elaquo i poundbfc i^oKSS^^copyeuroiS^ J T - 6 0 -e i i 7 XTmiampteifeampTp It 5 Omser gt L T pound T copyiamptt-S-fr- T OS

Tp K l l i t e a W l C ^ S t S t t e ^ 7 ^ 7 laquo laquo 4 5 0 msec i J l l laquo S 7 J B laquo t laquo

- 1 7 -

)AERI-M 8017

に示す o 値はベローズ第 1山の山部の応力強さを示している CaseAではポロイダル断面 B

部から D郎にかけて大きな応力を生じるが刊に第 31 5図で示した録大変位の生じるポロイ

ダル断l飼直線部(第 31 5図で下半分)で応力も設も大きく約 64Iltg1Il1llであるこれから

わかる様に鞍型電依力が外圧として作用する場合ベローズサポートの支持効果は大きく応

力の緩和に有効であるが内圧として作用する場合ベローズサポートは全く支持の役割lを

巣たさないためポロイダル断面l直線部に大きな応力が発生する可能性がある第 319凶に

はCaseB の例告示す応力強さは B~C郎で媛大となり約 109kgmlll であるが Case

A問機ベローズサポートの支持効果のないポロイダ Jレ蛎面下分では全般的に大きな応力

値を示す o 第 320図には CaseDの応力強さ分布を示す最大は CaseB問機ポロイダJレ

断面 B~C部に生じ約 4 7 Igl7IIである

以上の Case1に関する解析結果を第 37表にまとめるなおここには CaseCの解析結

果も併せて示しであるがその荷重変位及び応力の分布はCaseDとほぼ同機である

次にCase 1 ~ 5の解析結果を第38表にまとめるこれは CnseDにおける最大変位及び

応力をまとめたものである真空宇手器の板厚 tに対し電依力は tに比例して熔加するが同IJ

性信もほぼ t3 に比例して増加するため板厚の僧加により強度的には向上するがベローズ

とI手肉リングの様に剛性の大きく異る繕造物の複合体ではその相対的なポロイダル断面変形

差が発生応力の支配的な要因であるため一概に板厚の増加が強度的に好ましいとは云えない

本パラメータの範闘ではケース 1に次いでケース 3が発生応力が小さい

次に鞍型竜織力用ダッシ a ポットの検討を行う第 39表に第 37表にまとめた各解析

ケースにおける鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アムの支持反力を示すこ

こで反力 Fl bull F bull F3 は各々第22図のぱね k1 bull k bull k3 に対応しているこれから

わかる織に反力のほとんどは真空容器支持アームで受け持ちその割合は Case A B

C Dで各々 6977 92 94である特にプラズ 7 消滅時 CCase C D )はそ

の街重分布の影響により変位分布はダッシュポット部で変幽点を有する為ダッシ 1 ポッ

トの支持効果は殆んどないまたプラズ 7 立ち上げ時 CCaseAB)でも 70 ~8 0必は

真空容器支持アームで支えている事がわかるこの様にダッシ a ポットを取り除いても強度

的に殆んど影響ないと考えられる第31 0表第 321 322図に Case B Dについ

てのダッシュポットがある局合とない場合の解析結果を示す第 310表は発生する重量大応

力強さを比較したもので殆んど変化がない事がわかる又ベローズ第 1山の応力強さ分布を

示した第 321322図からも多少第 319320図とは分布がずれるが殆んど変化

がな事がわかる従って計測用ポート等の設置空間が非常に限られている事を符慮すると

装置の総合性能としてはダッシ a ポットは取り除いた方が有利と恩われる

55 応力評価

(9) (1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した揚合の真空容器への電磁力

JT-60ではプラズ7 消滅時定数 p は 5 0 mseそして全ての設計を行っているが

p には物理的に不纏定な要素が強 ~o プラズ7電流が 5 0 msecより短い時定数で消滅する

-17-

J A E R I - M 8 0 1 7

mamp ltbull Case C f t t D ) laquo t t laquo ^ b t S i t _fc i tgtZ eurolaquopound gtltlaquoS^ts Cftffl bull- 5 ygt 8i tOia^t tlaquo-Ma-5BlHlt tlaquoc bull- r p lt 5 0msec copylaquo-amp HP r p = 1 0msec l m s e c 1 0 0isec 1 0 seccopy 4 ^ - x IC o O T B tff fr rgt t bdquo

f 1 2 3 0 I C Case C C f e O t 7deg 7 ^euroflpoundfls 5 0 msec laquo7tBlaquoS L t i ^ C l S S g claquotnSlaquo5eurolaquoitsy^-7euroiitfflgAft-r= ccr-ydegy -x^mm i p = 2 7 M A x-v pound ^ i R = 3 0 3 m W l a =0 9 5 m - C 0 o gtf ^laquo i f t a 4 ^ copy jiffi K Si pound amp pound r 5 o iJtii|SB5g[5]ampamp-c- gt(i h^^[e]SS^r-MffTofc =

KlSf lEKBBLTtt r p = 5 0 msec X 1 1 k A t S 0 T p = 1 msec laquo FC(i(5ltS mdash 5pound 0 4 5 k A T raquo J t c ^ - 7 deg laquo laquo t ( i r p = 5 0msec 7 9 kA t laquo c i M L r p

A5Jx$ 0 pound i l $ I C J i L r p = 1 0 Itsec t 2 6 5 M A t - U H ^ 7 x T i S f t ^ f f l f Si

fj 3 2 4HlC( i If 3 2 3llCf UtfgS lf i i t - ~ 7deglaquoSit pound pound M - ( 9~^Oi n ltf

16] o 4 ^JU^IB] copyamp( laquo + S 3 1 2 0 S t f | U 3 0ltt(3l2|E3laquoi-cltfeSo

K^JIC plusmn 0 ^ 4 - T 5 S ^ ) E J 3 ( i T p = 1 msec tXit TpregmP t t fe icmimt 5 tlt r p

= 1 msec J i l T - C l i l i l J - g t ) jft l 3 kgtrade 2 -tSbdquo mdashA ^ -7 l )5Klaquo(a^ (C J 0 fgpound-f S i S ^ f i T p copypoundpound(pound Hit to U r p = 1 0 s e c fift 8 kgms2 t ft 6 bdquo

(21 JB^iFffi 3 1 3 2Jkamp 3 3(l)copyByen$FffeHCgpound J T - 6 0 copy i O S i l O J S A i F laquo pound ASME Sec bull

inicWbTff-o ftmmtk urn m^sti mmnvammti raquomdashfnmmamptiampumft ltgt ^ e f H ^^^isiosiftKJSicis^D - x copy E laquo ^ 5 bdquo c ctffl= S(i-f t ic ipoundfi - R t S H raquo S 1 - 5 o Code Case 1 3 3 1 - 8 Claquotn( f 0 3 J 6 2 5 f f l S m l (i

S m = 1 8 3 kgraquom2 ( a t 4 0 0 C J

P m + P b - 1 - 5 S m = 2 74kgrf

P m + P b + Q - 3 S m = 5 49kglaquoti

Tfe-S o d C C P m laquo amp raquo lt P b f f l t f JSlaquo3 Q - amp J E laquo

^o-x^iOjr-feSo - 1 8 -

]AERI-M 8017

湯合(Case C及び D)現仕織から求まる値を上まわる電織力が真空容器に作用するため

装置の健全性を損ねる可能性がある C そこで pく 50 msec の場合即ち τp= 10mョec

lmsec 1 0 0μsec 1 0μsecの4ケースについて解析を行った o

第323凶に Case Cにおいてプラズマ電流が 50 mscc以下で消滅した揚合に真空容器

に流れる鞍型電流及びループ電流の長大値を示すここでプラズ 7 電流 Ip=27MA プラ

ズ7 主半径 R=303m面IJ半径 a=O95mでありポロイダル篠原コイルの遮蔽効果も含

めである前者は有限要素回路法で後者はトカ 7 ク回路論で解析を行った o

鞍型電流に関しては p=50msec で 1L kAであり p = 1 msec以下ではほぼ一定

であり 45kAである o まt)レープ電流は n = 5 0 msec 7 9 kA であるのに対し ~lIlloCh t p

が小さいと急激に上昇し τp= 1 0μsec で265MAでほぼプラズ 7 電流相当の電流が

真空審器に流れる

第 324図には第 323図に示した鞍型電流 )レープ電流と各々トロイダ Jレ依場ポロイ

ダJレ依場との相互作用により真空写器に働く電舷力の長大値を示す線型電縫力のトロイダ 1レ

方IIJ]ポロイダJレ方向の分布は各々第31 2図及び第 313図とほぼ同線である

またこれらの電磁力によって真空容器に発生する俵大応力を第 325図に示す鞍塑電流

電磁力により発生する霞大応力は p=lmsecまでは pの減少とともに増加するが p

= 1 msec以下ではほぼ一定であり約 13kgJl1II2である -jj )レープ電流電依刀により

発生する応力は p の減少に伴い場加し p = 1 0μsec で約 8kg1II11l2 である

(2) 応力評価

31 32及び 33([)の解析結果に基き J T-60の真空雰器の応力評価を ASME Sec

Eに準じて行う作用荷重としては真空力鞍型電流電磁力 )レープ電流電総力及び厚肉リ

ングのトロイダ Jレ方向の熱膨張によるベローズの圧縮を考えるここで前三者は一次『力に

後者は二次応力に分類する CodeCase 1 3 3 1 -8によればインコ不 Jレ625のSm値

は

Sm = 1 83 kgIII1112 (at4000

CJ

であるから一次及び二次応力に対する詐容応力強さは

Pm+P b lt 15 Sm=2 74kglI11I

Pm+P b +Qlt 3 Sm=5 49kιPr

であるここで

である

Pm )漢応力強さ

Pb 曲げ応力強さ

Q 二次応力強さ

第 311表に各ケースにおける最大応力強さを生じる要素に対する応力評価をまとめる

ここで震大応力強さ 4主じる要素は第31 1表中に図示しである様にポロイダル断面B部の

ベローズ第 1山である

-18-

J A E R I - M 8 0 1 7

77X^mmregfcampTp Alt5 0 msec t 6 tpound h If M A i b t l iCase BAsg^TiampO Case 1 4 amptf 5AltASME copyfFSiSftSi pound pound FB pound deg lt o - XcopylaquoWAlt pound 5laquowfflfl|-sect- -RfSA^tfcRWfS ltffljtegtn laquoamp(amp laquoamp Ci5f f l i SL ^ o - x copyIS w 2 o laquoraquo copy

l2-f tKAc t tUTt tRWampffiraquoltpoundyenpoundt t s t -^Elcopy y-^laquofflrtCli ^ o - x copy l I laquo ^ O J 4 i S S W C t l f 5 f j ) laquo M ^ - J lift (I ycopyffilyen(plusmn -^Blcopy- -ampmftxttnmmkiamptiregzicmmamp5-z-tpound^fwfrfr6o

n pound ^ e gt ssWciiSfcWiJ-elaquoA S B raquoft J y laquo l B 4 ^ u o - i 6 oraquoraquocopy

iKJi 4 n ss$ijaimcopyigBx--x^$ij^ i n ^ S39so8S4^wgtlaquo

isregscopy^iciatAtgs^4x^^s ttfliJM- (-^copysmuffl stiffslttlaquoo

r pAlaquo50msec ltfc 0 ffioJgampli ftlaquoW pound LT Case 1 SO 5 ICoOT r p = 1 msec 1 0tisec copy^copyJS^fFffiampfrofco r D A lmsec KITTr 5 ltt lamp A ltt L t f Case

(7) c i ic i i5 c cx-mmm i- A^SSSHcopylaquoamplaquo igtfc eii^31 1 g ic t t^ t iT l^A dna^fc^SfiM r p = 1 msec^tKJCaselT-littSfSAreg S^ffi^lcT regSAlaquo Case 5 Cli Cftpound_t|5] 6 bdquo Lfr U T p iUmsec I S H F C i S i I 5 S S C - ^laquoEreg8B a WfticfcttSLW poundbullgt Sffleurol8AlaquolaquottJfc-eK3g3secticftffl-f s i iBa7gtilc-poundttlZmraquopoundntiStamp t Case 1 ICJsOT gt r p = 1 msec XisectH-t

-19-

J A E R 1 -M 8 01 7

プラズ7 消滅時定数 τpが 50 rnsecであるならば電舷力としては CaseBが最大であり

Case 1 bull 4及び 5がASME の許容応力強さを下回るベローズの板厚が25 mmの湯合一

次応力を比較的低く抑えられるが二次応力が大きくなるのに対しベローズの板厚が 20mmの

場合は二次応力は小さいが一次応力が比較的高くなるという傾向を示す許容応力強さから

は二次応力に対して比較的余俗がある事を考えると今回のバラメータ範囲内ではベローズ

の板厚が大きい方が強度的に有利である事がわかる一方厚肉リングの板厚は今回のパラ

メータ範囲内ではそれ程最大応力強さに影響を与えない事がわかる

厚肉リング補強リプは鞍型電流の電流値に効く実際の板厚を贈す事なく等価剛性を上げら

れ長から強度的には非常に有利であるが反面厚肉リング外表面から 100160闘の

高さを有し厚肉 11ングとトロイダル儀場コイルの聞の空間の多くを占有するためポロイダ

Jレ飯場コイル混度制御層等の設置スペースを制約してしまう第 39表の結果からわかる様

に備強リプを取り除いた場合でも許容応力を下回るため装置全体の設計を考えた場合補

強リプは取り除いた方が有利と考えられる

また鞍型電儀力用のダッシ 2 ポットはそれを取り除いても発生する震大応力強さ及び

応力強さの分布にほとんど影響を与えない為計調ij用ポート等への空間利用を考慮すると取り

除いた方が有利である

pが 50 msec より短い場合は代表例として Case1及び 5について τP 1 msec

1 0μsecの湯合の応力評価を行った nが 1msec 以下であると電磁力としてはrase(7)

Cが録大となるここで電流値はトカマタ回路論の値を用いた結果は第 311表にまとめり

れているがこれからわかる織に p=lmsecであれ」まCase1では許容応力強さを僅かに下

回るが Case5 ではこれを上回るしかし pが 1rnsec程度以下になると真空容器に

誘起されるループ電流がMAのオーダーとなるため第 39表に分類した鞍1電流電磁力ル

ープ電流電磁力以外にも無視し得ない大きさの電磁力が様々な形で真空容器に作用する i~計算及びモデノレに含まれる誤差を考慮するとCase 1においても p= 1 msecでも発生す

る最大応力強さは許容応力強さを上回る可能性があると思われる

一19ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Table a 1 laquo pound t t ( U S ) Boundary X y z e

X e y e z

O-P-Q 1 0 0 0 I 1 O-R 0 I 0 1 0 1 Q-T 0 l 0 1 0 1 R-S-T 1 0

0 0 I 1

O-T a re shown in F ig A-1 0Free 1Fixed

Table 1 2 g pound f C ltfc SJSPflfpound$

Case 6max ( m m ) a max (kgmm^)

Case x y z

a max (kgmm^)

1 13 -17 27 126

2 -14 -19 -36 130 3 bull 27 -35 -63 172 4 - 4 -19 -35 84 5 -27 -35 -63 129

Table 33 K pound ts Id X 6 ISA-W BBS^ffi ic J 3 pound ltt B W raquoikK

2 (kgmm )

Case al deg2 deg3 deg l + 0 2 + a 3 degt 1 08 16 79 103 112 2 09 14 79 102 125 3 18 33 79 130 165 4 25 13 22 60 79 5 48 38 22 108 123

a Stress in toroidal direction computed by FEM

-20-

JAERI-M 8017

Table 3 1 境界条件(真空カ)

Boundary x y z 日 o y

x z

O-P-Q l o l l

O-R O 1 l O 1

Q-T o l 1 l

R-S-T 1 l l

O-T are shown in FigA-1 OFree 1Fixed

Ta b 1 e 3 2 真空力による応力解析結果

Case 占max (mm) maxx Y z (kgmm2)

1 13 -1 7 27 126

2 -14 -1 9 -36 130

3 27 -35 -63 172

4 ー4 -19 -35 8~

5 -27 -35 -63 129

Table 33 真空力による応力一有限要素法による結果と解析解の比較

Case

1

2

3

4

5

kqmn2

01

O2 3 01+ロ2+

03 t08 16 79 103 112

09 14 79 102 125

18 33 79 130 165

25 13 22 60 79

48 38 22 108 123

O~ Stress in toroida1 direc~ion computed by FEM

-20-

J A E R I - M 0 1 7

Table 34 $ amp t t (ScSffiflBfl) Boundary X y z 9 X e y 6 z

O-P-Q 0 l 1 1 0 0

R - S - T 0 l 1 1 0 0

O-T are shown in FigA-1 0Free 1Fixed

Table 35 K S S i s C euro ffi laquo SiE n laquo sectpound raquo pound i 6

Case Plasma Behav io r

A C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s g e n e r a t e d )

B C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s n o t g e n e r a t e d )

C C u r r e n t shu t -down p h a s e

( w i t h o u t d i s p l a c e m e n t )

D C u r r e n t shu t -down p h a s e

(wi th inward d i s p l a c e m e n t )

E N e g a t i v e s p i k e

F P o s i t i v e s p i k e

Table a 6 gffiggicjKnsi-TfcaiE copyn^ffi^s^tt

Case A B C D E

T (msec) - - 50 1 0 0 1 50 1 0 0 1 - -Max l o o p c u r r e n t (kA) 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

607

1471

Max s a d d l e shyl i k e c u r r e n t (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

25 51

v

n mdash 3 k v

raquo By Tokarook Circuit theory

-21-

Case

A

B

C

D

E

F

JAERI-M 017

Table34 境界条件(鞍型電磁力)

Boundary

O-P-Q

R-S-T

O-T are shown in FigA-l OFree lFixed

Table 35 真空容器に電流が流れる場合の定義

Plasma Behavior

Current build-up phase

(plasma current is generated)

Current build-up phase

(plasma current is not generated)

Current shut-down phase

(without displacement)

Current shut-down phase

(1iI th inward diplacement)

Negative spike

Positive spike

Table 36 真空容器に流れるループ電流鞍型電流の最大値

Case 且 B c D

τp (msec) 50 1 001 50 1 001

Max 1ロロPtkA current (kAI 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

Max sadd1e-1ike current (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

L

vns3kv By ⑦okamak Circuit theory

-21ー

E

合

1471607

51 食合25

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 37 K i t i S l C J S l S A S S r i i (Case 1)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

A 25 032 083 64 B 46 -060 -084 109 C 13 -019 -030 31 D 21 -030 -046 47

T a b l e 1 8 regleuroffiKLJSJEA(SyenlaquoTife- ( C a s e D)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

1 21 -030 -046 47 2 22 -032 -049 54 3 21 -031 -047 50 4 19 -030 -046 60 5 18 -029 ^-044 56

JAERI-M 8017

Table 37 鞍型電磁力による応力解析結果 (Case 1)

Case Omax

(mm) ロmax

x Y z (kgmm2)

A 25 032 083 64

B 46 -060 -084 109

C 13 ー019 ー030 31

D 21 ー030 -046 47

Table 38 鞍型電磁力による応力解析結果 (CaseD)

Case 占max (mm) c max

x Y z (kgmm2)

1 21 -030 -046 47

2 22 -032 ー049 54

3 21 -031 -047 50

4 19 -030 -046 60

5 18 -029 -044 56

-22-

J A E R I - M 8 0 1 7

Table 39 R I I 8 A S raquo gt - bull 5 h R t f S S I i ^ T - A raquopoundf tK ( ton )

Case Dash-pot Vacuum vessel support arm Case Upper Lower Upper Lower

Case

F l Fl- F 2 F 3 F 2 F 3 A 111 -119 -197 56 -203 62 B 96 -102 -302 20 -307 -27 C -07 07 -62 -20 -61 18 D -09 08 -98 -27 -98 25 B -325 37 -333 -48

-96 -29 -96 26

w i t h o u t d a s h - p o t

Table a i O IT y bullgt= y ^ t t l gt l ^ laquo ) I laquo f S S

Case 2 a (kgmm ) max ^ Case With dash-pot

Without dash-pot

B 109 108 D 47 49

JAERI-M 8017

Table39 鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アームの支持反力

( ton )

Case oash-pot Vacuum vesse1 support arm

Upper Lower Upper Lower

F1 F1 F

2 F3 F2 F3

A 111 -119 -197 56 -203 62

B 96 -102 -302 20 -307 -27

C -07 07 -62 -20 -61 18

D ー09 08 -98 -27 -98 25

B -325 37 -333 -48

D 由 96 -29 -96 26

without dash-pot

Ta b I e 3 1 0 ダッシュポットのない場合の解析結果

Case max (kgmm2)

With Without

dash-pot dash-pot

B 109 108

D 47 49

-23-

Table a 1 1 ampjjm

2 (kgmm )

Case degv degs deg1 degt m b m b P (msec)

Case degv Isadl (kA)

loop (kA)

degt m b m b P (msec)

i-t 94 55 107 420 13 9 214 306 50 i-t 94 62 121 1190 37

9

252 344 1

i-t 94

65 126 2660 83

9

303 395 001 2 104 75 143 420 44 90 291 381 50 3 126 62 118 420 53 90 297 387 50 4 56 75 143 420 24 267 223 490 50 5 78 62 118 420 33 267 229 496 50 78

70 133 1190 93

267 304 571 1

78

73 139 2660 207

267

424 691 001

obdquo Stress by vacuum pressure 0 Stress by saddle-like eddy current o-i Stress by loop current a Stress by thermal expansion of rigid ring

応力評価Tab I e 3 1 1

十『〉回国国

lginfin

白

戸

叶

今

(kgmm) 戸ー

Case Ov Os 01 Ot Pm+Pb Pm+Pb+Q

Isadli IloAo p (msec (kA) (k

l 94 55 107 420 13 9 214 306 50

62 121 1190 37 252 344 1

65 126 2660 83 303 395 001

2 104 75 143 420 44 90 291 381 50

3 126 62 118 420 53 90 297 387 50

4 56 75 143 420 24 267 223 490 50

5 78 62 118 420 33 267 229 496 50

70 133 1190 93 304 571 1

73 139 2660 207 424 691 001

INAP--

v Stress by vacuum pressure

05 Stress by sadd1e-1ike eddy current

Ot Stress by therma1 expansion of rigid ring

01 Stress by loop current

J A E R I - M 8 0 1 7

TJinnniwK

(Case 1 reg0H V 4 1 )

MWWJUUK -i

Fig3 2 Kpoundtcltfc3 t fo4 ^ B f B ^ f i raquo (Case 1 IJfiJ y^ f f l )

t nnnnnrmnik

Figa 3 J I S I C j S n f ^ B r f f i g f t t t f t (Case 1 ^ D - X 4 1 )

-25 -

JAERI-M 8017

叩MMIyenJyenJt

tmm

34 Fig31 真空力によるポロイダル断函変位分布

( Ca se 1 厚肉リング中央)

r

阿川町~----~

tmm

Fig 32 真空カによliポロイダル断面変位分布

(Oasel厚肉リング端〉

nnnnnnnn ~ fyenJIIIJUIJyenIlII一一一

tmm

r判ヘFig33 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Caselベローズ中央)

-25-

J A E R I - M 8 0 1 7

MAJIIWUIPC

5klaquotimP

Fig 3 4 pound ic J 6 IB tl copySfe raquo

(Case 1 - c o - Xfg 1 Uj)

[UUinAAAAPpZ 1 2mm

Fig35 X ^ i l C i S ^ n ^ ^^raquorffi^fi[raquoflj (Case 2 - so - Xreg 1 0J)

iwnnnnnnifc J _ t 1 3 2 mm

Fig3 6 nQtHCZZ a 4 ifngtmm$Qftl6 (Case 3 a - X 1 til)

- 2 6 -

JAERI-M 8017

nMJUWUyen1

Fig3 真空 力に よる 応力 の強 さ分 布

CCasel ベローズ第 1山)

ShOh聞が

一

一-yhellip~J J 2円前ト

rベミヘFig35 真空力によるポロイダル断面変位分布

CCase 2ベローズ第 1山)

一一J側一~ ] 白戸

F 〉へFi g3 6 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Case 3ベローズ第 1山)

-26-

J A E R I - M 8 0 1 7

iwuuwnnK

2x10 Am

Fig3 7 mmnmXd ^HamptfOTfrflJ ( Case A)

hnnjinnnniz

2x10 Am

Fig a 8 I I I I ^ M 50npoundcopyraquof r (Case B)

hAIMUlAJ^

2x10 Ahi

Fig 39 laquoSlaquoaiEtf n 4 pound copy (Case D)

- 2 7 -

JAERI-M 8011

lMRIllUWlll

2x10 Alm -

Fig 3 7 鞍型電流ポロイダル成分の分布(Case A)

川馴Jl2x10 Am

Fig 38 敏型電流ポロイダル成分の分布 (CaseB)

阿川2x10 AIm ドー4

Fig39 骸型篭流ポロイダル成分の分布 CCaseD)

-27-

J A E R I mdash M 8 0 1 7

finnnuuuut

F i g a i 0 mreg1gregtlltraquoalt 9Hfa5 (Case A)

nnnnnnnnik mdash J

Fig a 1 1 8 H 1 H 8 A copy cM ^^HHH^i (Case B)

imnnnnwinl J

F i g a i 2 i S t laquo A laquo o - ( ^^^rf i lcopyraquo (Case D)

- 2 8 -

JAERI-M 8017

問剛山k

Fig310 鞍型電磁力のポロイダノレ方向分布 (OaseA)

fyenflJUyenIU1JUU1

Fig311 鞍型電磁力のポロイダル方向分布 (OaseB)

山肌川弘

Fig312 敏型電磁力のポロイダル方向の分布 (OaseD)

-28-

-62

-

3

TO m m a- 9 ~r

0 -V

V

3k

SB

gtdeg

Pres

sure

(

kgc

m2)

IN)

Gi

Pres

sure

(

kgc

m2)

M

9

H

o 3

a

Q 5

laquodeg

IN)

Oi

^ 5r

-gt_

i

o Q

01

n TN) w

Case45

o O

o

Q

ltD

ase

Q ro

i 1

35

24

KkA) Case |

CD -

IN)

0)

IN)

IN)

Oi

IN) 0)

A

IN)

Ul

L I

0 8

M-U

aV

f 』〉肘何回

l冨

面

白

岡

叶

Case 24 3

『ζ

(制

EUyenZ

』コ帥的

ω』仏

I刻 現E

56kA 49kA 18kA

A一ーCaseB--Ca田 A--CaseD

5

4

3

(Eどovこ

自

EコωωEaI

M由1

nng

direction

Rigid

Toroida I

x

鞍型電磁力のトロイダル方向分布 CCaseA B D) Fig313

鞍型電依力のトロイダル方向分布 CCase 1-5) Fig314

J A E R I - M 8 0 1 7

ft

1 12 U A (C 1

2 ft laquoT ft 3

2 1 laquoW( 3

(i) m9r-f-amplktf-Traquo 3

(2) bull-lt bull mdash X - + - hcopy- r Mb 5

2 2 (Wff^lBamptfff i f f l^o^^i 6

3 ISWfeSamptf^^ 1 2

3 1 S J 1 2

(1) laquoyen0T bullbulllaquo 1 2

(2) i laquo T t e amp t t s t 1 2

32 copy a m laquo pound 15

(1) P S r f J l 1 5

(21 S t ^ t t 1 5

(3) WftampWLamptffcM 1 6

a 3 (S tlWU 1 7

(1) 7 X i S ) | i 5 0 m s e c laquo T t ( f i laquo i O i | laquo gt raquo 2 f S - M O f a i ) 17

(2) i s A i F a 18

4 fcgt 0 C 3 4

HE 3 5 f t i l HfcTcSK) y raquo c ^ I I D 7 Afflf y- v h bull -- -rgtlt 3 6

ttSU MARS-MES Affl73XS7degD 7 A I G amptfSUPERPOSE copy

4 bull h -7mdash i T ^ 44

ftSin THREEDI Jktf I G fflV-x bull M h 47

lil

J A E R 1 -M 8 0 1 7

目 次

1 はじめにhelliphellipH H H M H helliphellip-hellip I

Z 解 析手 法 helliphelliphelliphellip-hellip目H H -hellipM H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

21 解析手法 一H H helliphelliphelliphelliphellip-一一hellipM ldquo H H 一一一一hellip 3

(1) 解析手法及びモデル ー-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Ehellip H 目 3

(2) ベローズサポートのモデル化 hellipH hellipM H -ーhellipーhelliphellipー 5

22 解析手1頃及び使用プログラム helliphelliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphellip 6

3 解析結果及び検討 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip u hellip一-helliphelliphellipH helliphellip 12

3 真空力 helliphellipH -hellip一 helliphellip-helliphelliphelliphelliphellipH 12

(1) 解析モデル H H helliphelliphelliphelliphellipM hellipH hellipーhelliphellip 12

(2) 解析結果及び検討 H -hellip一H H M -helliphellipM helliphellip 12

32 鞍型電般力 hellip-helliphelliphelliphellip-helliphellip hellip- hellip 15

(1) 解析モデル ーhelliphelliphelliphellipH helliphellip-hellipH 日刊 15

(2) 荷重条件 hellipH helliphelliphelliphellip helliphellip-hellipH -helliphelliphellip 15

(3) 解析結果及び検討 helliphelliphellipH -helliphelliphellip一helliphellip-helliphellipH 16

33 応力評価 H helliphelliphelliphellipH M -helliphelliphellipH helliphellip-hellip 17

(1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した場合の真空写器への電舷力 helliphellip 17

(2) 応力評価 helliphellipH -hellip-hellipH helliphelliphellip-helliphellip一日helliphelliphellip 18

4 お わ り に hellipH -hellipM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliplsquohelliphellip 34

参 考 文 献 helliphelliphelliphellip-helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip-helliphellip 35

付録 I 三次元自動メッシュ分割プログラムのインプット 7 ニ aアル helliphellip-hellip 36

付録 II MARS-MES入出力支援プログラム rG及びSUPERPOSEの

インプットマニュアル hellip H H M -helliphellip一helliplsquoH H hellipM helliphelliphellip 44

付録皿 THREEDI及び IG のソースリスト hellipH H -helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip日 47

111

J AERI-M 8 0 17

Contents 1 Introduction 1 2 Analysis procedures 3 21 Analysis procedures and model 3 22 Model of bellows support 6

3 Analysis results and discussions 1 2

31 Vacuum pressure 12 (1) Analysis model 1 2 (2) Results and discussions 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current- 15 (1) Analysis model 15 (2) Load conditions 1 5 (3) Results and discussions 16

3 3 Stress evaluation 1 7 (1) Case of plasma disruption with time constant

shorter than 50 msec 17 (2) Stress evaluation 18

4 Conclusion 3 4 Acknowledgement 3 4 References 3 5 Appendix I Users manual for THREEDI 3 6 Appendix II Users manuals for IG and SUPERPOSE 4 4 Appendix III Source lists of THREEDI and IG 4 7

iv

JAERI-M 8011

Contents

1 1ntroduction hellipH H hellip H H H H H H H H H hellip 1

2 Ana1ysis procedures H H H H H H H H H H H hellip 3

21 Ana1ysis procedures and mode1 helliphellip H H -helliphellip H H M H hellipH 3

22 Mode1 of be110ws support H H hellip H H hellip H hellip H H H 6

3 Ana1ysis resu1ts and discussionsH H H hellip H H H H H H 12

31 Vacuum pressure H H H H hellip H H H H -hellip12

(1) Ana1ysis mode1H H H -helliphellipH H -hellipH H H H hellip 12

(2) Resu1ts and discussions H H H H H H H -hellip 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current 15

(1) Ana1ysis mode1 H H H H H H H H hellip H -hellipH hellip 15

(2) Load conditions H H H H H H H -helliphellip H -hellip 15

(3) Resu1ts and discussions hellipH H H H H H H - 16

33 Stress eva1uation日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip hellip helliphelliphellip日 hellip日hellip日helliphellip hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellip山hellip hellip hellip hellip hellip hellip日hellip日hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellipリhelliphelliphelliphellip 17

(1) Case of p1asma disruption with time constant

shorter than 50 msechelliphellip一H H H H hellip H H H H 17

(2) St~ess evaluation H H H -helliphellip H H hellip H H hellip 18

4 Conc1usion H H H ~H M H HH H-helliphellipH HH H H 34

Acknow1edgementH H H H H H H helliphelliphellipH H H helliphelliphelliphellip 34

References hellip日 helliphelliphellip日hellip日ldquohellipldquohelliphellip日helliphellip日hellipldquohellip日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip日hellip日hellip hellip日hellip hellip 一川hellip hellip日hellip hellip口hellip hellip hellip日helliphellip日hellip hellip日hellip 日hellip日リhelliphellip川hellip hellip リhellip hellip日hellip hellipH H 35

Appendix 1 Users manua1 for THREED1helliphellip-helliphellipH H H hellip H H 36

Appendix 11 User 5 manua1s for 1G and SUPERPOSE H -helliphellip 44

Appendix 1工工 Source 1ists of THREED1 and 1G helliphellip H H hellipH hellip 47

IV

J A E R I - M 8 0 1 7

1 laquo i tb lt

laquo f i issfcmsi77 x ^ a i s s i ( J T - 6 0 s i iiaciftittialaquo-^t-) amstzm

to-cfc-0 -a i f f ln y t f - y H i B I i c S f f S K c A - ^ - c i ^ o 7deg 7 x-^gj UiAampin copy M^-g

S4ft copyJR 0 poundbulloreg copylaquobullamp fepound(6gpound-toilft f t Jitb X o 5 bdquo

Jf5laquorifiW U M t i L t i B a i E K i J A ^ E ( MltSA ) B i t raquo i f f f f l t 5 H i liXS ( 4 0 0c ) JSGlCfc SfcKilIfetBl-ti-fcitfttb-f ^ copy i S t t l c f i ^ i c t f r t S ^ g S o

W I K S S amp c i a J T - 6 0laquos$Hcopy jE j raquo f f ^ l i JS i c f g2 f$ t tTO5as ^ c t - l i ^ deg - laquo i pound i t f x J I pound t t laquo c s amp - f 6raquo r - f f iampraquocopy i l i npound f f l i l ^fflW^raquoHr-ltraquoAisiS6ltt ^ S f i l f i - ^ n - c i ^ o 8 sect S laquo laquo laquo i l 4 6 r ^ 5 J T - 6 0 laquoSyen^ff l iS t t^Wcopy-5 gt c copy f - t t f f l o r g ^ T o f c i S A f raquo t f f copy S i gt - o ( ^ r t t f c f c f f l T o ftic - f c i e ^ o i a

iE-t laquo SSSlCft f f l - r5laquoSamp0 KSeurof lSf tWlt1-copylaquo-a^fellaquo^ CASME Sec-IE cffiiM-ipoundASFlaquolaquo-fT9o CLT- l iS f f lo iS t t^ f f l lt - Klt pound f L r I ft j y amp y^o-x-copyftcjg^7y MJ bullpoundmAxmVTampfti Sfcjalaquoj ^Ao^smfiaAfli^ bully bull tf bull h-amp0lamplt ajff ittfcjt l^ Ufco g i c 7deg 7 X ffiSSlWf poundraquo)lt 5 0 msec i O H 1

I g amp i O t t ^ t i f T - j t l ^ o f L t reg 4 S t 4 f t ^ J t t f ) 5 SIC t t S C i t ( f t f t I 0 t H R j c S f t S S M ^ D y ^ i C THREEDI ) Vgt4 yf ~J ^ - 7Jiamptf V ~ 1 x ^ S f t t S

- 1 -

J A E R 1 -M 80 1 7

1 はじめに

現在1点研では臨界プラズ 7 試験我慢 (JT-60第I1図に鳥峨図を示す)の建設を進

めており一部のコンポーネントは既に製作段階に入っているプラズ 7 閉じ込め111の真空写l1L_ _ gt_ __ 12)

~に闘しでも各極 Ramp t5 及び詳細設計に 1まいた最終的な設計段階にありプラズ7 挙到J や装

l~ 全体の取り合い等の検討も含めた総合的な設討を進めている

J T -6 0の真空宇李総の僧造は既に多くの報告があるがベローズとJ京肉リングという剛

性の非常に異る権造物が交互に配列されてドーナッツ状の兵士g~辛器を形成しておりまた非円

形断面を街し外荷重として趨高奥宅による大気圧奥ltlJ) 各符電舷力が作用するうえに

MJ温 (400C)運転による熱膨脹も考慮せねばならずその設計には特に慎重さが要求され

る

有限要素法による ]T-60真空脊器の応力解析cf-t~It既に報告されているがそこではベローズ機遊を直交異万性板に置換する事で節点数の鳩加を抑え実用的な時間で計算が可能と

なる様計られている本報告書は現在進めている JT-60真空奔器の設計検討のうちこ

の手法を用いて著者が行った応力解析の結果についてまとめたものであり特に一次応 Jのほ

とんどを占める真空力と鞍型電依力による応力に着目した検討を行っている尚著者が行っ

た検討はこれとは別に製作飽当メーカーで行っている応力解析の純果のクロスチェックに資

すると共にプラズ 7 パラメータやプラズ 7 計調Hへの近接性の向上を目的とする設計変更を

償鋭的に行え得る機そのバッタデータを得る事を目的としている

以 F第 2苦言では本応力解析に用いた手法の実際の通用について述べ更にモデル化及び使

用プログラムについても触れる第 3章ではt1空力及び鞍型電般力に対する応力解析結果を

述べ真空努器に作用する真空力及び鞍型電依力以外の各種荷重も考慮して ASME Sec皿

に縫いた応力評価を行うここでは実機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉リング及

びベローズの仮l手をバラメトリックに変えて解析を行いまた補強リプ及び厳型電舷力用ダッ

シ a ポットを取り除く可能性も検討した更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短い

場合の検討も行っているそして第 4章で全体をまとめる更に付録に本解析で使用した三

次元自動要素分割プログラム (THREEDI)等のインプット 7 ニ a アJレ及びソースリストを i 添付する

-1-

JA

ER

I-M

80

17

e HI

u 0 rH

rH

4J

4J -H

bullH

0)

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01 u

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4J 4J

11 M

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rH

rH

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3 6

bullH

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bullH

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gt _gt_ W

pound E z w

O

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~ CO

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開

何

回

Iginfin口同叶

llToroidal Field Coil

21Poloidal Field Coil

31 Vacuum Vessel

41Vacuum Pumping System

51Support Structure

6 1 ~Iagnetic Limi ter

71Movable Limiter

自 NeutralBeam町長ctorl

ゐ

JT-60本体の烏敵図Fig 11

J A E R I - M 8 0 1 7

2 m VT yenbull amp

21 raquolaquofa

(1) raquolaquoT-ftampgtf ^

ofcbdquo i C t l i 5fe-fSgHregltD-5CgI5^^titlaquolffi^BiJtt^W-rSiIlaquoSittS(CE^

i o t ^plaquoT-triraquoe^c^^ttSreg-^ y bJkaamptiSrXtbz^mvampo Hfflwcii ^ o - x - reg 0 i 4H|ampcfSiff ioiSAfflb^t h ^o-x-regi i i icraquoofcff l j tEAraquoj i tffiigt4i iSAreglaquoffllaquoajcopyiiSBic4i5laquo-^nif euroregipoundregfsigpound e4t|5src

ftfcM5ttfficopygfipoundJireg^n-XraquoffC|gLTcopylaquoampfrlt-f Samp-t9 -ltn-xfflcopy

Bgt ft poundraquocopyamp ( RttKcopypoundfipound ) tgta$raquofcopylttpoundsect95pound-f 3reg(i ftic^n

-xcopyiraquocflreg^t6s^secti^laquolJ i i fe(-for i i Llt euroic-copyplaquofr-ii)SlaquofM^copylaquoJ laquot ttiiamplt-fetf 5 pound(copypoundbull ftasffig-p^ HIScopylpoundH-^^copyigifflBicg| briiP^ffl

(i) ^n-xffldjr-ii

plusmn 6 h 6

1 ltgt = ( i + mdash J laquox plusmn mdashr M X plusmn

x + b b h U) 1 lt = a v + M V

M x y

h 2 b v f)

- 3 -

J A E R 1 -M 80 1 7

2解析手法

21 解析手法

(1l 解析手法及 Jモデル

真空容器の応力解析は既に報告を行っているベローズを直交異方性板に置換する手d~と依ったここでは先ず真空容器のベローズ部をそれと等価な剛性を有する直交異方性板に置換

しこれと真空容器厚肉部の等方性シェルとを組合わせて時全体解析を行い厚肉リングと

直交異方性板の変位及び応力を求める更にベローズの局部的な応力を求める局部解析に

J3) _ _ ~ t は応力変換式による方法と ス~ ク L よる方法があるが本解析では前者を用いた

前者は異万性板のモメン卜及び応力とベローズの応力とを物理的に対応づけた応力変換式に

よって全体解析で得られた異方性板のモーメント及び応力を求める手法であり実用的には

ベローズの山中腹及び谷部の応力値しか求まらずベローズの山に沿った詳細な応力分布は

求まらないが応力の最大値は山の頂部に生じる事を考えればその手法の簡便さから非常に

実用的な解析手法であると云える一方後者はベローズの局部を取り出し全体解析で得ら

れた異方性板の変位を局部ベローズ解析に際しての境界条件とする手法でありベローズの局

所的な応力分布が詳細にわかるという長所はあるが計算機管億の制限から数少い節点数で得

られた全体解析の結果(異方性板の変位)から局部解析の境界条件を設定するのは特にベロ

ーズの嫌に曲率の変化が大きい構造物において難しく更に一回の解析では本解析対象の様な

復維な権造物における全体の応力分布が把鍾できず実際の設計等への適用面に関しては問題

がある

ここで用いた応力変換式は以下の通りである

(j) ベローズの山では

t ax ( 1平千)ax 土手 Mx x 下手τ(h2 bw -十)

ム bht az 一一 a+ 一一一 M

bw

1

1

3 t xy + ーで一一 xy

-3-

J AER I - M 8 0 1 7

Ql) ^a-XCDtpmr-li

+ 6 31 m = plusmn mdash - M x + mdash mdash p

t b w t

m ^ j = 2 - y b w

m r - = r x y + - mdash r M x y

i a -XtDampTtZ

gt - ( 1 plusmn 6 h

x plusmn mdashT M x h 2 b

b j j = b h

b w I

xy 2 M x y

1 I $ copy i l f f pound|amp1 2 JScopyi i f f^ ( f i l t laquocopyf t^^ l6 ] (C | t i c r5^ |6 l x = H^te tScopy bull =f ^pound|6] y g pound t t laquo t f f l o 4 -JIgt|6]

t D -XOjfflJlJiOffiH m -ltbull - X + m J amp g b ^ o - X S f f l f i i + - n - X ^ g f i - ~ o -Xf^g iB

4 f c pound2copypoundf(iifccopyStapoundR|-gt-fo h ^ o - x - i i i g copy - ^ ^ t ^ a - x f i i b^ a - X t f - ^ I ( ^ D - x l tdeg raquo -fcopyHft )

- 4 -

J A E R [-M B 0 1 7

1) ベローズの中腹では

占 6 31 mσl~ 士一一ァ M干 一一一一て-p

t bw t

ム bπl t12~ 一一一一一rJ

bw (2)

y

x

M

37

十Vd

x

T

士

τ

m

iD ベローズの谷では

b rJt (1土子)σx土手 Mx士(示 (h2bw --+-)

b bh b ltl2

x一一- rJ 一一一 Mbw

(3)

VJ

X

M

+

y

T

士T

但しここで左辺の添字は各々以下を意味する

1 波の進行方向

2 波の進行方向と板の法線方向に直交する方向

x 異方性板のトロイダル方向

y 異方性板のポロイダル方向

ベローズ山の頂上の位置

m ベローズ中腹 J位置

b ベローズ谷の位置

+ベローズ外表面

ーベローズ内表面

また右辺の記号は次の諸債を表わす

h ベローズ山高さの半分

ベローズ板厚

bw ベローズガース長(ベローズ 1ピッチの実長)

-4-

A E R I - M 8 0 1 7

b ^ a - X tdeg -j f-

I lt o mdash xffi H mdashltK mdash i y tBL c CT-ftEp copyifplusmnreg 2 1 l2(-fSltc laquo3 ^ ^ -7 deglaquoM ilt f f i gt3reg llaquoC^D-7 [ f i

(2 p = 0 T- amp 5 bdquo J T - 6 0 f f l laquo $ g g | i i 2 4 copyIf ft J y t U ^ f f J f - f T ^ a - XAlaquo^ 8 ^ pound Steffi ij

pound IT h - 7 X-frjfcgg U l ^ fffiJ y plusmn 6 0deg-te 2 H 0deg -b 9 9 6 ltr gt pound fig 4 6laquo fraquolaquoT-e(ilaquoKWiclaquot0B8c L i 6 0 deg ^ laquo t l i L raquobulllaquo x ^ampf l f 2 2 g U c ^ f bdquo f ^ l i f l J icopy t^ t t ^ i= ) b o 4 ^ - ^ r a c f i l p f t J y ^6 0deg-te 9 ltpoundgtampamplt a - XSB ^ f t ASgtipound0 deg 4 ^ r f i ( i poundcopylaquobullpoundbull t ( j S c f i F ) pound t f f f l l 8 0 deg ( amp laquo laquo copy laquo pound -0 3 6 0degT 5 o

m bullbullgt bull bull I - A ^ K y ^ - t U T f i t t s t i gicff-fflij g f laquo t t f t f A t yen a S f f l amp f f l - hficopy|laquojfLa5-5o laquo r 4 - K i f t S S ^ C f t 1 5 0 o l i c t f i S 6 0 0m

raquo f t J y^ l iSSt t -C l i f f i l f 4 0 laquo B T 0 T^JfcffisSJ ^ c i ^ t i S S f t t i ^ T MSS J ^ ( i K S S i l copy M laquo i L t ^ i a s a i l ^ f t t L T O S poundyeng ( 9^ -e 1 0 0m i t l i t 1 6 0laquolaquoffl|5$laquorWr5fclaquo) pound 1 1 i C gt f t 5 8 i K S S S t h o 4 2uKi|3 -lt ^poundcopyfscopy3ncopypoundlt ampL o -r c^ iJ ia - i ^ fiKfflfa)ilaquocopyiaix^-xsij filti^ ^ctlS4ff-c-(i z 2 i a c r s i g t t c i q ^ r ccopyfifreg y rs-JROlfcoT If ft y y ^ f t c ^ a - x reg reg a ^ ^ 7 ^ n raquo cgxfcig-S-ic-ooTolt fP^fTt 1 filBj ^reg^4 f f lBJ i6 t tcopy^W fT9o E C copy I SfSAffl bullltbullgt a bull - hcopyl^plusmnfflHJtettfelttW

8yenT Vtzmamp7raquoltamp 2 1 R I - 4 i t o ^ t l S o C C t i B J 7 (i Case 1 copya-l-fltJtlcS

(2) ^ n - X bull - 9 - - h ffl^rMfc 2 2 r a f f l f H C J f t t t 5 g i ^ D - x i i ^ r reg ^ n -f ^ A-tt f f icQMSiefcOT

jgft y y^rtff iA^jio a L f c f - i i u T-c^jf $nro5o c w i J T - e oreg^ agn)Klaquo^D 4 ^^rns^-f LT^sfcA laquotlaquoJii-cesrgtrHiittttreghlt^n-x alaquoa(regz2ia4iregD-Fa5= ast o^ -nffiififflfiEii^-rA-Gregiaf-(iS22 0 c

ampkltDX-amp6o U^ L C copy pound f e - A ( i IC-lt a - ^ i M L t ^ n - XcopyFlt3(ffl^copyg0amp

- 5 -

r A E R I -M 8 0 1 7

b ベローズピッチ

ベローズ断面二次モーメン

但しごこで外圧 pの長は第21凶に示す様に真空E力や Jレープ電流電般力の様にベローズ面

の法線町向に作用する外力に対する矯正項であり鞍型電流電依力の様に|直交巽方性板の法線

方向に作用する外力は既に全体解析で反映されているから局部応力を求める変換式において

は p=O である

JT-60の真空寄器はセクタ型の厚肉リングと U字形平行ベローズが各々 8ケ交互に配列

されてトーラスを形成している厚肉リングは 600

セクタ 2ケと 4dセクタ 6ケから成るが

本解析では強度的により厳しい 600

セクタを対象とした解析モデJレを第 22図に示すモデ

O

Jレは構造の対称性からトロイダJレ方向には厚肉リング 60セクタの半分及びベローズ部の半分

から成りポロイダル断面は真空力 JJt号合仁(或は下)半分の 18 00

bull 鞍型電依力の場合一

周 36 00

である

真空容器ーにはこれ以外に補強リプベローズサポ - ~真空容器支持アーム鞍型電磁力

用ダッシュポットが強度メンパーとして設置され更に計測排気中性粒子入射容の為の

各種ポート用の開孔部がある各謹ポートは真空容器に約 150本っき巌大で内径 60 0 s11I

であるが詳細設計での検討の結果内径 50 0 Jf1Iのポートが厚肉リングについた湯合でも

真空写器の強度に与える影響は殆んどなく各種ポート用の開孔部の効果は無視し得ると考え

られるので本解析モデルからは除外した

原肉リングは現設計では板厚 4011111であり T字形補強リプによって補強されている Tf

形繍強リプは真空容器の繍強として有効な役割を果たしているが主半径最内周で 10 0 Jf1II

最外周で 16 0 JI1IIの高さを有するため第 11図にみられる様に真空容器とトロイダJレ磁場コ

イルとの聞の空間の多くを占有しポロイダ Jレ舷場コイル温度制御膚等の設置スペースを制

約しているそこで本解析では第22凶に示す現設計に加えてこの補強リブを取り除いて

l享肉 1)ング及びベローズの板厚をパラメトリックに変えた湯合についての計算を行い補強リ

プの除去の可能性の検討を行う更に鞍型電舷力用ダッシ a ポットの除去の可能性も検討

した

解析した構造モデルは第21表にまとめられるここで補強リプは Case1のみに構造に含

まれる

(2) ベローズサポートのモデル化

第221司のモデル図に示されている様にベローズはそのポロイダル断面の直線部において

w-肉リング内面から張り出したビームによって支持されているこれは JT-60の真空容

器が非円形なポロイダル断面を有しているため街震が僧すに従って両11性値の小さいベローズ

白線部(第22凶中のD-F部 o 以後ポロイダル断耐の位置を示すA-Gの記号は第22図に

示す位置を示す)において大きな変形が生じ得る事からその変形を抑えるために設置され

るものであるしかしこの支持ビームは単にベローズと接触してベローズの内側~への変形を

抑える役割しか有しなくベローズの外側への変形に対しては全く拘束力を有しない

一方真空容器に作用する外力としては主なものとして真空力ループ電流電織力鞍

~電流電依力があるが前二者の荷重が全て真空容器に対して外圧方向に作用するのに対し

EU

J A K R [ - M 8 0 1 7

|b]fc(i)ff3 J y iffitft[fni b t f e^Sf t C ffl Uffsffi^ ) tt 5 -poundbull ft ^fei LT

lf^ ) vf^W-n ) y ^ copy pound ^ 8 laquobullgtgtlt L t H l f i J t J i j i LrfFffi-f 3bdquo Ofticopylti5

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( S 2 4 0 i C ( O g | copy ~ )

OiD fifttigJUi 8amp4ampICraquoJ(C $laquoampcopypound to T t o I- 73Stt ) t LXA^j LmVr^ff

0 o

W) ltliDcopy^J0 M ^ ( raquo S S I copy t t ^ I J i - e 3 laquo ^ ^ copy bull n f t ^ J S I CtetMtt

(V) E e M c f t H ^ f T ^ s |wmiciecopyettbllJ6ffllaquoiAA ffiBltti-Dfcfecopy(CooT(iHy-

laquo Jffl(i)~W)ltampraquo4^fcraquolaquof-JBlaquor 2 2 e s t

22 S t f ^ S t f f f i f f l - ny5A

J T - 6 0 copyJ(^StlcopyJSPff-r b t l i laquoil)raquoWtflffl7D^7 AMARS-MES amp (5)

0 j et t i J-rSA4fiEff l i b t H R j c l i i ^ -y ^ D ^ V A T H R E E D I sfiE(Cfflon bullCfcOlfttteRSfe S t i r OS ft $8gttttktiSMibZt3tiMK1k-ofrltDigktikfrg$Ztizt fcfe7n^7Acopy^iEK(iffb07or7Acopyffgg4-fi-ofco

B i H 5 ^ a ^ 7 A ( C t n - r f f t l c S n laquo pound laquo laquo laquo e i LTIiFf5copykcopyASampsect = (1) lt S I I ( copy S S f l S A laquo M 4 9 n-f J U K ^ J ) copy A (2) f-A|IcopyAA (3) h 7 ampcopyA

(5) S^ttftOJEAffi^amp^D-X^aSJSA^CiE

CltDtpZ-ll)lt2)H)(DregmiZreg UTI2THREEDI copylaquogBICJpb (8)laquoigtlffltts^Ofcj6glaquo4|

laquo A M C 7 D f 7 A I G^fffiKbfco X (5)copylaquoaBliglaquofKcopy7D^7A MARS-

SUPERPOSE (MARS-MES copyttiTfc3JS bullpoundampffllaquolaquopoundpound-fS3poundfT7pn7A )

- 6 -

J A E R [-M 8 0 1 7

後者は第23図に綴式的に J-yenす織に 1つの厚肉リングセクタに着目した揚合 トロイダル方

向にはl苧肉リング中央面を対称而にして左右対称(但し符号は逆〉な分布を持ち全体として

厚肉リングを厚肉リング中央の主半径を中心として回転させる力として作用するいずれの街

電においてもベローズとベローズサポートは単に接触しているだけであり解析において

もこれを筏触問屋重として解く必要がありまた鞍型電銘力の場合の織にベローズとベロー

ズサポートが全〈筏触しない事も考えられる

これらの問題点を解決するためベロ-~とベローズサポートそ第 24 凶に IJ す様にモデ

Jレ化した即ち

U) ベローズサポートの厚肉リング側は ~手肉 1) ングからのオフセット匙と郎併定数とで

メンパーを定義しその節点は厚肉リングのシェルと共有する u (第 24凶中の節点 7-

1 2 )

j) ベローズサポートのベローズ側はベローズの等価安方性依と[gt行に新しいビームを

定義し (第24図中の要素⑫~⑮)シェ Jレとビームの対応節点閣に倭触要素を設ける

(第2 4 図中の要素~)

ii) 接触要素は始めに剛体(軸剛性のきわめて大きいトラス部材)として入力し解析を行

つ

ωGiDの結果より剛体接触要素の軸カが引張である楊合そのトラス材を柔要素(紬岡IJ性

のきわめて小さいトラス部材〉に変更し更に解析を行う

ゆ 更に帥の作業を行うが同時に柔の筏触要素の軸力が圧縮となったものについては再び

剛体に戻す

これを要素変更の必要が無くなる迄繰り返す

以上の (i)~ωを踏まえた解析手 )1腐を2 2 に示す

22 解析手l頓及び使用プログラム

JT-60の真空容器の応力解析に対しては備選解折汎用プログラムMARS-MES 及ー (51

びそれに対する入力生成用として三次元自動メッシュプロタ 7 ムTHREEDIが既に用いられ

ており設計に反映されているが設計検討を進めるにつれ更に幾つかの機能が要求されてきた

ためプログラムの修正或は新しいプログラムの作成を行った

前記プログラムに含まれず新たに要求される主な機能としては下記のものがある

川 分布荷重(鞍型電位力俗気リミタコイ Jレ反力)の入力

(2) ビーム要素の入力

(3) トラス要素の入力

(4) 平行ベローズの要素分割

(5) 異方性板の応力値からベローズ局部応力への変換

この中で(1)(2)(4)の機能に関してはTHREEDIの機能に付加し(3)は汎用性が少いため倭触要

素人力用のプログラム IノGを作成した又(5)の機能は原倒既存のプログラム MARS一

SUPERPOSE(MARS-MESの出力である応力変位の線形結合演算を行うプログラム)

-6-

J A E R I - M 8 0 1 7

copytplcftSnLto ltpoundJ filt3fltRcopy9 mMMM ft l ifilaquolaquotraquotff 7o 7 A EDDYTORUS6

T-Jt t sn5copy3raquo eurolaquo tEcopyt tlaquo l - L-t Aft LT O5o mVrltrgty o - bull fbull - ^ $ i 5 H i t amp -f raquo 7degiclaquopound - T ft laquoTf-laquopoundlaquoampbull- a ltgt (i) ^ T - 7deg 1 ( fiSfflr n 7 A THREEDI ) MARS-MES ^ copy A r t f - ^ t B g c f 1J8 PS T- 0 W laquo J ^ H n - x o f f i ^ 93gamp

yffiift-r-copy[amppound ff-5 o Cfflfg ffiiftampft^K^j-e S t i t f amp reg Jit c i kg erf copyEA Altftffl L fittlaquot J i =bull -f ^ K ^ T amp t l i i laquo m J i 9 3 4 ^ ^ ^ ^ f f l ^ c D g j R l - S ^ ^ mVMampftX-foiUl EDDYTORUS T-flf n fciKSMStcopy deg -f ^ Afalaquolaquotreg8poundf laquo gt j i c amp L T laquo - reg J R c E ^ J t LTftffl J t J bdquo

(II) 3 f 7 2 ( ffi ITJ 7deg a J 7 A THREED I ) MARS-MES ~~C0Kftr~ tfigfflfjj 2SPampt0 ^ f 7 1 t t S J f t t f - J C f

- A f j f - amp t f f pound K F f - J lt pound f i - l t J n t 5 o OIP X -r 7 7deg 3 C (pound ffl 7deg a 7 A I G ) MARS-MES ^ copy A - r - l pound copy reg 3i2fiST-0 gt X f raquo 2 t t f f i S n t f - C S

I S J | i i 5 r 7 X g | t ^ t l i f t I t 5 f - A g S i f f i f i f - 0 A A f T T o ltfl ^ x v-7 4 ( CPU ffiffl ) -r - 7deg 3 T t l S ^ t l t - Agjgf-- copyiffife^ttfflcopy-alaquoiEo (V) x-r -7deg 5 ( fitffl-a 7 A MARS-MES) tfampZtlTZT-fiZAt) LZfcftWI$TampfT7o ^ D - X I - t K J c S ^ f t ^ i LTJR0amptgtlpoundo M X f 7 7 6 (CPU fpoundffi ) MARS-MES (ClaquotSlSraquofTff le ~ deg - T pound J $ tr - A copy b 7 x g copy tt jg T

5fefflraquosnii ^ffl b 7 xgjgcopyttHi j t tlaquo-~o i LTfftf MARS-MES C laquofc 5 IS A flf pound fTTo ftyenSTcopypound pound copy I- ^ S S c E l i j i l f f f l OfcfliampfiStfcopy b 7 glaquobullraquo ltcsect i Lxmcftt-ftMW-irff^o d -5 I t W i o x f 7 7 t S t g l copy laquo i i f i t pound ( ttSampHOii-f o

W x r bdquo 77 ( ffiffl7 a 7 A MARS-SUPERPOSE) MARS-MES CJ5)poundj)yen4ffcopyregKiglaquo-Ayjt b r g pound M copy IE ft pound ^ o - XfflU

a5WttJSAffl(Cpoundfi|-f 3o

- 7 -

JAER[-M 8017

(61 の中に付加したなお分布荷曜のうち鞍110草儲力は渦電流解析プログラム EDDYTORUS

でilt1される鞍摂電流の値を廷にして入力している

解析の 7ローチャー卜を第25闘に4ミす各ステップに従って解析手順を紙説する

(j) λ テップ 1(使用プログラム THREED1 )

MARS-MES への入力データ守ー成の第 1段階であり陣内リングとベローズの節点要素及

び街喰データの牛ー成を行うこの際街盈条件が真空力であれば各要素に 1kg叩F の圧力

がれ月1し健気リミタコイ Jレ反力であれば舷気 1) ミタコイ Jレ支持点相当の要素に反力を与え

級if司i感力であれば EDDYTORUS で計算された鞍~l電流のポロイタル方 IIacutel]電流w度を電

信]に変検して各要素に圧力として作用させる

(nl ステップ 2(使用プログラム THREED1 )

MARS-MESへの入力データ生成の第 2段階でありステップ 1で生成されたデータにビ

ーム要素データ及びパネ支持データを付け加える

uiT ステップ 3(使用プログラム IG)

MARS-MES への入力データ生成の第 3段階でありステップ 2で生成されたデータに綾

触要素となるトラス要素とそれに付随するビーム要素と節点データの入力を行う

tv) ステップ 4( CPU使用)

ステップ3で生成されたビーム要素データの端末結合状態の一部修正

(ゆ スー手ップ 5(使用 4 ログラム MARS-MESl

生成されたデータを入力して応力解析を行う o ベロースlii宣交異方性板として取り扱われる 0

wT スチップ 6(CPU使用)

MARS-MES による応力解析の結果ヘローズ支持ビームのトラス要素の軸力が張力であ

るものがあればそのトラス要素の軸剛性を ~O として再びMARS-MES による応力解析を

行う解析の結果柔のトラス要素に圧縮力が作用した陽合は再びそのトラス要素を同IJ体に戻

して再び応力計算を行うこうしてMMのステップを要素変更の必要がなくなる迄繰り返す o

WIO ステップ 7(使用プログラム MARS-SUPERPOSE)

MARS-MES による応力解析の最終結果を入力として異方性板の応力値をベローズの局

部的な応力値に変換する

-7ー

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 2 1 I S f f ^ - mdash Jg

Case Thickness (mm) Rib Case [ Rigid ring Bellows

Rib

1 40 20 Yes 2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

Bellows ^ ^ ^

vl W Vi

u bull- u ii

r Y v ( a ) Vacuum pressure (b) Electromagnetic force

Electrons gnetic force (Saddle-like current) (Loop current)

F i g Z l ^ deg - X l c f f ffl-f bullSfl-

- 8 -

JAERI-M 8017

Ta b I e 2 1 解析ケース一覧

Case Thickness (111m) Rib

Rigid ring Bellows

l 40 20 Yes

2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

- lsquo司 -h

4 +-41--

(0) Vaωum pr邸ure ( b) Electromagnetic force ElectromJneticforce (Sa剥le-likecurrent) (Linfinp current)

Fig21 ベローズに作用す-o外力

-8-

JAE RI-M 8 0 17

Vacuum vessel support a

Bellows

Rigid ring

Dash-pot

Rigid ring y ^rv

Rlt890 RlSiQmdashJgQ

F i g Z 2 laquo yen 8 t 7 J U

- 9 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

Vacuumvl

1盤金 ゴR坦霊ムJFig22 解析モデル

-9ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Bellows

Fig23 ampampregicftmtzmmmmxltnmM

|

Orthotropic plate 1 Lm-2-i3_3-lt5-4-ipoundgtl5

Bellows

Bellows support

O Shell element bull Beam element O Truss element

F i g 2 4 ltltn -X bullbull$bull- h07nik

- 1 0 -

JAERI-M 8017

Fig23 真空容器に作用する鞍型電磁力の模式凶

o Sh剖lぬ『鴨川

口民amelement cコ TnJ話剖em創世

Fig2 4 ペローズサポートのモデル化

-10-

J AE RImdashM 8 0 1 7

START

is QSiC data X STEP 1

Beam I Restr I gtlt

THREEDI

ZEZ

X

Eddy current

Data STEP2 THREEDI

bellows | support

STEP3 I G

IE STEP 4

CPS

^

Data

Data

STEP5 MARS-MES

bull STEP-6

CPS

STEP 7 SUPER-POSE

(3J5Jpound) Fig2 5 J T - 6 O K S g g r o j S A I S t f m

- 1 1 -

JAERI-M 8017

飽yen

yen

yen

組

個

Fig2 5 J T -60真空容器の応力解析手順

-11ー

J A E R I - M 8 0 1 7

3 bull JKtfftefJIIamptfampg

3 i mampgt

mm7rnifts22iatcnro2laquoc i- CM ^S|6]C6 odeg-fe ^ racfi gtj y rreg i 2

- pound bfco gjgtf-ffltt h o 4 fj^ftfaicon - X pound 5 8 1 Ipf3 U y poundbull 1 0 raquo]copy 1 5 ft 91 o 4 ^ f t i p j c i i 3 o ^ H f f D t i ^ a

4 fc laquoffiS3gcopypoundl(2gt Sf i J gt ffiffiicgiBSftT u 5 laquo 3 g g pound f t T - A copy(pound Off o SSi I^ |pJC2Si t n -Clgt5laquol laquo iraquoAff l5- y =bull bull Kifpffl L i l m-gtTW 2 2 Htp copybulllt-pound amp (i ki = 0 ka = 4 0 ton k j = 2 0 t o n trade t 4 x 5 raquo i l CC

i^fif tf tf i ^ T copy S ( C l k g r f n pound E H T | x t (2) PtfffelftamptfampM Case 1 copygEffiajpoundSampa 1 ElA amplaquoamp a 3 ENc^-To - c - t fHlaquo( i5ccopylaquoSg8icopy) l t tlaquo -

laquo t gt b JfflHlaquoftilaquoIEif5gfecopy)lttS5-f o ^ a l i l i l f t i y T - copy y - z [ p l pound f i f l J S t E 3 8 S copy l--7Xamplft(Cltfc0lf fc J gt fC(riC^slaquol 4 fc KSSBsXr t T -

ltt I t h -v ia3firtffll(csta1 So ft-s-ctfn 4 ^^ttBASB-eiiS^fflffiffi 27 raquo pound b GaJ^fe^C-Afflfc--f h - 7 X pound g ^ l 6 l r t f l l ^ S f i f f S 9 3 2 g | ( i tfrt J gtlaquoamp ( i t k ^ n - X S 0 ) copyy - z^lpJSe^ftf amp^-t o tftM^jUgTffiAoBfflh-v poundaraquoi6]rtffll^copy^lt4(ilaquoffiSSl5E^r-ampo ffl^ i y copy a r - ^ ^ J s $ lt 4 o t o i 4 GSBT-ii h-7xpound^g^lSi^tf iJ^^ffJ l t i gt 5 i ctitiW-m ) y^fcfpffl-TS^

Aict sues j y tjn gpreg h-7^poundg^i6][3ai^ffls^i ff-ft v y ^ c i s s s i fiFT-Acopyjt^laquo(iKplusmnlaquo fecopy-c5o if a 3g | iCf - r^D-xt tJcopyy- z^i6]^fi^fltgt raquofi ) yrffliSlaquocopyffi(6j-ampTbrjoiP^raquofficopyglaquoS^otiamplaquotgtLrolaquoo nlt ^ ftiEScii - lt o - x bull + - i-alaquoipfltg y y^gt^0ffl brf j copyIE^laquo-agKfflii TfcO gt 2 5 raquo raquo g 8 copy S f t F 0 i ^ o t u S f i i W ^ o

Case 1 (i l toi4lKAraquo(Jcopy-laquollaquo-rega4BICp-ro Cftli lt deg - X 1 0 J copy ( S A laquo S f t ttgt0 h - 7 xi^gf t is iSf l^cAas-es^ff l i i a 6kgraquo2 t b deg 4 ^nftfficopy

Case 1 ~5copyraquoyeniffamppoundS5 3 Z g laquo i raquo ffiffiCM b T i i pound amp laquo ( n 4 ^jnffiffi AfiBamptfE raquo copy laquo laquo Oo Case 1 Cli Hlaquofi V 7 K J 0 JJC 13 ) ^ S O E S B f f l S f t T t f O

- 1 2 -

JAER[-M 8017

3解析結果及び検討

31 真空カ

川解析モデル

解析モデルは第22凶に示されている織にトロイダ Jレ方向に 60セクタ停肉リングの 12

ベローズ 1スパンの 12からなるポロイダル断面はその対称性から k半分のみを解析モデ

ルとした要素分割は トロイダル方向にベローズを 5分割厚肉リングを 10分割lの 15分

割ポロイダル方向には 30分割行っている

噴界条件を第31表に示す o 対称構造対称荷重であるから境界条件は対称条例を与えた

また真空宇手器の支持はら厚肉リング端部に設置されている真空容器支持アームのみにより行

い鉛直方向に 2本設けられている鞍型電磁力用ダッシ a ポットは作用しない従って第 Z

2図甲のパネ定数は kl= O k2 = 4 0 tOnIIII11 k3 = 2 0 tonlI111 と与える似lしここ

で座標系は第 A 1図に示すオプリーク(局所)座標系で与えている

荷重条件は全ての要素に lkgcm2を外圧として与えた

(2) 解析結果及び検討

Case 1の変位分布を第31図から第33図に示すここで太実線は元の真空容器の形状を

表わし網実線が変形後の形状を表わす第31図は厚肉リング中央での y-z方向変位分布

を示す真空容器のトーラス効果により厚肉リングには求心力が働きまた真空容器支持アー

ムは惇肉リング端部に設置されている為厚肉リング中央部に対する拘束効果は小さ Lから全

体としてトーラス主半径方向内側に変位する従ってポロイダル断函A部では巌大の変位27

を示し G部でも求心力のためやや卜]ラス主半径方向内側へ変位する第 32凶は厚肉

リング繍(設もベローズ寄りの y-z方向変位分布を示すポロイダル断面A部のトーラス

主半径方向内側への変位は真空容器支持アーム及び補強リプの効果でやや小さくなっている

また G部ではトーラス主半径方向外側へ変形しているがこれは厚肉リングに作用する求心

力による厚肉リング中央部のトーラス主半径方向内側への変形と厚肉リング端の真空容器支

持アームの支持効果によるものである第33図に示すベローズ中央の yーz方向変位分布も

厚肉リング端と問機の傾向を示しており卵形断面の自然なつぶれを表わしている o ポロイダル

断函 E$にはベローズサポートが厚肉リンクーから猿り出しておりその変形をある程度抑え

ており 2 5鵬極度の重量れ下がりとなっている事がわかる

Case 1における応力分布の一例を第34図に示すこれはベローズ第 1山の応力強さ分布

でちりトーラス主半径方向最内周のA郎で辰大値 12 6 kgllllllzを示しポロイダル断面の

ほぼ全域で 10 Kglllz前後の応力強さである

Case 1-5の解析結果を第 32表にまとめる変位に関しては全体的にポロイダル断函

A邸及びE部の値が大き POCase 1では補強リプにより事肉リング端のE部の垂れ下がり

が抑えられる為ベローズの変形もある程度抑えられ結局求心力による A部のトーラス主半

-12-

J A E R I - M 8 0 1 7

ffi^lfilrtflJ^rogamp^S^iteSo Case 2 ~ 5 T-li ISreg J r ^ y i ^ WW J y -pN Ti l

iSreg copy E $ iTAlt0poundraquopound lt tpoundZo Sic deg 4 A-|S] copyfl i clf g bfc tgamp ^ deg

lto -XcopyltglP ^ 0 ( ihM pound 8 0laquoraquo ) 2 5Wraquo ( UjiS pound 7 0raquo ) (Cft bamp 49 4 6laquoit

A5bdquo iDt I b l i ^ D - X l f j ^ffllaquorigrC- y hCft^0 fitotCase 2 4 T-(plusmn

IV-03 y y ltSIyenAlaquo7 0laquoraquo-T-ecopyD4^jyi6]copyfttrHi]ttas^o-xcopytftplusmn0gtcilAgt

-poundD-X4ifficopySfiAse^ilaquoa (ff 15 0i^tCase 2 copy tt 5gt Kg ) bdquo -gtj Case

3 5 r-i i rats J y sif laquo 5 omt co D -f ^^^iPiroiftifwttii^ o - x copyot i t is

laquoS blt a o ^ n - x bull bull - h copypound($icj OW lH y^ffi-c^CiAg^ti5 ( | 1 6

Hlc^-rCaEe 3copypoundfiEjjII ) o

Case 1 ~5 KiteorfE8 copyft^fflli-irT- a - Xreg 1 iJj copy h - 5 x poundbullpound j$fr |h]lrt If

Affiic4ii5bdquo i g i c i 0lt n - xc4 i iS fE ( i ^regIEtlIH$ampfl)4oi-ijbtilaquoo

(i) ^CJ5IIS U y^copy l--7xpound)igrtfflJ-vcopygffiicjS fccopybdquo L f r tc f tHI t

sectsectSpoundftT-Alaquo0copylGipoundampfiFOo (jj) -lt D - X ( I x l l t t f i ) t f f f i J y copy a -f ^^^|6]reg8iJtta^bft liStf a 4

ltjiD - lt D - x reg f f i i c f l j lt K s j c i i ^ o - x reg 0 j reg f f b o bid pound 0 4 1 3 ferego

(V) n -( JKBv tS T CD fg (C J pound bfflo

hie( i)~Wreg-5gt(i)~( l iDl ipound(e I- D -f ^ j |6] copyJS2H- W i deg 4 f ^UfaofotHzm^-

t s wpsii3iiipoundiwidjftfpound^o-xsMiijc4b3eAfii3pound^poundAs I -M ifijcopy tS-escopy-c (i)~ltiiDid i o T 4 b 3 pound copy laquo laquo pound pound TcopySpoundcopyg4SHpound$irt1-3 o

tfe 3 l iS copypoundlaquolaquobull t s ^ D - x lOjfflASicSfl brfT^fco

(OicksiEAfilPW y idj 3^ deg -xcsfflESiic j -gt Tft b3 feffl-efeS^b l-f-

bullJ y^ojftfftficj o D -xic56ft-r5is^lS(H L t igts eS^Tif^ J y copy$gtit

c5o MtraquoUiiJ0-ltdeg-XC4-f3JStf0 KffiAlc J3Jffc V y copy x [6]poundftttpound ltSi

t t 5 tdlicj SlSSffi |-J9ciS-e(6egttt3o

tJ 1 = C o bull 5 i 5 o (5)

iseftlaquoT(-jslaquolaquoi t fffflraquottKiteijlaquotf-etfo 5o =tosa3laquocopyig poundpoundi f3o

( i i ) i dJ 3JS f r ( i t t f f plusmn f ^T -ampo2 Hpoundreg3yen t i c ^ ^ deg - x copy f t i f fflttD twm ttfflttpoundW-3laquortftffapoundakcopytiffifEp bull pound laquo pound - ltSic4bf t^ l iSAI i

6 Oi = mdash mdash M (a)

- 1 3 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

径j向内側への変位が厳大となる Case2 ~ 5では補強リプがない為厚肉リング内では

端部のE部垂れ下がり変形が大きくなる更にポロイダJレ方向の曲げに着目した坊合ベロ

ーズと等価な剛性を有する平板の仮厚 t事は次式で求められ

t = ( 1 2 ~ b y (4)

ベローズの板厚20 (山高さ 801111) 25開(山高さ 70 RllI )に対し各々 4 9 4 6 JlIIで

ある但し Ibはベローズ 1ピッチの断面二次モーメントである従って Case2 4では

l区内リング板惇が 70でそのポロイダ Jレ方向の曲げ同1]性がベローズのそれより大きいため

ベローズ中央部の変位が録大となる(第 35図に示すCase2の変位分布参照)一万Case

3 5ではP事肉リング板厚が 50lllでそのポロイタルj向の曲げ剛性はベローズのそれとほ

ぼ等しくなりベローズサポートの支持効果により厚肉リング端で変位が長大となる(第 36

図に示す Cafe 3の変位分布参照)

Case 1 ~ 5において応力強さの最大値は全てベローズ第 1山のトーラス t半径fi向長内周

A部に生じる真空力によりベローズに生じる応力はその発生原闘を次の 4つに分け忘れる

(j) 求心力による厚肉リングのトーラス主半径内側への変位によるものしかもこれは真空

容器支持アーム但りの回転成分を持つ

j)ベローズ(直交異方性板とl亭肉リングのポロイダル方向の剛性差から生じるポロイダ

Jレ断面の変形差から生じる相対変位

QiO ベローズの腹に働く真空力によるベローズの山の押しつぶしにより生ずるもの o

(v) ポロイダル断面での変形によるもの

t記(j) ~QIOgrave のうち(j) ~OiDは主にトロイダル方向の応力に QlOiポロイダル方向の応力に寄与

する本有限要素法解析によればベローズ第 1山に生じる応力はほとんどがトロイダル方向の

応力であるので (j) ~QiDによって生じる応力の槻算値を求めてその応力の発生原因を検討する

検討は最大の応力強さを生じるべローズ第 1山のA部に着目して行った o

(J)による応力は厚肉 Ijングによるベローズの強制圧織によって生じるものであるからI享肉

リングの熱伸びによりベロース1こ発生する応 tl1~顛似している従ってi享肉リングの熱伸び邑00 熱伸びによりベローズに生ずる応力 o真空力による厚肉リングの x方向変位量を Oとすると0)による応力 oは次式で求められる

O = OO O (5)

本有|現要素法解析による結果 Oと詳細設計における計算結果 O bull Oより第33表の結

果を得るJ3)

ODによる応力は弾性床上モデルで良い近似を得る事ができるベローズの曲げ剛性Dと等価

な剛性を有する板f分布ぱね定数kの床上で分布荷重 pを受ける場合板に生じる般大応力は

次式で示される

6 02 一一了一 M (6)

t~ b

-13-

J A E R I - M 8 0 1 7

ltn L M = - D a 2 A s i n h 0 s i n ft + D a 2 B cosh 0 cos

~fr) A = -apound 2T

D = b t i E

1 2 b w C 1 -lraquo )

A = -p s i n h ^ cos 0 + cosh s i n 0

k s i n h cosh 0 + s i n A cos 0

B = p cosh 0 sin A - sinh 0 cos A k sinh 0 cosh A + sin 0 cos A

r5bdquo raquo $ laquo bull raquo copy pound pound pound 3 3 laquoic-fo (Midi 5 JS A l i s 3 Ult (i)~(3)iUCfgtTJSpoundJftipoundcopyttEp(Cltfc5fiiiEJaicffli-3-5bdquo MP

^ t f E ( i raquo S T $ n 5 o

tf3 = _ ( h b w _ _ L ) + - A (7)

S3 3SC(i| SS^S( iyenWr- i i6en f teSfeSfH+TdUr5As iffiltplusmnifcR(fiampo - f t U l S o feffaOmO-to-X-cMi ( Case 1 ~ 3 ) lt a - XtDMLIZ frfr 6 jfcg

fflfflfpound4fij 0 C 5 l S laquo O o - M l i S B O J n - X - C l i ( Case 4 5 ) -pound copyff icrMtt f f lJtJn^amp^a -X f f l | | i c^^laquoKSic j ScopySBt t t t lSAI iraquos i 1 4 i c g a $ t i 6 A iSii^roiWttffl icDiiAnctij Agpw^i -W^ ) gt rlto h n -f ^ i a ]g f icopyApound i ^ raquo

(i)icjlaquojs)ltiaiin-rSo b^ fe copy ( - t S f E A l i ^ D - T r - e s s i s i j j i B i t l i - r ( D i e t s f t amp pound copy lt amp amp o t pound f t amp f t T - ( i raquo i t i t pound o amp B f i ) v r t ^ a - x f f l raquo l t t f f i - amp ^ i i T ( i i ) fcltfc4JEamppoundlaquoraquoKjlc0 t LT tgtJS t t l i S t i f i laquoF l - l i F t f t tOo U^LOiOiCt^fEA

- 1 4 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

f1し M=-D α2 A s i nh ft s i n ft + D α2 B cosh ft cos ft

α=(士)1パ

D= 1 2 bw ( 1 -12 )

b t~ E

αE ft=一一一一一

2τ

A = _ p s inh ft cos ft + cosh ft sin ft 一一

k sinh ft cosh β+ sin fi cos fi

B p cosh F s i n p-s lnh Fcos J7 2 一 一

k sinh ft cosh ft + sin ft cos ft

である数値計算の結果を第33表に示す

iDによる応力はまさしく(1)--(別式に示す応力変換式中の外圧 pによる補正項に相当する o 即

ち発生応力は次式で示される

(7)

数値計算の結果を第 33表に示す

第 33表には本有限要素法解析で求められた結果も併せて記しであるが両者は比較的良い

ー査をを示している仮厚20のベローズでは (Case 1--3)ベローズの腹にかかる真空

jJによるベローズの押しつぶしによって生じる局部的な応力が主であり次いで犀肉リングと

の相対変位により生じる応力が大きい一方板厚25開のベローズでは(Case 4 5 ) そ

の曲げ凶IJ性のt曽加からベローズの腹にかかる真空による局郎的な応力は約 14に軽減される

が逆にその剛性値の憎加により A部の様に厚肉リングのトロイダル方向変位の大きい部分

ではそれによるベローズの圧縮に起因する応力が主となる

この嫌にベローズの板厚を薄くするとQiDによる応力が急激に噌加し逆に板厚をl事くすれば

(1)による応力が僧加する o しかも Qij)による応力はベローズである限り避け得ず(j)による応

力も~在の機造及び支持条件では避け得ない為 ~事肉リングとベローズの剛性値を合わせて (ii)

による応力を鯉惣的に Oとし得ても応力依はある値以下には下げ得な Lしかしowによる応力

が 14になる事からポロイダル断面全体に渡って応力が軽減されるため奥空力に関する限り

仮I事25輔のベローズの方が当然の事乍ら有利である o

-14-

J A E R I - M 8 0 1 7

52 tzmmmj]

11) raquo laquo T f l

ampampbull(amp tl left amp Si JJMST tzmlt^tz-r igt9S pound 2 El ic- f ampcopy-ampbdquo ffl L n -f ^ f fnMftMcopyig^poundf tcopyHspoundrtlt l U i ^ c n ^ H ^ f t n 4 ^^yi(ijc3 6 odeg copyltfe$ raquot bfzo SJETMIJfcasAfflW^tiaittsaji ^ i i o deg -f ^jifimfsreg6 o gt

laquo S $ f t 4 S i 4 S i $ t a 8c-S $ pound fin 2 3 i a i c $ pound M i c ^ i m c ftftffijifiteictt t

i o T i f l J f t ^ 8 ^ 1 2 2 H 41 copy lt amp St l i k = k 2 = 4 0 o n ka = 2 0 ton

(2) l i i f t laquo ^ S ^ laquo t ^ 5 j copy S S ( i ^ copy ^ e i S t S f i S T 0 X--7CD^laquollCgpoundoTlaquo 3 5 laquo copy a 0 6

(2) (7K8)

laquo5 f f i C i fa U J tpound laquo 6 E f f l ^ t i S copy ( i C a s e B copy71 5 X-7 poundgt pound1 bull $- J ( 5 5 kA ) Hgt-JCase Acopy7deg7 lt 7 f 5 JtifffAHt C 4 5 k A ) Case Dcopy7deg v ^bull^rtfflJfBlaquoB C 2 4 ItA ) T-4 7 I tefc c - C 7 7 ^ 7 ( S a ) J i l i a ( n-laquot|=gt-f ^ copylaquolaquocia)Ss5fcregltt urtf-stsn-coSo laquoampcopyfSW-efeV7X^Mlaquofliiof ^a ifri-f n-copyamplaquoraquopoundbull a-fa-

- ttQftVkofctiMifrtcamp^xtt copy i f laquocopyte tlt ipoundpoundgt i f tk te eltltpoundf to A ^ c c t ^ S f l KSlaquoff ipoundcopyftt f iampyfrcopyregf fpoundfT ltgt tits c c t K U f t i R I

35 3 7 1sect1 A^b St a 9 El IC Case A B D Cfctt S $ laquolaquopoundcopy n 4 gt pound Id] ft pound flt Tlaquo M( i |cSlaquolti 5 1- deg 4 ^ ^ f a l amppound pound SIS 13 J ^^laquog(Cgt-iSlaquoSlaquoSlt ( laquo laquo S S - t r laquo gt copy a -f 2^fipoundT-0 ^ copy S i A f l t i Case A B D^S- 6 2 7 8 32 kA m t f c i Case ATMi ^ copy laquo laquo ( i a -f gtltamp fi ES5 l e t t pound W IC HJ qg J ^ - C l f t S i i ^ C D ~ E a i copy laquo laquo t S K l laquo O o Case B f l t laquo laquo copy t f - 9 tt I - - 7 x t ^amp f l f l l l cSFD ESSofcSfEffiKfiM lttt 5 Cf t lcS LCase D f C i Sic h - 7 pound

grtffliicgofclaquo-jiclaquos ti5Bc deg -lt ^^wfffiE~Ga5-eiiasip]copyslaquocopylaquon^

egtlaquoE^tlti^jgtii-3fcfcffltttao st31 oia^est312 0ic st37Ei^eSf 391a

copy laquo S a laquo E l c t t J S T 5 R S S i A O o ( raquo t St 31 OElfiCase AcopyltJ5tft bull C 0 l 2 7 k g e laquo copyEAAltK2gSlCff f f l1-5bdquo pound copy pound 6Slaquof f llaquolaquoElttCth-

- 1 5 -

jAERI-M 8017

52 鞍型電磁力

川解析モデル

鞍型屯総力に対する応 j解析にlいたモデルも第22図に不すものである mしポロイダ

ルIOiI討対称耐の犠界条件の設定が難しい為これを避ける為ポロイダ JレjliJに 36 00

の令周

モデルとした要紫分割lも真空力の嶋合ι と[jjjじであるがやはりポロイダル jJ向は倍の 60分

割としている

続界条件を第 34表に示す鞍型Ii依力は第 23図に機式的に示す傑に対称備造物に対し

て逆対称荷電が作用することから境界条件としては逆対称条件を与える o 更に真空手日告は

E正常得器支持アーム以外に動荷電に対して支持効果のある鞍型電依力用ダッシュポットに

よって支持される従って第22図中のパネ定数は k1 = k 2 = 4 0 bull on 1畑 ka = 2 0 tOn

1111と与える

121 荷重条件

真空容器を流れる渦電流はその誘起原因となるプラズ 7 の挙動に従って第 35表の通り 6J21 _ ~ _ _ bull _ CU81

つの場合に分頴され石渦電流は各場合について詳細に検討されておりループ電流と鞍型電

流とにわけでその録大依を第 36表の様にまとめられる

鞍型電流に着目した湯合電流f直が最大となるのは CaseBのプラズ7 立ち上げ不着火時で

あり(5 5 kA ) 次いでCaseAのプラズ 7 立ち上げ着火時(4 5 k A ) bull Case Dのプラ

ズ7 内側消滅時(24 k A )であどなおここでプラズ 7 消滅時にはポロイダル磁湯コイ Jレ

の遮厳効果があるものとして計算されている以後の解析でもプラズ 7 消滅時はポロイダJレ磁

場コイルの遮蔽効果を考慮する

一方氏宅待器の応力解析においてはその荷重の絶対値とともに分布も重要な意味を持つ

からここで勝型電流鞍型電磁力の絶対値及び分布の検討を行うなおここで取り扱う鞍型

電流値は省限要素回路Jllこよりその値が最大となる時刻のものを取り扱う o

第 37図から第39闘にCase A B Dにおける鞍型電流のポロイダル方向分布を示す o

値は鞍型電流備がトロイダル方向で優大となる厚肉リング端における鞍型電流電流密度で表

示)のポロイダル成分でありその長大値はCase A B Dで各々 627832

kAm てある CaseAではその最大値はポロイダル断面E部に生じ全体的に可成り均

一に流れるが特に DE部の電流密度が高い CaseBでは電流分布のピークはトーラス

主半径内側に寄り E部の電流密度は小さくなるこれに対しCaseDでは更にトーラス主

半径内側に寄った分布になると同時にポロイダル断面 E-G部では逆方向の電流の流れがあ

る事がわかる

第 37凶から第 39図に示した鞍型電流のポロイダル成分とトロイダル依嶋との相互作用に

より生じる鞍型電磁力は トロイダル級編の強さがトーラス主半径方向長さに逆比例する事か

ら電流分布とは多少異ったものとなる第31 0図から第 312図に第 37図から第 39凶

の鞍型電流に対応する鞍型電織力のポロイダJレ分布を示す第 310図は CaseAの荷重分布

であり最大約27kgar の圧力が真空容器に作用するこの湯合鞍型電流の電流値に比べ

て街重が小さい事荷重分布がポロイダル断面の広い領域でほぼ均ーである事特にポロイダ

同

hu

A

J AEfi I - M 8 0 1 7

uTrrfri D~Ei$tr fc 2 5Kgci2 i l o i 1 V$gt S I 5 laquo laquo a t sect laquo laquo fc SEIC-tfclaquoic

laquogflaquolaquolaquogtj(iD-f nTr [6i t i Ppoundr-igiS]copyi Utfffflt5ffltHJ4laquo

Hli-TSi Ff-tf-KlirtfE^fNfl Lr O 5 C i icy 3 bdquo $ i i liaiiCase B copy reg It gt Ar-

0ampift 4 7kgtrade2 ffl3rofEjgtltf|fl-r3o Case B itltX copysectpoundbullcopy ramp A copylt ltJU- J x

euroraquoffieuro5gtt(i I- - 7 t^grtfflClg ^fcfccopyr 3o reg 3 1 2g|Cjlt-f Case Dcopyffilttt

bullfill ift^ft 20kgrf -c ampog d l--7 t l - a r t f f l c S i t t t f t i t i J i i t c 85 3

Wti ElaquoSgtJffl I- deg -f 2^j fa copycopy-laquoamp 3 3 1 3 i t j i t cn(i^glaquoA^i a -f

^tSrlffifir-ftA i iSjS ( S a 1 0 l ) ^ 3 1 2|g|ilaquot ) copy I- o 4 Ji|ii]gtT-0

-5 bull -X^flElgJ tb - b w

= - mdash (8) 17-ft V ^^ f f iW f r - p

t b ^ o - x -amp W-

t r IPS J x i f

b w ^ n - x j - x i

p s a - X tdeg v -f

Jil hCase 1CIWLT Case A B D CjtSSilt (CfEffi 1 bull5^laquolaquolaquoa copyJfcifcK-m fc

A Case 2 - 5 C I LTliCase D OitWampft J raquo $ 3 1 4 l i - x 1 ~ 5 (Cfc o r 7 7

fi iff l-rso (3) ^ W B i S amp y amp n Case 1 Kfctf Case A BamptfDffllaquotffpoundpoundpoundpound 3 1 5 BlAgtpound9S a 1 7 iaic^-f bdquo $ 3

1 5|21(i Case Al-fctt bull5poundfficopymdash0HT 0 llCfi J y3gaffly - z |5]poundft t p t

fittings 3 i oKiic^-rlaquoii n -f -iraquofifiD~FarfcsrfiEot^ifampacrtEcturii - lt o - x bull + - h copypoundamp) ttopound^ampampSCifi-tfn 4 ^raquoTiBillaquoia5r- liaftO 8im

T-S5 SI 3 1 6taii|E3 tlt Case B C f U S I f i J ^aSa5copyy - z filffiffi Jgtlaquo-^1 =

Case BtMiJBa l 1123 ic if to lt ffi ft I-- 7 i ^ g ^ f J f c s rgtr o6 tab ampk poundGifco 4 OHBrffiB~C amppoundpoundamppoundbdquo ftfifilt) 0 8r5o reg a 1 7iaic-f Case

Dr-iilfsa l 2B|-e-fcfl6icltglaquobulllaquoD 4 ^nSrEi ( laquo(iF ) ^ r t r - felfits fc poundffife|q|copylaquo|6] pound fipoundltft(i ogtf ^laquofBBg|5r4Ulaquo0 4laquomrpound3laquos I ^ f S

pound L t f f t Ult ttoffifl- Krpoundbdquo

ftlC Case 1 icrl 5 Case A BamptfD copyIS Atf-tfJffl-tfl laquobull 3 1 aeHfriffi 3 2 0 |pound|

-16-

JAERI-M 8017

ル lfruacuteriD~E 部でも 25 Kg棚2 程度の街電がある事等が特徴であるなお既に述べた織に

鞍型電織力はポロイダル断凶i1-半分と下半分で逆方向の力として作用するので凶中上半分が外

Hとすると下半分には内圧が作用していることになる第 31 1凶は CaseB O)flj i立分fjであ

り最大約 47同cnf 相当の[E力が作用する CaseBは全ての翁合の中で妓大のがI棋を与え

その荷電分布はトーラス主半径内側~に 1踊ったものである第 3目 1 2 図に Icircj~ す Case Dの荷電分

布lt長大が)2 0kg四F であり更にトーラス主半径内側~に寄った分布となるとともに第 3目

9凶にぶした電流分布に従いポロイダ Jレ断 I剖仁(或は下)半分内でも街 t立のjIIJが逆転する

という特徴を宿する

続型電儲力のトロイダ Jレ方向の分布の一例を第 31 3図に )Jyenすこれは鞍yen註他力がポロイ

ダル断而内で録大となる点(第31 0図から第 312図参照)のトロイダJレJjItJ]分市であり

N肉リング部ベローズ部内でほぼ直線的に変化するベローズ部にはI享肉リング部に対し

ベローズ等価板l寧 tb bull bw

厚肉リング板厚 t r bull P

の割合で鞍型電流が流れそれに相当する電依力が作用1る但しここで

tb ベローズ依厚

t r 事肉リング板厚

bw ベローズガース長

レ ベローズピフチ

である

日)

以 rCase 1に倒して Case A B Dに真空等法に作用する鞍塑電舷力の検討を行った

がCase 2 ~ 5に関しては CaseDの計算を行う第 31 4 図にケース 1~5 においてプラ

ズ7 内側消滅時に真空湾総に作用する鞍型電依力のトロイダル方向分布をぷすこれはポロイ

ダル断面で綾大となる点におけるトロイダル方向の分布でありポロイダ Jレ断面の分布 jl~ は第

31 2凶と l司織の傾向を示す厚肉リングベローズともにその板厚にほぼ比例したU極力が

作用する

(3) 解析結果及び検討

Case 1における CaseA B及びDの解析結果を第 315図から第 31 7凶に司王す第 3

1 5図は Case Aにおける変位分布の-1911であり厚肉リング端部の y-z方向変位を示す

街虚が第 31 0 凶に示す様にポロイダル断面 D~F部でも司成り大きい事及び内圧に対しては

ベローズサポートの支持効果がない事から最大変位はポロイダル断面直線部で生じ約 O目 81111

である第 31 6凶は同じく CaseBにおける厚肉リング端部の y-zj向変位分布を示す

Case Bでは第31 1 凶に示す如く街重分布がトーラス主半径中心側~に偏っているため長大

変位もポロイダル断面 B~C 部に生じる般大値は約 081111である第3 1 7凶に示す Case

Dでは第31 2凶でみた織に荷重分布がポロイダル断面上或は下)半分内でも逆転するため

変位も問機の傾向を示す展大変位はポロイダル断面B部で生じ約 04帽であるが真空容器

として好ましくない変形モードである

次に Case 1における CaseA BampぴDの応力分布の-1Jを第 318凶から第 320凶

-16-

J A E R I - M 8 0 1 7

CTN-TO ffili^n -X 1 1J4 copy ill g|S copy (S pound laquo pound laquo bull T L t l ^ Case A-e i i o -f ^laquofifiB S laquo ^ D 9 i i gt i ) t A ^ i g A ^ 4 i 5 i ^ (CSS 3 1 5 12 Tr^ L t l ^ g f i f f l t t 6 n -f gtHSflffilIraquoSB ( $ 3 1 5 S - C F ) - r jE^felaquogt^ ltft 6 4kg ra 2 T 5 o Ct l l f t ) ^ 5 laquo i c K S S ( a ^ E t Urfff f l -TSiS^^D - X bull bull - bcopypound)laquoftf igtpound lt laquo5 fiOampmiCfitfo-CampZW rtEiUTfffflt51i-amp ^ n - X - + - K i 4 lt poundftfflregJ-pound-SfcSt t t bullgtgt D ^ ^^laquoTifiiBlaquo6gBic^ittJBA)^-rsBIS6ttAlaquo-5o 95 31 9g|(c (iCase Bcopy0raquoJ-pound--r bdquo JS^Jreg $ U R~~C8bXamp t U Oft 1 0 9 kgra 2 r-amp6tf Case AlsJlaquo - D - X bull - - hcopypoundft$ampScopyteodeg-lt ^^ilaquofifigt-)i^r-iifeSaWii^laquoftvA 1 4 - i t 3 2 OElCfiCase DcopylE 3 pound - f bdquo S x t e C a s e B H laquo tf o 4 -S JU laquofEB~Ca5(C4 D ft 4 7 kglaquoui2 - C $ 5

HiifflCase 1 (CBSf 5 B f f g S ^ 3 7 a i d 4 pound J6 5 bdquo ttJ C d(C(i Case C copyfStFrSS

flJICCase l ~ 5 0 raquo laquo f e a i a 8 g C J i ) 8 0 C tilt Case D (Cfctf i i ^ f i amp t f J S T J pound 3 ifcffltrgt5o I S 8 S f f l laquo S t c M L a f plusmn t icifcfll L T ig JD t 5 a raquoJ ttftfctfist3 cjt^j L r t i a r s ^ regiffliia]ic ttijlaquoKW(c(ii6iplusmn-rs^ ^ n - x -

ilfft u ycopyaUiHiittcopyApound lt g S laquopoundampcopylaquopoundbulllaquobull te copy)ltpound deg 4 raquoltampamp

ftCKHSffiSAFB- bullgtraquo bull - hcopyampftpoundfT -5o S 3 9 SIC S 3 7 g e t ttitzampmfT

T-xicav6iampmmmtimbullgt bullgt bull raquo b amp t f K s ^ i S j c f t T - A copy ^ ^ ^ ^ raquo c C f g A F i F 2 F 3 lag- S ^ 2regffllftaki k 2 k 3 ICMSS UC OS bdquo dftampgtpound ) ^ 5 laquo C K A copy I J i A i ( i S g S S ) f T - A T - S i t f t e copy g | pound f i Case A B C D T - amp 6 9 7 7 9 2 9 i X-amp6 e ampIC = X-7ffllaquo9 ( Case C D ) (i 1-copy poundft ampraquo(amp A poundft 0bdquo tiz 7 ^ 7 f J i f S ( Case A B ) t U O ~ 8 0 laquo ( i

MSlaquosect3 f tT-AT-pound tT05igt^-5o C reg S (C bullgt = bull raquo h poundJR 9 lampOT 4gtSlaquo 9 l l raquo ^ i bull | f i l i i ^ ) | ^ ^ f a i O S S a 2 1 a 2 2 g | C Case B D i o O X(Tgt -J gts bull h AlaquoSS|pound-gtttOifpoundffllBtffi|poundSpound^-f o S 3 1 O S t t ^ i - T S S ^ j S laquoSlaquo-t tlaquoLfc)copy-ejjampA^|Et) |St tOraquoAlaquot)^So X t o - X f f l O j copy pound pound bullamplaquobull l t a 2 1 32 2 0 ^ e f e ^ $ f a i 9 3 2 0 fc3 lth (i fli Alt T ft 5 ampupoundSt M f t i t )gt5 laquo pound ^ r ttflUffl-1- H^copysiBSfflAssci iBe)nro4iflaquo-laquo-rat

53 JC^FFffi

(I) 7 ^ v t S 5 Omseclaquo F elaquo i poundbfc i^oKSS^^copyeuroiS^ J T - 6 0 -e i i 7 XTmiampteifeampTp It 5 Omser gt L T pound T copyiamptt-S-fr- T OS

Tp K l l i t e a W l C ^ S t S t t e ^ 7 ^ 7 laquo laquo 4 5 0 msec i J l l laquo S 7 J B laquo t laquo

- 1 7 -

)AERI-M 8017

に示す o 値はベローズ第 1山の山部の応力強さを示している CaseAではポロイダル断面 B

部から D郎にかけて大きな応力を生じるが刊に第 31 5図で示した録大変位の生じるポロイ

ダル断l飼直線部(第 31 5図で下半分)で応力も設も大きく約 64Iltg1Il1llであるこれから

わかる様に鞍型電依力が外圧として作用する場合ベローズサポートの支持効果は大きく応

力の緩和に有効であるが内圧として作用する場合ベローズサポートは全く支持の役割lを

巣たさないためポロイダル断面l直線部に大きな応力が発生する可能性がある第 319凶に

はCaseB の例告示す応力強さは B~C郎で媛大となり約 109kgmlll であるが Case

A問機ベローズサポートの支持効果のないポロイダ Jレ蛎面下分では全般的に大きな応力

値を示す o 第 320図には CaseDの応力強さ分布を示す最大は CaseB問機ポロイダJレ

断面 B~C部に生じ約 4 7 Igl7IIである

以上の Case1に関する解析結果を第 37表にまとめるなおここには CaseCの解析結

果も併せて示しであるがその荷重変位及び応力の分布はCaseDとほぼ同機である

次にCase 1 ~ 5の解析結果を第38表にまとめるこれは CnseDにおける最大変位及び

応力をまとめたものである真空宇手器の板厚 tに対し電依力は tに比例して熔加するが同IJ

性信もほぼ t3 に比例して増加するため板厚の僧加により強度的には向上するがベローズ

とI手肉リングの様に剛性の大きく異る繕造物の複合体ではその相対的なポロイダル断面変形

差が発生応力の支配的な要因であるため一概に板厚の増加が強度的に好ましいとは云えない

本パラメータの範闘ではケース 1に次いでケース 3が発生応力が小さい

次に鞍型竜織力用ダッシ a ポットの検討を行う第 39表に第 37表にまとめた各解析

ケースにおける鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アムの支持反力を示すこ

こで反力 Fl bull F bull F3 は各々第22図のぱね k1 bull k bull k3 に対応しているこれから

わかる織に反力のほとんどは真空容器支持アームで受け持ちその割合は Case A B

C Dで各々 6977 92 94である特にプラズ 7 消滅時 CCase C D )はそ

の街重分布の影響により変位分布はダッシュポット部で変幽点を有する為ダッシ 1 ポッ

トの支持効果は殆んどないまたプラズ 7 立ち上げ時 CCaseAB)でも 70 ~8 0必は

真空容器支持アームで支えている事がわかるこの様にダッシ a ポットを取り除いても強度

的に殆んど影響ないと考えられる第31 0表第 321 322図に Case B Dについ

てのダッシュポットがある局合とない場合の解析結果を示す第 310表は発生する重量大応

力強さを比較したもので殆んど変化がない事がわかる又ベローズ第 1山の応力強さ分布を

示した第 321322図からも多少第 319320図とは分布がずれるが殆んど変化

がな事がわかる従って計測用ポート等の設置空間が非常に限られている事を符慮すると

装置の総合性能としてはダッシ a ポットは取り除いた方が有利と恩われる

55 応力評価

(9) (1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した揚合の真空容器への電磁力

JT-60ではプラズ7 消滅時定数 p は 5 0 mseそして全ての設計を行っているが

p には物理的に不纏定な要素が強 ~o プラズ7電流が 5 0 msecより短い時定数で消滅する

-17-

J A E R I - M 8 0 1 7

mamp ltbull Case C f t t D ) laquo t t laquo ^ b t S i t _fc i tgtZ eurolaquopound gtltlaquoS^ts Cftffl bull- 5 ygt 8i tOia^t tlaquo-Ma-5BlHlt tlaquoc bull- r p lt 5 0msec copylaquo-amp HP r p = 1 0msec l m s e c 1 0 0isec 1 0 seccopy 4 ^ - x IC o O T B tff fr rgt t bdquo

f 1 2 3 0 I C Case C C f e O t 7deg 7 ^euroflpoundfls 5 0 msec laquo7tBlaquoS L t i ^ C l S S g claquotnSlaquo5eurolaquoitsy^-7euroiitfflgAft-r= ccr-ydegy -x^mm i p = 2 7 M A x-v pound ^ i R = 3 0 3 m W l a =0 9 5 m - C 0 o gtf ^laquo i f t a 4 ^ copy jiffi K Si pound amp pound r 5 o iJtii|SB5g[5]ampamp-c- gt(i h^^[e]SS^r-MffTofc =

KlSf lEKBBLTtt r p = 5 0 msec X 1 1 k A t S 0 T p = 1 msec laquo FC(i(5ltS mdash 5pound 0 4 5 k A T raquo J t c ^ - 7 deg laquo laquo t ( i r p = 5 0msec 7 9 kA t laquo c i M L r p

A5Jx$ 0 pound i l $ I C J i L r p = 1 0 Itsec t 2 6 5 M A t - U H ^ 7 x T i S f t ^ f f l f Si

fj 3 2 4HlC( i If 3 2 3llCf UtfgS lf i i t - ~ 7deglaquoSit pound pound M - ( 9~^Oi n ltf

16] o 4 ^JU^IB] copyamp( laquo + S 3 1 2 0 S t f | U 3 0ltt(3l2|E3laquoi-cltfeSo

K^JIC plusmn 0 ^ 4 - T 5 S ^ ) E J 3 ( i T p = 1 msec tXit TpregmP t t fe icmimt 5 tlt r p

= 1 msec J i l T - C l i l i l J - g t ) jft l 3 kgtrade 2 -tSbdquo mdashA ^ -7 l )5Klaquo(a^ (C J 0 fgpound-f S i S ^ f i T p copypoundpound(pound Hit to U r p = 1 0 s e c fift 8 kgms2 t ft 6 bdquo

(21 JB^iFffi 3 1 3 2Jkamp 3 3(l)copyByen$FffeHCgpound J T - 6 0 copy i O S i l O J S A i F laquo pound ASME Sec bull

inicWbTff-o ftmmtk urn m^sti mmnvammti raquomdashfnmmamptiampumft ltgt ^ e f H ^^^isiosiftKJSicis^D - x copy E laquo ^ 5 bdquo c ctffl= S(i-f t ic ipoundfi - R t S H raquo S 1 - 5 o Code Case 1 3 3 1 - 8 Claquotn( f 0 3 J 6 2 5 f f l S m l (i

S m = 1 8 3 kgraquom2 ( a t 4 0 0 C J

P m + P b - 1 - 5 S m = 2 74kgrf

P m + P b + Q - 3 S m = 5 49kglaquoti

Tfe-S o d C C P m laquo amp raquo lt P b f f l t f JSlaquo3 Q - amp J E laquo

^o-x^iOjr-feSo - 1 8 -

]AERI-M 8017

湯合(Case C及び D)現仕織から求まる値を上まわる電織力が真空容器に作用するため

装置の健全性を損ねる可能性がある C そこで pく 50 msec の場合即ち τp= 10mョec

lmsec 1 0 0μsec 1 0μsecの4ケースについて解析を行った o

第323凶に Case Cにおいてプラズマ電流が 50 mscc以下で消滅した揚合に真空容器

に流れる鞍型電流及びループ電流の長大値を示すここでプラズ 7 電流 Ip=27MA プラ

ズ7 主半径 R=303m面IJ半径 a=O95mでありポロイダル篠原コイルの遮蔽効果も含

めである前者は有限要素回路法で後者はトカ 7 ク回路論で解析を行った o

鞍型電流に関しては p=50msec で 1L kAであり p = 1 msec以下ではほぼ一定

であり 45kAである o まt)レープ電流は n = 5 0 msec 7 9 kA であるのに対し ~lIlloCh t p

が小さいと急激に上昇し τp= 1 0μsec で265MAでほぼプラズ 7 電流相当の電流が

真空審器に流れる

第 324図には第 323図に示した鞍型電流 )レープ電流と各々トロイダ Jレ依場ポロイ

ダJレ依場との相互作用により真空写器に働く電舷力の長大値を示す線型電縫力のトロイダ 1レ

方IIJ]ポロイダJレ方向の分布は各々第31 2図及び第 313図とほぼ同線である

またこれらの電磁力によって真空容器に発生する俵大応力を第 325図に示す鞍塑電流

電磁力により発生する霞大応力は p=lmsecまでは pの減少とともに増加するが p

= 1 msec以下ではほぼ一定であり約 13kgJl1II2である -jj )レープ電流電依刀により

発生する応力は p の減少に伴い場加し p = 1 0μsec で約 8kg1II11l2 である

(2) 応力評価

31 32及び 33([)の解析結果に基き J T-60の真空雰器の応力評価を ASME Sec

Eに準じて行う作用荷重としては真空力鞍型電流電磁力 )レープ電流電総力及び厚肉リ

ングのトロイダ Jレ方向の熱膨張によるベローズの圧縮を考えるここで前三者は一次『力に

後者は二次応力に分類する CodeCase 1 3 3 1 -8によればインコ不 Jレ625のSm値

は

Sm = 1 83 kgIII1112 (at4000

CJ

であるから一次及び二次応力に対する詐容応力強さは

Pm+P b lt 15 Sm=2 74kglI11I

Pm+P b +Qlt 3 Sm=5 49kιPr

であるここで

である

Pm )漢応力強さ

Pb 曲げ応力強さ

Q 二次応力強さ

第 311表に各ケースにおける最大応力強さを生じる要素に対する応力評価をまとめる

ここで震大応力強さ 4主じる要素は第31 1表中に図示しである様にポロイダル断面B部の

ベローズ第 1山である

-18-

J A E R I - M 8 0 1 7

77X^mmregfcampTp Alt5 0 msec t 6 tpound h If M A i b t l iCase BAsg^TiampO Case 1 4 amptf 5AltASME copyfFSiSftSi pound pound FB pound deg lt o - XcopylaquoWAlt pound 5laquowfflfl|-sect- -RfSA^tfcRWfS ltffljtegtn laquoamp(amp laquoamp Ci5f f l i SL ^ o - x copyIS w 2 o laquoraquo copy

l2-f tKAc t tUTt tRWampffiraquoltpoundyenpoundt t s t -^Elcopy y-^laquofflrtCli ^ o - x copy l I laquo ^ O J 4 i S S W C t l f 5 f j ) laquo M ^ - J lift (I ycopyffilyen(plusmn -^Blcopy- -ampmftxttnmmkiamptiregzicmmamp5-z-tpound^fwfrfr6o

n pound ^ e gt ssWciiSfcWiJ-elaquoA S B raquoft J y laquo l B 4 ^ u o - i 6 oraquoraquocopy

iKJi 4 n ss$ijaimcopyigBx--x^$ij^ i n ^ S39so8S4^wgtlaquo

isregscopy^iciatAtgs^4x^^s ttfliJM- (-^copysmuffl stiffslttlaquoo

r pAlaquo50msec ltfc 0 ffioJgampli ftlaquoW pound LT Case 1 SO 5 ICoOT r p = 1 msec 1 0tisec copy^copyJS^fFffiampfrofco r D A lmsec KITTr 5 ltt lamp A ltt L t f Case

(7) c i ic i i5 c cx-mmm i- A^SSSHcopylaquoamplaquo igtfc eii^31 1 g ic t t^ t iT l^A dna^fc^SfiM r p = 1 msec^tKJCaselT-littSfSAreg S^ffi^lcT regSAlaquo Case 5 Cli Cftpound_t|5] 6 bdquo Lfr U T p iUmsec I S H F C i S i I 5 S S C - ^laquoEreg8B a WfticfcttSLW poundbullgt Sffleurol8AlaquolaquottJfc-eK3g3secticftffl-f s i iBa7gtilc-poundttlZmraquopoundntiStamp t Case 1 ICJsOT gt r p = 1 msec XisectH-t

-19-

J A E R 1 -M 8 01 7

プラズ7 消滅時定数 τpが 50 rnsecであるならば電舷力としては CaseBが最大であり

Case 1 bull 4及び 5がASME の許容応力強さを下回るベローズの板厚が25 mmの湯合一

次応力を比較的低く抑えられるが二次応力が大きくなるのに対しベローズの板厚が 20mmの

場合は二次応力は小さいが一次応力が比較的高くなるという傾向を示す許容応力強さから

は二次応力に対して比較的余俗がある事を考えると今回のバラメータ範囲内ではベローズ

の板厚が大きい方が強度的に有利である事がわかる一方厚肉リングの板厚は今回のパラ

メータ範囲内ではそれ程最大応力強さに影響を与えない事がわかる

厚肉リング補強リプは鞍型電流の電流値に効く実際の板厚を贈す事なく等価剛性を上げら

れ長から強度的には非常に有利であるが反面厚肉リング外表面から 100160闘の

高さを有し厚肉 11ングとトロイダル儀場コイルの聞の空間の多くを占有するためポロイダ

Jレ飯場コイル混度制御層等の設置スペースを制約してしまう第 39表の結果からわかる様

に備強リプを取り除いた場合でも許容応力を下回るため装置全体の設計を考えた場合補

強リプは取り除いた方が有利と考えられる

また鞍型電儀力用のダッシ 2 ポットはそれを取り除いても発生する震大応力強さ及び

応力強さの分布にほとんど影響を与えない為計調ij用ポート等への空間利用を考慮すると取り

除いた方が有利である

pが 50 msec より短い場合は代表例として Case1及び 5について τP 1 msec

1 0μsecの湯合の応力評価を行った nが 1msec 以下であると電磁力としてはrase(7)

Cが録大となるここで電流値はトカマタ回路論の値を用いた結果は第 311表にまとめり

れているがこれからわかる織に p=lmsecであれ」まCase1では許容応力強さを僅かに下

回るが Case5 ではこれを上回るしかし pが 1rnsec程度以下になると真空容器に

誘起されるループ電流がMAのオーダーとなるため第 39表に分類した鞍1電流電磁力ル

ープ電流電磁力以外にも無視し得ない大きさの電磁力が様々な形で真空容器に作用する i~計算及びモデノレに含まれる誤差を考慮するとCase 1においても p= 1 msecでも発生す

る最大応力強さは許容応力強さを上回る可能性があると思われる

一19ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Table a 1 laquo pound t t ( U S ) Boundary X y z e

X e y e z

O-P-Q 1 0 0 0 I 1 O-R 0 I 0 1 0 1 Q-T 0 l 0 1 0 1 R-S-T 1 0

0 0 I 1

O-T a re shown in F ig A-1 0Free 1Fixed

Table 1 2 g pound f C ltfc SJSPflfpound$

Case 6max ( m m ) a max (kgmm^)

Case x y z

a max (kgmm^)

1 13 -17 27 126

2 -14 -19 -36 130 3 bull 27 -35 -63 172 4 - 4 -19 -35 84 5 -27 -35 -63 129

Table 33 K pound ts Id X 6 ISA-W BBS^ffi ic J 3 pound ltt B W raquoikK

2 (kgmm )

Case al deg2 deg3 deg l + 0 2 + a 3 degt 1 08 16 79 103 112 2 09 14 79 102 125 3 18 33 79 130 165 4 25 13 22 60 79 5 48 38 22 108 123

a Stress in toroidal direction computed by FEM

-20-

JAERI-M 8017

Table 3 1 境界条件(真空カ)

Boundary x y z 日 o y

x z

O-P-Q l o l l

O-R O 1 l O 1

Q-T o l 1 l

R-S-T 1 l l

O-T are shown in FigA-1 OFree 1Fixed

Ta b 1 e 3 2 真空力による応力解析結果

Case 占max (mm) maxx Y z (kgmm2)

1 13 -1 7 27 126

2 -14 -1 9 -36 130

3 27 -35 -63 172

4 ー4 -19 -35 8~

5 -27 -35 -63 129

Table 33 真空力による応力一有限要素法による結果と解析解の比較

Case

1

2

3

4

5

kqmn2

01

O2 3 01+ロ2+

03 t08 16 79 103 112

09 14 79 102 125

18 33 79 130 165

25 13 22 60 79

48 38 22 108 123

O~ Stress in toroida1 direc~ion computed by FEM

-20-

J A E R I - M 0 1 7

Table 34 $ amp t t (ScSffiflBfl) Boundary X y z 9 X e y 6 z

O-P-Q 0 l 1 1 0 0

R - S - T 0 l 1 1 0 0

O-T are shown in FigA-1 0Free 1Fixed

Table 35 K S S i s C euro ffi laquo SiE n laquo sectpound raquo pound i 6

Case Plasma Behav io r

A C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s g e n e r a t e d )

B C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s n o t g e n e r a t e d )

C C u r r e n t shu t -down p h a s e

( w i t h o u t d i s p l a c e m e n t )

D C u r r e n t shu t -down p h a s e

(wi th inward d i s p l a c e m e n t )

E N e g a t i v e s p i k e

F P o s i t i v e s p i k e

Table a 6 gffiggicjKnsi-TfcaiE copyn^ffi^s^tt

Case A B C D E

T (msec) - - 50 1 0 0 1 50 1 0 0 1 - -Max l o o p c u r r e n t (kA) 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

607

1471

Max s a d d l e shyl i k e c u r r e n t (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

25 51

v

n mdash 3 k v

raquo By Tokarook Circuit theory

-21-

Case

A

B

C

D

E

F

JAERI-M 017

Table34 境界条件(鞍型電磁力)

Boundary

O-P-Q

R-S-T

O-T are shown in FigA-l OFree lFixed

Table 35 真空容器に電流が流れる場合の定義

Plasma Behavior

Current build-up phase

(plasma current is generated)

Current build-up phase

(plasma current is not generated)

Current shut-down phase

(without displacement)

Current shut-down phase

(1iI th inward diplacement)

Negative spike

Positive spike

Table 36 真空容器に流れるループ電流鞍型電流の最大値

Case 且 B c D

τp (msec) 50 1 001 50 1 001

Max 1ロロPtkA current (kAI 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

Max sadd1e-1ike current (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

L

vns3kv By ⑦okamak Circuit theory

-21ー

E

合

1471607

51 食合25

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 37 K i t i S l C J S l S A S S r i i (Case 1)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

A 25 032 083 64 B 46 -060 -084 109 C 13 -019 -030 31 D 21 -030 -046 47

T a b l e 1 8 regleuroffiKLJSJEA(SyenlaquoTife- ( C a s e D)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

1 21 -030 -046 47 2 22 -032 -049 54 3 21 -031 -047 50 4 19 -030 -046 60 5 18 -029 ^-044 56

JAERI-M 8017

Table 37 鞍型電磁力による応力解析結果 (Case 1)

Case Omax

(mm) ロmax

x Y z (kgmm2)

A 25 032 083 64

B 46 -060 -084 109

C 13 ー019 ー030 31

D 21 ー030 -046 47

Table 38 鞍型電磁力による応力解析結果 (CaseD)

Case 占max (mm) c max

x Y z (kgmm2)

1 21 -030 -046 47

2 22 -032 ー049 54

3 21 -031 -047 50

4 19 -030 -046 60

5 18 -029 -044 56

-22-

J A E R I - M 8 0 1 7

Table 39 R I I 8 A S raquo gt - bull 5 h R t f S S I i ^ T - A raquopoundf tK ( ton )

Case Dash-pot Vacuum vessel support arm Case Upper Lower Upper Lower

Case

F l Fl- F 2 F 3 F 2 F 3 A 111 -119 -197 56 -203 62 B 96 -102 -302 20 -307 -27 C -07 07 -62 -20 -61 18 D -09 08 -98 -27 -98 25 B -325 37 -333 -48

-96 -29 -96 26

w i t h o u t d a s h - p o t

Table a i O IT y bullgt= y ^ t t l gt l ^ laquo ) I laquo f S S

Case 2 a (kgmm ) max ^ Case With dash-pot

Without dash-pot

B 109 108 D 47 49

JAERI-M 8017

Table39 鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アームの支持反力

( ton )

Case oash-pot Vacuum vesse1 support arm

Upper Lower Upper Lower

F1 F1 F

2 F3 F2 F3

A 111 -119 -197 56 -203 62

B 96 -102 -302 20 -307 -27

C -07 07 -62 -20 -61 18

D ー09 08 -98 -27 -98 25

B -325 37 -333 -48

D 由 96 -29 -96 26

without dash-pot

Ta b I e 3 1 0 ダッシュポットのない場合の解析結果

Case max (kgmm2)

With Without

dash-pot dash-pot

B 109 108

D 47 49

-23-

Table a 1 1 ampjjm

2 (kgmm )

Case degv degs deg1 degt m b m b P (msec)

Case degv Isadl (kA)

loop (kA)

degt m b m b P (msec)

i-t 94 55 107 420 13 9 214 306 50 i-t 94 62 121 1190 37

9

252 344 1

i-t 94

65 126 2660 83

9

303 395 001 2 104 75 143 420 44 90 291 381 50 3 126 62 118 420 53 90 297 387 50 4 56 75 143 420 24 267 223 490 50 5 78 62 118 420 33 267 229 496 50 78

70 133 1190 93

267 304 571 1

78

73 139 2660 207

267

424 691 001

obdquo Stress by vacuum pressure 0 Stress by saddle-like eddy current o-i Stress by loop current a Stress by thermal expansion of rigid ring

応力評価Tab I e 3 1 1

十『〉回国国

lginfin

白

戸

叶

今

(kgmm) 戸ー

Case Ov Os 01 Ot Pm+Pb Pm+Pb+Q

Isadli IloAo p (msec (kA) (k

l 94 55 107 420 13 9 214 306 50

62 121 1190 37 252 344 1

65 126 2660 83 303 395 001

2 104 75 143 420 44 90 291 381 50

3 126 62 118 420 53 90 297 387 50

4 56 75 143 420 24 267 223 490 50

5 78 62 118 420 33 267 229 496 50

70 133 1190 93 304 571 1

73 139 2660 207 424 691 001

INAP--

v Stress by vacuum pressure

05 Stress by sadd1e-1ike eddy current

Ot Stress by therma1 expansion of rigid ring

01 Stress by loop current

J A E R I - M 8 0 1 7

TJinnniwK

(Case 1 reg0H V 4 1 )

MWWJUUK -i

Fig3 2 Kpoundtcltfc3 t fo4 ^ B f B ^ f i raquo (Case 1 IJfiJ y^ f f l )

t nnnnnrmnik

Figa 3 J I S I C j S n f ^ B r f f i g f t t t f t (Case 1 ^ D - X 4 1 )

-25 -

JAERI-M 8017

叩MMIyenJyenJt

tmm

34 Fig31 真空力によるポロイダル断函変位分布

( Ca se 1 厚肉リング中央)

r

阿川町~----~

tmm

Fig 32 真空カによliポロイダル断面変位分布

(Oasel厚肉リング端〉

nnnnnnnn ~ fyenJIIIJUIJyenIlII一一一

tmm

r判ヘFig33 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Caselベローズ中央)

-25-

J A E R I - M 8 0 1 7

MAJIIWUIPC

5klaquotimP

Fig 3 4 pound ic J 6 IB tl copySfe raquo

(Case 1 - c o - Xfg 1 Uj)

[UUinAAAAPpZ 1 2mm

Fig35 X ^ i l C i S ^ n ^ ^^raquorffi^fi[raquoflj (Case 2 - so - Xreg 1 0J)

iwnnnnnnifc J _ t 1 3 2 mm

Fig3 6 nQtHCZZ a 4 ifngtmm$Qftl6 (Case 3 a - X 1 til)

- 2 6 -

JAERI-M 8017

nMJUWUyen1

Fig3 真空 力に よる 応力 の強 さ分 布

CCasel ベローズ第 1山)

ShOh聞が

一

一-yhellip~J J 2円前ト

rベミヘFig35 真空力によるポロイダル断面変位分布

CCase 2ベローズ第 1山)

一一J側一~ ] 白戸

F 〉へFi g3 6 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Case 3ベローズ第 1山)

-26-

J A E R I - M 8 0 1 7

iwuuwnnK

2x10 Am

Fig3 7 mmnmXd ^HamptfOTfrflJ ( Case A)

hnnjinnnniz

2x10 Am

Fig a 8 I I I I ^ M 50npoundcopyraquof r (Case B)

hAIMUlAJ^

2x10 Ahi

Fig 39 laquoSlaquoaiEtf n 4 pound copy (Case D)

- 2 7 -

JAERI-M 8011

lMRIllUWlll

2x10 Alm -

Fig 3 7 鞍型電流ポロイダル成分の分布(Case A)

川馴Jl2x10 Am

Fig 38 敏型電流ポロイダル成分の分布 (CaseB)

阿川2x10 AIm ドー4

Fig39 骸型篭流ポロイダル成分の分布 CCaseD)

-27-

J A E R I mdash M 8 0 1 7

finnnuuuut

F i g a i 0 mreg1gregtlltraquoalt 9Hfa5 (Case A)

nnnnnnnnik mdash J

Fig a 1 1 8 H 1 H 8 A copy cM ^^HHH^i (Case B)

imnnnnwinl J

F i g a i 2 i S t laquo A laquo o - ( ^^^rf i lcopyraquo (Case D)

- 2 8 -

JAERI-M 8017

問剛山k

Fig310 鞍型電磁力のポロイダノレ方向分布 (OaseA)

fyenflJUyenIU1JUU1

Fig311 鞍型電磁力のポロイダル方向分布 (OaseB)

山肌川弘

Fig312 敏型電磁力のポロイダル方向の分布 (OaseD)

-28-

-62

-

3

TO m m a- 9 ~r

0 -V

V

3k

SB

gtdeg

Pres

sure

(

kgc

m2)

IN)

Gi

Pres

sure

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鞍型電磁力のトロイダル方向分布 CCaseA B D) Fig313

鞍型電依力のトロイダル方向分布 CCase 1-5) Fig314

J AERI-M 8 0 17

Contents 1 Introduction 1 2 Analysis procedures 3 21 Analysis procedures and model 3 22 Model of bellows support 6

3 Analysis results and discussions 1 2

31 Vacuum pressure 12 (1) Analysis model 1 2 (2) Results and discussions 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current- 15 (1) Analysis model 15 (2) Load conditions 1 5 (3) Results and discussions 16

3 3 Stress evaluation 1 7 (1) Case of plasma disruption with time constant

shorter than 50 msec 17 (2) Stress evaluation 18

4 Conclusion 3 4 Acknowledgement 3 4 References 3 5 Appendix I Users manual for THREEDI 3 6 Appendix II Users manuals for IG and SUPERPOSE 4 4 Appendix III Source lists of THREEDI and IG 4 7

iv

JAERI-M 8011

Contents

1 1ntroduction hellipH H hellip H H H H H H H H H hellip 1

2 Ana1ysis procedures H H H H H H H H H H H hellip 3

21 Ana1ysis procedures and mode1 helliphellip H H -helliphellip H H M H hellipH 3

22 Mode1 of be110ws support H H hellip H H hellip H hellip H H H 6

3 Ana1ysis resu1ts and discussionsH H H hellip H H H H H H 12

31 Vacuum pressure H H H H hellip H H H H -hellip12

(1) Ana1ysis mode1H H H -helliphellipH H -hellipH H H H hellip 12

(2) Resu1ts and discussions H H H H H H H -hellip 12

32 Electromagnetic force due to saddle-like eddy current 15

(1) Ana1ysis mode1 H H H H H H H H hellip H -hellipH hellip 15

(2) Load conditions H H H H H H H -helliphellip H -hellip 15

(3) Resu1ts and discussions hellipH H H H H H H - 16

33 Stress eva1uation日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip hellip helliphelliphellip日 hellip日hellip日helliphellip hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellip山hellip hellip hellip hellip hellip hellip日hellip日hellip hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip日hellip hellip hellip hellip hellipリhelliphelliphelliphellip 17

(1) Case of p1asma disruption with time constant

shorter than 50 msechelliphellip一H H H H hellip H H H H 17

(2) St~ess evaluation H H H -helliphellip H H hellip H H hellip 18

4 Conc1usion H H H ~H M H HH H-helliphellipH HH H H 34

Acknow1edgementH H H H H H H helliphelliphellipH H H helliphelliphelliphellip 34

References hellip日 helliphelliphellip日hellip日ldquohellipldquohelliphellip日helliphellip日hellipldquohellip日hellip日hellip日hellip hellip吋hellip日hellip日hellip hellip日hellip hellip 一川hellip hellip日hellip hellip口hellip hellip hellip日helliphellip日hellip hellip日hellip 日hellip日リhelliphellip川hellip hellip リhellip hellip日hellip hellipH H 35

Appendix 1 Users manua1 for THREED1helliphellip-helliphellipH H H hellip H H 36

Appendix 11 User 5 manua1s for 1G and SUPERPOSE H -helliphellip 44

Appendix 1工工 Source 1ists of THREED1 and 1G helliphellip H H hellipH hellip 47

IV

J A E R I - M 8 0 1 7

1 laquo i tb lt

laquo f i issfcmsi77 x ^ a i s s i ( J T - 6 0 s i iiaciftittialaquo-^t-) amstzm

to-cfc-0 -a i f f ln y t f - y H i B I i c S f f S K c A - ^ - c i ^ o 7deg 7 x-^gj UiAampin copy M^-g

S4ft copyJR 0 poundbulloreg copylaquobullamp fepound(6gpound-toilft f t Jitb X o 5 bdquo

Jf5laquorifiW U M t i L t i B a i E K i J A ^ E ( MltSA ) B i t raquo i f f f f l t 5 H i liXS ( 4 0 0c ) JSGlCfc SfcKilIfetBl-ti-fcitfttb-f ^ copy i S t t l c f i ^ i c t f r t S ^ g S o

W I K S S amp c i a J T - 6 0laquos$Hcopy jE j raquo f f ^ l i JS i c f g2 f$ t tTO5as ^ c t - l i ^ deg - laquo i pound i t f x J I pound t t laquo c s amp - f 6raquo r - f f iampraquocopy i l i npound f f l i l ^fflW^raquoHr-ltraquoAisiS6ltt ^ S f i l f i - ^ n - c i ^ o 8 sect S laquo laquo laquo i l 4 6 r ^ 5 J T - 6 0 laquoSyen^ff l iS t t^Wcopy-5 gt c copy f - t t f f l o r g ^ T o f c i S A f raquo t f f copy S i gt - o ( ^ r t t f c f c f f l T o ftic - f c i e ^ o i a

iE-t laquo SSSlCft f f l - r5laquoSamp0 KSeurof lSf tWlt1-copylaquo-a^fellaquo^ CASME Sec-IE cffiiM-ipoundASFlaquolaquo-fT9o CLT- l iS f f lo iS t t^ f f l lt - Klt pound f L r I ft j y amp y^o-x-copyftcjg^7y MJ bullpoundmAxmVTampfti Sfcjalaquoj ^Ao^smfiaAfli^ bully bull tf bull h-amp0lamplt ajff ittfcjt l^ Ufco g i c 7deg 7 X ffiSSlWf poundraquo)lt 5 0 msec i O H 1

I g amp i O t t ^ t i f T - j t l ^ o f L t reg 4 S t 4 f t ^ J t t f ) 5 SIC t t S C i t ( f t f t I 0 t H R j c S f t S S M ^ D y ^ i C THREEDI ) Vgt4 yf ~J ^ - 7Jiamptf V ~ 1 x ^ S f t t S

- 1 -

J A E R 1 -M 80 1 7

1 はじめに

現在1点研では臨界プラズ 7 試験我慢 (JT-60第I1図に鳥峨図を示す)の建設を進

めており一部のコンポーネントは既に製作段階に入っているプラズ 7 閉じ込め111の真空写l1L_ _ gt_ __ 12)

~に闘しでも各極 Ramp t5 及び詳細設計に 1まいた最終的な設計段階にありプラズ7 挙到J や装

l~ 全体の取り合い等の検討も含めた総合的な設討を進めている

J T -6 0の真空宇李総の僧造は既に多くの報告があるがベローズとJ京肉リングという剛

性の非常に異る権造物が交互に配列されてドーナッツ状の兵士g~辛器を形成しておりまた非円

形断面を街し外荷重として趨高奥宅による大気圧奥ltlJ) 各符電舷力が作用するうえに

MJ温 (400C)運転による熱膨脹も考慮せねばならずその設計には特に慎重さが要求され

る

有限要素法による ]T-60真空脊器の応力解析cf-t~It既に報告されているがそこではベローズ機遊を直交異万性板に置換する事で節点数の鳩加を抑え実用的な時間で計算が可能と

なる様計られている本報告書は現在進めている JT-60真空奔器の設計検討のうちこ

の手法を用いて著者が行った応力解析の結果についてまとめたものであり特に一次応 Jのほ

とんどを占める真空力と鞍型電依力による応力に着目した検討を行っている尚著者が行っ

た検討はこれとは別に製作飽当メーカーで行っている応力解析の純果のクロスチェックに資

すると共にプラズ 7 パラメータやプラズ 7 計調Hへの近接性の向上を目的とする設計変更を

償鋭的に行え得る機そのバッタデータを得る事を目的としている

以 F第 2苦言では本応力解析に用いた手法の実際の通用について述べ更にモデル化及び使

用プログラムについても触れる第 3章ではt1空力及び鞍型電般力に対する応力解析結果を

述べ真空努器に作用する真空力及び鞍型電依力以外の各種荷重も考慮して ASME Sec皿

に縫いた応力評価を行うここでは実機の設計へのフィードパックを考慮して厚肉リング及

びベローズの仮l手をバラメトリックに変えて解析を行いまた補強リプ及び厳型電舷力用ダッ

シ a ポットを取り除く可能性も検討した更にプラズ7 消滅時定数が 50 msecより短い

場合の検討も行っているそして第 4章で全体をまとめる更に付録に本解析で使用した三

次元自動要素分割プログラム (THREEDI)等のインプット 7 ニ a アJレ及びソースリストを i 添付する

-1-

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80

17

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llToroidal Field Coil

21Poloidal Field Coil

31 Vacuum Vessel

41Vacuum Pumping System

51Support Structure

6 1 ~Iagnetic Limi ter

71Movable Limiter

自 NeutralBeam町長ctorl

ゐ

JT-60本体の烏敵図Fig 11

J A E R I - M 8 0 1 7

2 m VT yenbull amp

21 raquolaquofa

(1) raquolaquoT-ftampgtf ^

ofcbdquo i C t l i 5fe-fSgHregltD-5CgI5^^titlaquolffi^BiJtt^W-rSiIlaquoSittS(CE^

i o t ^plaquoT-triraquoe^c^^ttSreg-^ y bJkaamptiSrXtbz^mvampo Hfflwcii ^ o - x - reg 0 i 4H|ampcfSiff ioiSAfflb^t h ^o-x-regi i i icraquoofcff l j tEAraquoj i tffiigt4i iSAreglaquoffllaquoajcopyiiSBic4i5laquo-^nif euroregipoundregfsigpound e4t|5src

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(i) ^n-xffldjr-ii

plusmn 6 h 6

1 ltgt = ( i + mdash J laquox plusmn mdashr M X plusmn

x + b b h U) 1 lt = a v + M V

M x y

h 2 b v f)

- 3 -

J A E R 1 -M 80 1 7

2解析手法

21 解析手法

(1l 解析手法及 Jモデル

真空容器の応力解析は既に報告を行っているベローズを直交異方性板に置換する手d~と依ったここでは先ず真空容器のベローズ部をそれと等価な剛性を有する直交異方性板に置換

しこれと真空容器厚肉部の等方性シェルとを組合わせて時全体解析を行い厚肉リングと

直交異方性板の変位及び応力を求める更にベローズの局部的な応力を求める局部解析に

J3) _ _ ~ t は応力変換式による方法と ス~ ク L よる方法があるが本解析では前者を用いた

前者は異万性板のモメン卜及び応力とベローズの応力とを物理的に対応づけた応力変換式に

よって全体解析で得られた異方性板のモーメント及び応力を求める手法であり実用的には

ベローズの山中腹及び谷部の応力値しか求まらずベローズの山に沿った詳細な応力分布は

求まらないが応力の最大値は山の頂部に生じる事を考えればその手法の簡便さから非常に

実用的な解析手法であると云える一方後者はベローズの局部を取り出し全体解析で得ら

れた異方性板の変位を局部ベローズ解析に際しての境界条件とする手法でありベローズの局

所的な応力分布が詳細にわかるという長所はあるが計算機管億の制限から数少い節点数で得

られた全体解析の結果(異方性板の変位)から局部解析の境界条件を設定するのは特にベロ

ーズの嫌に曲率の変化が大きい構造物において難しく更に一回の解析では本解析対象の様な

復維な権造物における全体の応力分布が把鍾できず実際の設計等への適用面に関しては問題

がある

ここで用いた応力変換式は以下の通りである

(j) ベローズの山では

t ax ( 1平千)ax 土手 Mx x 下手τ(h2 bw -十)

ム bht az 一一 a+ 一一一 M

bw

1

1

3 t xy + ーで一一 xy

-3-

J AER I - M 8 0 1 7

Ql) ^a-XCDtpmr-li

+ 6 31 m = plusmn mdash - M x + mdash mdash p

t b w t

m ^ j = 2 - y b w

m r - = r x y + - mdash r M x y

i a -XtDampTtZ

gt - ( 1 plusmn 6 h

x plusmn mdashT M x h 2 b

b j j = b h

b w I

xy 2 M x y

1 I $ copy i l f f pound|amp1 2 JScopyi i f f^ ( f i l t laquocopyf t^^ l6 ] (C | t i c r5^ |6 l x = H^te tScopy bull =f ^pound|6] y g pound t t laquo t f f l o 4 -JIgt|6]

t D -XOjfflJlJiOffiH m -ltbull - X + m J amp g b ^ o - X S f f l f i i + - n - X ^ g f i - ~ o -Xf^g iB

4 f c pound2copypoundf(iifccopyStapoundR|-gt-fo h ^ o - x - i i i g copy - ^ ^ t ^ a - x f i i b^ a - X t f - ^ I ( ^ D - x l tdeg raquo -fcopyHft )

- 4 -

J A E R [-M B 0 1 7

1) ベローズの中腹では

占 6 31 mσl~ 士一一ァ M干 一一一一て-p

t bw t

ム bπl t12~ 一一一一一rJ

bw (2)

y

x

M

37

十Vd

x

T

士

τ

m

iD ベローズの谷では

b rJt (1土子)σx土手 Mx士(示 (h2bw --+-)

b bh b ltl2

x一一- rJ 一一一 Mbw

(3)

VJ

X

M

+

y

T

士T

但しここで左辺の添字は各々以下を意味する

1 波の進行方向

2 波の進行方向と板の法線方向に直交する方向

x 異方性板のトロイダル方向

y 異方性板のポロイダル方向

ベローズ山の頂上の位置

m ベローズ中腹 J位置

b ベローズ谷の位置

+ベローズ外表面

ーベローズ内表面

また右辺の記号は次の諸債を表わす

h ベローズ山高さの半分

ベローズ板厚

bw ベローズガース長(ベローズ 1ピッチの実長)

-4-

A E R I - M 8 0 1 7

b ^ a - X tdeg -j f-

I lt o mdash xffi H mdashltK mdash i y tBL c CT-ftEp copyifplusmnreg 2 1 l2(-fSltc laquo3 ^ ^ -7 deglaquoM ilt f f i gt3reg llaquoC^D-7 [ f i

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m bullbullgt bull bull I - A ^ K y ^ - t U T f i t t s t i gicff-fflij g f laquo t t f t f A t yen a S f f l amp f f l - hficopy|laquojfLa5-5o laquo r 4 - K i f t S S ^ C f t 1 5 0 o l i c t f i S 6 0 0m

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8yenT Vtzmamp7raquoltamp 2 1 R I - 4 i t o ^ t l S o C C t i B J 7 (i Case 1 copya-l-fltJtlcS

(2) ^ n - X bull - 9 - - h ffl^rMfc 2 2 r a f f l f H C J f t t t 5 g i ^ D - x i i ^ r reg ^ n -f ^ A-tt f f icQMSiefcOT

jgft y y^rtff iA^jio a L f c f - i i u T-c^jf $nro5o c w i J T - e oreg^ agn)Klaquo^D 4 ^^rns^-f LT^sfcA laquotlaquoJii-cesrgtrHiittttreghlt^n-x alaquoa(regz2ia4iregD-Fa5= ast o^ -nffiififflfiEii^-rA-Gregiaf-(iS22 0 c

ampkltDX-amp6o U^ L C copy pound f e - A ( i IC-lt a - ^ i M L t ^ n - XcopyFlt3(ffl^copyg0amp

- 5 -

r A E R I -M 8 0 1 7

b ベローズピッチ

ベローズ断面二次モーメン

但しごこで外圧 pの長は第21凶に示す様に真空E力や Jレープ電流電般力の様にベローズ面

の法線町向に作用する外力に対する矯正項であり鞍型電流電依力の様に|直交巽方性板の法線

方向に作用する外力は既に全体解析で反映されているから局部応力を求める変換式において

は p=O である

JT-60の真空寄器はセクタ型の厚肉リングと U字形平行ベローズが各々 8ケ交互に配列

されてトーラスを形成している厚肉リングは 600

セクタ 2ケと 4dセクタ 6ケから成るが

本解析では強度的により厳しい 600

セクタを対象とした解析モデJレを第 22図に示すモデ

O

Jレは構造の対称性からトロイダJレ方向には厚肉リング 60セクタの半分及びベローズ部の半分

から成りポロイダル断面は真空力 JJt号合仁(或は下)半分の 18 00

bull 鞍型電依力の場合一

周 36 00

である

真空容器ーにはこれ以外に補強リプベローズサポ - ~真空容器支持アーム鞍型電磁力

用ダッシュポットが強度メンパーとして設置され更に計測排気中性粒子入射容の為の

各種ポート用の開孔部がある各謹ポートは真空容器に約 150本っき巌大で内径 60 0 s11I

であるが詳細設計での検討の結果内径 50 0 Jf1Iのポートが厚肉リングについた湯合でも

真空写器の強度に与える影響は殆んどなく各種ポート用の開孔部の効果は無視し得ると考え

られるので本解析モデルからは除外した

原肉リングは現設計では板厚 4011111であり T字形補強リプによって補強されている Tf

形繍強リプは真空容器の繍強として有効な役割を果たしているが主半径最内周で 10 0 Jf1II

最外周で 16 0 JI1IIの高さを有するため第 11図にみられる様に真空容器とトロイダJレ磁場コ

イルとの聞の空間の多くを占有しポロイダ Jレ舷場コイル温度制御膚等の設置スペースを制

約しているそこで本解析では第22凶に示す現設計に加えてこの補強リブを取り除いて

l享肉 1)ング及びベローズの板厚をパラメトリックに変えた湯合についての計算を行い補強リ

プの除去の可能性の検討を行う更に鞍型電舷力用ダッシ a ポットの除去の可能性も検討

した

解析した構造モデルは第21表にまとめられるここで補強リプは Case1のみに構造に含

まれる

(2) ベローズサポートのモデル化

第221司のモデル図に示されている様にベローズはそのポロイダル断面の直線部において

w-肉リング内面から張り出したビームによって支持されているこれは JT-60の真空容

器が非円形なポロイダル断面を有しているため街震が僧すに従って両11性値の小さいベローズ

白線部(第22凶中のD-F部 o 以後ポロイダル断耐の位置を示すA-Gの記号は第22図に

示す位置を示す)において大きな変形が生じ得る事からその変形を抑えるために設置され

るものであるしかしこの支持ビームは単にベローズと接触してベローズの内側~への変形を

抑える役割しか有しなくベローズの外側への変形に対しては全く拘束力を有しない

一方真空容器に作用する外力としては主なものとして真空力ループ電流電織力鞍

~電流電依力があるが前二者の荷重が全て真空容器に対して外圧方向に作用するのに対し

EU

J A K R [ - M 8 0 1 7

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CltDtpZ-ll)lt2)H)(DregmiZreg UTI2THREEDI copylaquogBICJpb (8)laquoigtlffltts^Ofcj6glaquo4|

laquo A M C 7 D f 7 A I G^fffiKbfco X (5)copylaquoaBliglaquofKcopy7D^7A MARS-

SUPERPOSE (MARS-MES copyttiTfc3JS bullpoundampffllaquolaquopoundpound-fS3poundfT7pn7A )

- 6 -

J A E R [-M 8 0 1 7

後者は第23図に綴式的に J-yenす織に 1つの厚肉リングセクタに着目した揚合 トロイダル方

向にはl苧肉リング中央面を対称而にして左右対称(但し符号は逆〉な分布を持ち全体として

厚肉リングを厚肉リング中央の主半径を中心として回転させる力として作用するいずれの街

電においてもベローズとベローズサポートは単に接触しているだけであり解析において

もこれを筏触問屋重として解く必要がありまた鞍型電銘力の場合の織にベローズとベロー

ズサポートが全〈筏触しない事も考えられる

これらの問題点を解決するためベロ-~とベローズサポートそ第 24 凶に IJ す様にモデ

Jレ化した即ち

U) ベローズサポートの厚肉リング側は ~手肉 1) ングからのオフセット匙と郎併定数とで

メンパーを定義しその節点は厚肉リングのシェルと共有する u (第 24凶中の節点 7-

1 2 )

j) ベローズサポートのベローズ側はベローズの等価安方性依と[gt行に新しいビームを

定義し (第24図中の要素⑫~⑮)シェ Jレとビームの対応節点閣に倭触要素を設ける

(第2 4 図中の要素~)

ii) 接触要素は始めに剛体(軸剛性のきわめて大きいトラス部材)として入力し解析を行

つ

ωGiDの結果より剛体接触要素の軸カが引張である楊合そのトラス材を柔要素(紬岡IJ性

のきわめて小さいトラス部材〉に変更し更に解析を行う

ゆ 更に帥の作業を行うが同時に柔の筏触要素の軸力が圧縮となったものについては再び

剛体に戻す

これを要素変更の必要が無くなる迄繰り返す

以上の (i)~ωを踏まえた解析手 )1腐を2 2 に示す

22 解析手l頓及び使用プログラム

JT-60の真空容器の応力解析に対しては備選解折汎用プログラムMARS-MES 及ー (51

びそれに対する入力生成用として三次元自動メッシュプロタ 7 ムTHREEDIが既に用いられ

ており設計に反映されているが設計検討を進めるにつれ更に幾つかの機能が要求されてきた

ためプログラムの修正或は新しいプログラムの作成を行った

前記プログラムに含まれず新たに要求される主な機能としては下記のものがある

川 分布荷重(鞍型電位力俗気リミタコイ Jレ反力)の入力

(2) ビーム要素の入力

(3) トラス要素の入力

(4) 平行ベローズの要素分割

(5) 異方性板の応力値からベローズ局部応力への変換

この中で(1)(2)(4)の機能に関してはTHREEDIの機能に付加し(3)は汎用性が少いため倭触要

素人力用のプログラム IノGを作成した又(5)の機能は原倒既存のプログラム MARS一

SUPERPOSE(MARS-MESの出力である応力変位の線形結合演算を行うプログラム)

-6-

J A E R I - M 8 0 1 7

copytplcftSnLto ltpoundJ filt3fltRcopy9 mMMM ft l ifilaquolaquotraquotff 7o 7 A EDDYTORUS6

T-Jt t sn5copy3raquo eurolaquo tEcopyt tlaquo l - L-t Aft LT O5o mVrltrgty o - bull fbull - ^ $ i 5 H i t amp -f raquo 7degiclaquopound - T ft laquoTf-laquopoundlaquoampbull- a ltgt (i) ^ T - 7deg 1 ( fiSfflr n 7 A THREEDI ) MARS-MES ^ copy A r t f - ^ t B g c f 1J8 PS T- 0 W laquo J ^ H n - x o f f i ^ 93gamp

yffiift-r-copy[amppound ff-5 o Cfflfg ffiiftampft^K^j-e S t i t f amp reg Jit c i kg erf copyEA Altftffl L fittlaquot J i =bull -f ^ K ^ T amp t l i i laquo m J i 9 3 4 ^ ^ ^ ^ f f l ^ c D g j R l - S ^ ^ mVMampftX-foiUl EDDYTORUS T-flf n fciKSMStcopy deg -f ^ Afalaquolaquotreg8poundf laquo gt j i c amp L T laquo - reg J R c E ^ J t LTftffl J t J bdquo

(II) 3 f 7 2 ( ffi ITJ 7deg a J 7 A THREED I ) MARS-MES ~~C0Kftr~ tfigfflfjj 2SPampt0 ^ f 7 1 t t S J f t t f - J C f

- A f j f - amp t f f pound K F f - J lt pound f i - l t J n t 5 o OIP X -r 7 7deg 3 C (pound ffl 7deg a 7 A I G ) MARS-MES ^ copy A - r - l pound copy reg 3i2fiST-0 gt X f raquo 2 t t f f i S n t f - C S

I S J | i i 5 r 7 X g | t ^ t l i f t I t 5 f - A g S i f f i f i f - 0 A A f T T o ltfl ^ x v-7 4 ( CPU ffiffl ) -r - 7deg 3 T t l S ^ t l t - Agjgf-- copyiffife^ttfflcopy-alaquoiEo (V) x-r -7deg 5 ( fitffl-a 7 A MARS-MES) tfampZtlTZT-fiZAt) LZfcftWI$TampfT7o ^ D - X I - t K J c S ^ f t ^ i LTJR0amptgtlpoundo M X f 7 7 6 (CPU fpoundffi ) MARS-MES (ClaquotSlSraquofTff le ~ deg - T pound J $ tr - A copy b 7 x g copy tt jg T

5fefflraquosnii ^ffl b 7 xgjgcopyttHi j t tlaquo-~o i LTfftf MARS-MES C laquofc 5 IS A flf pound fTTo ftyenSTcopypound pound copy I- ^ S S c E l i j i l f f f l OfcfliampfiStfcopy b 7 glaquobullraquo ltcsect i Lxmcftt-ftMW-irff^o d -5 I t W i o x f 7 7 t S t g l copy laquo i i f i t pound ( ttSampHOii-f o

W x r bdquo 77 ( ffiffl7 a 7 A MARS-SUPERPOSE) MARS-MES CJ5)poundj)yen4ffcopyregKiglaquo-Ayjt b r g pound M copy IE ft pound ^ o - XfflU

a5WttJSAffl(Cpoundfi|-f 3o

- 7 -

JAER[-M 8017

(61 の中に付加したなお分布荷曜のうち鞍110草儲力は渦電流解析プログラム EDDYTORUS

でilt1される鞍摂電流の値を廷にして入力している

解析の 7ローチャー卜を第25闘に4ミす各ステップに従って解析手順を紙説する

(j) λ テップ 1(使用プログラム THREED1 )

MARS-MES への入力データ守ー成の第 1段階であり陣内リングとベローズの節点要素及

び街喰データの牛ー成を行うこの際街盈条件が真空力であれば各要素に 1kg叩F の圧力

がれ月1し健気リミタコイ Jレ反力であれば舷気 1) ミタコイ Jレ支持点相当の要素に反力を与え

級if司i感力であれば EDDYTORUS で計算された鞍~l電流のポロイタル方 IIacutel]電流w度を電

信]に変検して各要素に圧力として作用させる

(nl ステップ 2(使用プログラム THREED1 )

MARS-MESへの入力データ生成の第 2段階でありステップ 1で生成されたデータにビ

ーム要素データ及びパネ支持データを付け加える

uiT ステップ 3(使用プログラム IG)

MARS-MES への入力データ生成の第 3段階でありステップ 2で生成されたデータに綾

触要素となるトラス要素とそれに付随するビーム要素と節点データの入力を行う

tv) ステップ 4( CPU使用)

ステップ3で生成されたビーム要素データの端末結合状態の一部修正

(ゆ スー手ップ 5(使用 4 ログラム MARS-MESl

生成されたデータを入力して応力解析を行う o ベロースlii宣交異方性板として取り扱われる 0

wT スチップ 6(CPU使用)

MARS-MES による応力解析の結果ヘローズ支持ビームのトラス要素の軸力が張力であ

るものがあればそのトラス要素の軸剛性を ~O として再びMARS-MES による応力解析を

行う解析の結果柔のトラス要素に圧縮力が作用した陽合は再びそのトラス要素を同IJ体に戻

して再び応力計算を行うこうしてMMのステップを要素変更の必要がなくなる迄繰り返す o

WIO ステップ 7(使用プログラム MARS-SUPERPOSE)

MARS-MES による応力解析の最終結果を入力として異方性板の応力値をベローズの局

部的な応力値に変換する

-7ー

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 2 1 I S f f ^ - mdash Jg

Case Thickness (mm) Rib Case [ Rigid ring Bellows

Rib

1 40 20 Yes 2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

Bellows ^ ^ ^

vl W Vi

u bull- u ii

r Y v ( a ) Vacuum pressure (b) Electromagnetic force

Electrons gnetic force (Saddle-like current) (Loop current)

F i g Z l ^ deg - X l c f f ffl-f bullSfl-

- 8 -

JAERI-M 8017

Ta b I e 2 1 解析ケース一覧

Case Thickness (111m) Rib

Rigid ring Bellows

l 40 20 Yes

2 70 20 No

3 50 20 No

4 70 25 No

5 50 25 No

- lsquo司 -h

4 +-41--

(0) Vaωum pr邸ure ( b) Electromagnetic force ElectromJneticforce (Sa剥le-likecurrent) (Linfinp current)

Fig21 ベローズに作用す-o外力

-8-

JAE RI-M 8 0 17

Vacuum vessel support a

Bellows

Rigid ring

Dash-pot

Rigid ring y ^rv

Rlt890 RlSiQmdashJgQ

F i g Z 2 laquo yen 8 t 7 J U

- 9 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

Vacuumvl

1盤金 ゴR坦霊ムJFig22 解析モデル

-9ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Bellows

Fig23 ampampregicftmtzmmmmxltnmM

|

Orthotropic plate 1 Lm-2-i3_3-lt5-4-ipoundgtl5

Bellows

Bellows support

O Shell element bull Beam element O Truss element

F i g 2 4 ltltn -X bullbull$bull- h07nik

- 1 0 -

JAERI-M 8017

Fig23 真空容器に作用する鞍型電磁力の模式凶

o Sh剖lぬ『鴨川

口民amelement cコ TnJ話剖em創世

Fig2 4 ペローズサポートのモデル化

-10-

J AE RImdashM 8 0 1 7

START

is QSiC data X STEP 1

Beam I Restr I gtlt

THREEDI

ZEZ

X

Eddy current

Data STEP2 THREEDI

bellows | support

STEP3 I G

IE STEP 4

CPS

^

Data

Data

STEP5 MARS-MES

bull STEP-6

CPS

STEP 7 SUPER-POSE

(3J5Jpound) Fig2 5 J T - 6 O K S g g r o j S A I S t f m

- 1 1 -

JAERI-M 8017

飽yen

yen

yen

組

個

Fig2 5 J T -60真空容器の応力解析手順

-11ー

J A E R I - M 8 0 1 7

3 bull JKtfftefJIIamptfampg

3 i mampgt

mm7rnifts22iatcnro2laquoc i- CM ^S|6]C6 odeg-fe ^ racfi gtj y rreg i 2

- pound bfco gjgtf-ffltt h o 4 fj^ftfaicon - X pound 5 8 1 Ipf3 U y poundbull 1 0 raquo]copy 1 5 ft 91 o 4 ^ f t i p j c i i 3 o ^ H f f D t i ^ a

4 fc laquoffiS3gcopypoundl(2gt Sf i J gt ffiffiicgiBSftT u 5 laquo 3 g g pound f t T - A copy(pound Off o SSi I^ |pJC2Si t n -Clgt5laquol laquo iraquoAff l5- y =bull bull Kifpffl L i l m-gtTW 2 2 Htp copybulllt-pound amp (i ki = 0 ka = 4 0 ton k j = 2 0 t o n trade t 4 x 5 raquo i l CC

i^fif tf tf i ^ T copy S ( C l k g r f n pound E H T | x t (2) PtfffelftamptfampM Case 1 copygEffiajpoundSampa 1 ElA amplaquoamp a 3 ENc^-To - c - t fHlaquo( i5ccopylaquoSg8icopy) l t tlaquo -

laquo t gt b JfflHlaquoftilaquoIEif5gfecopy)lttS5-f o ^ a l i l i l f t i y T - copy y - z [ p l pound f i f l J S t E 3 8 S copy l--7Xamplft(Cltfc0lf fc J gt fC(riC^slaquol 4 fc KSSBsXr t T -

ltt I t h -v ia3firtffll(csta1 So ft-s-ctfn 4 ^^ttBASB-eiiS^fflffiffi 27 raquo pound b GaJ^fe^C-Afflfc--f h - 7 X pound g ^ l 6 l r t f l l ^ S f i f f S 9 3 2 g | ( i tfrt J gtlaquoamp ( i t k ^ n - X S 0 ) copyy - z^lpJSe^ftf amp^-t o tftM^jUgTffiAoBfflh-v poundaraquoi6]rtffll^copy^lt4(ilaquoffiSSl5E^r-ampo ffl^ i y copy a r - ^ ^ J s $ lt 4 o t o i 4 GSBT-ii h-7xpound^g^lSi^tf iJ^^ffJ l t i gt 5 i ctitiW-m ) y^fcfpffl-TS^

Aict sues j y tjn gpreg h-7^poundg^i6][3ai^ffls^i ff-ft v y ^ c i s s s i fiFT-Acopyjt^laquo(iKplusmnlaquo fecopy-c5o if a 3g | iCf - r^D-xt tJcopyy- z^i6]^fi^fltgt raquofi ) yrffliSlaquocopyffi(6j-ampTbrjoiP^raquofficopyglaquoS^otiamplaquotgtLrolaquoo nlt ^ ftiEScii - lt o - x bull + - i-alaquoipfltg y y^gt^0ffl brf j copyIE^laquo-agKfflii TfcO gt 2 5 raquo raquo g 8 copy S f t F 0 i ^ o t u S f i i W ^ o

Case 1 (i l toi4lKAraquo(Jcopy-laquollaquo-rega4BICp-ro Cftli lt deg - X 1 0 J copy ( S A laquo S f t ttgt0 h - 7 xi^gf t is iSf l^cAas-es^ff l i i a 6kgraquo2 t b deg 4 ^nftfficopy

Case 1 ~5copyraquoyeniffamppoundS5 3 Z g laquo i raquo ffiffiCM b T i i pound amp laquo ( n 4 ^jnffiffi AfiBamptfE raquo copy laquo laquo Oo Case 1 Cli Hlaquofi V 7 K J 0 JJC 13 ) ^ S O E S B f f l S f t T t f O

- 1 2 -

JAER[-M 8017

3解析結果及び検討

31 真空カ

川解析モデル

解析モデルは第22凶に示されている織にトロイダ Jレ方向に 60セクタ停肉リングの 12

ベローズ 1スパンの 12からなるポロイダル断面はその対称性から k半分のみを解析モデ

ルとした要素分割は トロイダル方向にベローズを 5分割厚肉リングを 10分割lの 15分

割ポロイダル方向には 30分割行っている

噴界条件を第31表に示す o 対称構造対称荷重であるから境界条件は対称条例を与えた

また真空宇手器の支持はら厚肉リング端部に設置されている真空容器支持アームのみにより行

い鉛直方向に 2本設けられている鞍型電磁力用ダッシ a ポットは作用しない従って第 Z

2図甲のパネ定数は kl= O k2 = 4 0 tOnIIII11 k3 = 2 0 tonlI111 と与える似lしここ

で座標系は第 A 1図に示すオプリーク(局所)座標系で与えている

荷重条件は全ての要素に lkgcm2を外圧として与えた

(2) 解析結果及び検討

Case 1の変位分布を第31図から第33図に示すここで太実線は元の真空容器の形状を

表わし網実線が変形後の形状を表わす第31図は厚肉リング中央での y-z方向変位分布

を示す真空容器のトーラス効果により厚肉リングには求心力が働きまた真空容器支持アー

ムは惇肉リング端部に設置されている為厚肉リング中央部に対する拘束効果は小さ Lから全

体としてトーラス主半径方向内側に変位する従ってポロイダル断函A部では巌大の変位27

を示し G部でも求心力のためやや卜]ラス主半径方向内側へ変位する第 32凶は厚肉

リング繍(設もベローズ寄りの y-z方向変位分布を示すポロイダル断面A部のトーラス

主半径方向内側への変位は真空容器支持アーム及び補強リプの効果でやや小さくなっている

また G部ではトーラス主半径方向外側へ変形しているがこれは厚肉リングに作用する求心

力による厚肉リング中央部のトーラス主半径方向内側への変形と厚肉リング端の真空容器支

持アームの支持効果によるものである第33図に示すベローズ中央の yーz方向変位分布も

厚肉リング端と問機の傾向を示しており卵形断面の自然なつぶれを表わしている o ポロイダル

断函 E$にはベローズサポートが厚肉リンクーから猿り出しておりその変形をある程度抑え

ており 2 5鵬極度の重量れ下がりとなっている事がわかる

Case 1における応力分布の一例を第34図に示すこれはベローズ第 1山の応力強さ分布

でちりトーラス主半径方向最内周のA郎で辰大値 12 6 kgllllllzを示しポロイダル断面の

ほぼ全域で 10 Kglllz前後の応力強さである

Case 1-5の解析結果を第 32表にまとめる変位に関しては全体的にポロイダル断函

A邸及びE部の値が大き POCase 1では補強リプにより事肉リング端のE部の垂れ下がり

が抑えられる為ベローズの変形もある程度抑えられ結局求心力による A部のトーラス主半

-12-

J A E R I - M 8 0 1 7

ffi^lfilrtflJ^rogamp^S^iteSo Case 2 ~ 5 T-li ISreg J r ^ y i ^ WW J y -pN Ti l

iSreg copy E $ iTAlt0poundraquopound lt tpoundZo Sic deg 4 A-|S] copyfl i clf g bfc tgamp ^ deg

lto -XcopyltglP ^ 0 ( ihM pound 8 0laquoraquo ) 2 5Wraquo ( UjiS pound 7 0raquo ) (Cft bamp 49 4 6laquoit

A5bdquo iDt I b l i ^ D - X l f j ^ffllaquorigrC- y hCft^0 fitotCase 2 4 T-(plusmn

IV-03 y y ltSIyenAlaquo7 0laquoraquo-T-ecopyD4^jyi6]copyfttrHi]ttas^o-xcopytftplusmn0gtcilAgt

-poundD-X4ifficopySfiAse^ilaquoa (ff 15 0i^tCase 2 copy tt 5gt Kg ) bdquo -gtj Case

3 5 r-i i rats J y sif laquo 5 omt co D -f ^^^iPiroiftifwttii^ o - x copyot i t is

laquoS blt a o ^ n - x bull bull - h copypound($icj OW lH y^ffi-c^CiAg^ti5 ( | 1 6

Hlc^-rCaEe 3copypoundfiEjjII ) o

Case 1 ~5 KiteorfE8 copyft^fflli-irT- a - Xreg 1 iJj copy h - 5 x poundbullpound j$fr |h]lrt If

Affiic4ii5bdquo i g i c i 0lt n - xc4 i iS fE ( i ^regIEtlIH$ampfl)4oi-ijbtilaquoo

(i) ^CJ5IIS U y^copy l--7xpound)igrtfflJ-vcopygffiicjS fccopybdquo L f r tc f tHI t

sectsectSpoundftT-Alaquo0copylGipoundampfiFOo (jj) -lt D - X ( I x l l t t f i ) t f f f i J y copy a -f ^^^|6]reg8iJtta^bft liStf a 4

ltjiD - lt D - x reg f f i i c f l j lt K s j c i i ^ o - x reg 0 j reg f f b o bid pound 0 4 1 3 ferego

(V) n -( JKBv tS T CD fg (C J pound bfflo

hie( i)~Wreg-5gt(i)~( l iDl ipound(e I- D -f ^ j |6] copyJS2H- W i deg 4 f ^UfaofotHzm^-

t s wpsii3iiipoundiwidjftfpound^o-xsMiijc4b3eAfii3pound^poundAs I -M ifijcopy tS-escopy-c (i)~ltiiDid i o T 4 b 3 pound copy laquo laquo pound pound TcopySpoundcopyg4SHpound$irt1-3 o

tfe 3 l iS copypoundlaquolaquobull t s ^ D - x lOjfflASicSfl brfT^fco

(OicksiEAfilPW y idj 3^ deg -xcsfflESiic j -gt Tft b3 feffl-efeS^b l-f-

bullJ y^ojftfftficj o D -xic56ft-r5is^lS(H L t igts eS^Tif^ J y copy$gtit

c5o MtraquoUiiJ0-ltdeg-XC4-f3JStf0 KffiAlc J3Jffc V y copy x [6]poundftttpound ltSi

t t 5 tdlicj SlSSffi |-J9ciS-e(6egttt3o

tJ 1 = C o bull 5 i 5 o (5)

iseftlaquoT(-jslaquolaquoi t fffflraquottKiteijlaquotf-etfo 5o =tosa3laquocopyig poundpoundi f3o

( i i ) i dJ 3JS f r ( i t t f f plusmn f ^T -ampo2 Hpoundreg3yen t i c ^ ^ deg - x copy f t i f fflttD twm ttfflttpoundW-3laquortftffapoundakcopytiffifEp bull pound laquo pound - ltSic4bf t^ l iSAI i

6 Oi = mdash mdash M (a)

- 1 3 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

径j向内側への変位が厳大となる Case2 ~ 5では補強リプがない為厚肉リング内では

端部のE部垂れ下がり変形が大きくなる更にポロイダJレ方向の曲げに着目した坊合ベロ

ーズと等価な剛性を有する平板の仮厚 t事は次式で求められ

t = ( 1 2 ~ b y (4)

ベローズの板厚20 (山高さ 801111) 25開(山高さ 70 RllI )に対し各々 4 9 4 6 JlIIで

ある但し Ibはベローズ 1ピッチの断面二次モーメントである従って Case2 4では

l区内リング板惇が 70でそのポロイダ Jレ方向の曲げ同1]性がベローズのそれより大きいため

ベローズ中央部の変位が録大となる(第 35図に示すCase2の変位分布参照)一万Case

3 5ではP事肉リング板厚が 50lllでそのポロイタルj向の曲げ剛性はベローズのそれとほ

ぼ等しくなりベローズサポートの支持効果により厚肉リング端で変位が長大となる(第 36

図に示す Cafe 3の変位分布参照)

Case 1 ~ 5において応力強さの最大値は全てベローズ第 1山のトーラス t半径fi向長内周

A部に生じる真空力によりベローズに生じる応力はその発生原闘を次の 4つに分け忘れる

(j) 求心力による厚肉リングのトーラス主半径内側への変位によるものしかもこれは真空

容器支持アーム但りの回転成分を持つ

j)ベローズ(直交異方性板とl亭肉リングのポロイダル方向の剛性差から生じるポロイダ

Jレ断面の変形差から生じる相対変位

QiO ベローズの腹に働く真空力によるベローズの山の押しつぶしにより生ずるもの o

(v) ポロイダル断面での変形によるもの

t記(j) ~QIOgrave のうち(j) ~OiDは主にトロイダル方向の応力に QlOiポロイダル方向の応力に寄与

する本有限要素法解析によればベローズ第 1山に生じる応力はほとんどがトロイダル方向の

応力であるので (j) ~QiDによって生じる応力の槻算値を求めてその応力の発生原因を検討する

検討は最大の応力強さを生じるべローズ第 1山のA部に着目して行った o

(J)による応力は厚肉 Ijングによるベローズの強制圧織によって生じるものであるからI享肉

リングの熱伸びによりベロース1こ発生する応 tl1~顛似している従ってi享肉リングの熱伸び邑00 熱伸びによりベローズに生ずる応力 o真空力による厚肉リングの x方向変位量を Oとすると0)による応力 oは次式で求められる

O = OO O (5)

本有|現要素法解析による結果 Oと詳細設計における計算結果 O bull Oより第33表の結

果を得るJ3)

ODによる応力は弾性床上モデルで良い近似を得る事ができるベローズの曲げ剛性Dと等価

な剛性を有する板f分布ぱね定数kの床上で分布荷重 pを受ける場合板に生じる般大応力は

次式で示される

6 02 一一了一 M (6)

t~ b

-13-

J A E R I - M 8 0 1 7

ltn L M = - D a 2 A s i n h 0 s i n ft + D a 2 B cosh 0 cos

~fr) A = -apound 2T

D = b t i E

1 2 b w C 1 -lraquo )

A = -p s i n h ^ cos 0 + cosh s i n 0

k s i n h cosh 0 + s i n A cos 0

B = p cosh 0 sin A - sinh 0 cos A k sinh 0 cosh A + sin 0 cos A

r5bdquo raquo $ laquo bull raquo copy pound pound pound 3 3 laquoic-fo (Midi 5 JS A l i s 3 Ult (i)~(3)iUCfgtTJSpoundJftipoundcopyttEp(Cltfc5fiiiEJaicffli-3-5bdquo MP

^ t f E ( i raquo S T $ n 5 o

tf3 = _ ( h b w _ _ L ) + - A (7)

S3 3SC(i| SS^S( iyenWr- i i6en f teSfeSfH+TdUr5As iffiltplusmnifcR(fiampo - f t U l S o feffaOmO-to-X-cMi ( Case 1 ~ 3 ) lt a - XtDMLIZ frfr 6 jfcg

fflfflfpound4fij 0 C 5 l S laquo O o - M l i S B O J n - X - C l i ( Case 4 5 ) -pound copyff icrMtt f f lJtJn^amp^a -X f f l | | i c^^laquoKSic j ScopySBt t t t lSAI iraquos i 1 4 i c g a $ t i 6 A iSii^roiWttffl icDiiAnctij Agpw^i -W^ ) gt rlto h n -f ^ i a ]g f icopyApound i ^ raquo

(i)icjlaquojs)ltiaiin-rSo b^ fe copy ( - t S f E A l i ^ D - T r - e s s i s i j j i B i t l i - r ( D i e t s f t amp pound copy lt amp amp o t pound f t amp f t T - ( i raquo i t i t pound o amp B f i ) v r t ^ a - x f f l raquo l t t f f i - amp ^ i i T ( i i ) fcltfc4JEamppoundlaquoraquoKjlc0 t LT tgtJS t t l i S t i f i laquoF l - l i F t f t tOo U^LOiOiCt^fEA

- 1 4 -

J A E R 1 -M 8 0 1 7

f1し M=-D α2 A s i nh ft s i n ft + D α2 B cosh ft cos ft

α=(士)1パ

D= 1 2 bw ( 1 -12 )

b t~ E

αE ft=一一一一一

2τ

A = _ p s inh ft cos ft + cosh ft sin ft 一一

k sinh ft cosh β+ sin fi cos fi

B p cosh F s i n p-s lnh Fcos J7 2 一 一

k sinh ft cosh ft + sin ft cos ft

である数値計算の結果を第33表に示す

iDによる応力はまさしく(1)--(別式に示す応力変換式中の外圧 pによる補正項に相当する o 即

ち発生応力は次式で示される

(7)

数値計算の結果を第 33表に示す

第 33表には本有限要素法解析で求められた結果も併せて記しであるが両者は比較的良い

ー査をを示している仮厚20のベローズでは (Case 1--3)ベローズの腹にかかる真空

jJによるベローズの押しつぶしによって生じる局部的な応力が主であり次いで犀肉リングと

の相対変位により生じる応力が大きい一方板厚25開のベローズでは(Case 4 5 ) そ

の曲げ凶IJ性のt曽加からベローズの腹にかかる真空による局郎的な応力は約 14に軽減される

が逆にその剛性値の憎加により A部の様に厚肉リングのトロイダル方向変位の大きい部分

ではそれによるベローズの圧縮に起因する応力が主となる

この嫌にベローズの板厚を薄くするとQiDによる応力が急激に噌加し逆に板厚をl事くすれば

(1)による応力が僧加する o しかも Qij)による応力はベローズである限り避け得ず(j)による応

力も~在の機造及び支持条件では避け得ない為 ~事肉リングとベローズの剛性値を合わせて (ii)

による応力を鯉惣的に Oとし得ても応力依はある値以下には下げ得な Lしかしowによる応力

が 14になる事からポロイダル断面全体に渡って応力が軽減されるため奥空力に関する限り

仮I事25輔のベローズの方が当然の事乍ら有利である o

-14-

J A E R I - M 8 0 1 7

52 tzmmmj]

11) raquo laquo T f l

ampampbull(amp tl left amp Si JJMST tzmlt^tz-r igt9S pound 2 El ic- f ampcopy-ampbdquo ffl L n -f ^ f fnMftMcopyig^poundf tcopyHspoundrtlt l U i ^ c n ^ H ^ f t n 4 ^^yi(ijc3 6 odeg copyltfe$ raquot bfzo SJETMIJfcasAfflW^tiaittsaji ^ i i o deg -f ^jifimfsreg6 o gt

laquo S $ f t 4 S i 4 S i $ t a 8c-S $ pound fin 2 3 i a i c $ pound M i c ^ i m c ftftffijifiteictt t

i o T i f l J f t ^ 8 ^ 1 2 2 H 41 copy lt amp St l i k = k 2 = 4 0 o n ka = 2 0 ton

(2) l i i f t laquo ^ S ^ laquo t ^ 5 j copy S S ( i ^ copy ^ e i S t S f i S T 0 X--7CD^laquollCgpoundoTlaquo 3 5 laquo copy a 0 6

(2) (7K8)

laquo5 f f i C i fa U J tpound laquo 6 E f f l ^ t i S copy ( i C a s e B copy71 5 X-7 poundgt pound1 bull $- J ( 5 5 kA ) Hgt-JCase Acopy7deg7 lt 7 f 5 JtifffAHt C 4 5 k A ) Case Dcopy7deg v ^bull^rtfflJfBlaquoB C 2 4 ItA ) T-4 7 I tefc c - C 7 7 ^ 7 ( S a ) J i l i a ( n-laquot|=gt-f ^ copylaquolaquocia)Ss5fcregltt urtf-stsn-coSo laquoampcopyfSW-efeV7X^Mlaquofliiof ^a ifri-f n-copyamplaquoraquopoundbull a-fa-

- ttQftVkofctiMifrtcamp^xtt copy i f laquocopyte tlt ipoundpoundgt i f tk te eltltpoundf to A ^ c c t ^ S f l KSlaquoff ipoundcopyftt f iampyfrcopyregf fpoundfT ltgt tits c c t K U f t i R I

35 3 7 1sect1 A^b St a 9 El IC Case A B D Cfctt S $ laquolaquopoundcopy n 4 gt pound Id] ft pound flt Tlaquo M( i |cSlaquolti 5 1- deg 4 ^ ^ f a l amppound pound SIS 13 J ^^laquog(Cgt-iSlaquoSlaquoSlt ( laquo laquo S S - t r laquo gt copy a -f 2^fipoundT-0 ^ copy S i A f l t i Case A B D^S- 6 2 7 8 32 kA m t f c i Case ATMi ^ copy laquo laquo ( i a -f gtltamp fi ES5 l e t t pound W IC HJ qg J ^ - C l f t S i i ^ C D ~ E a i copy laquo laquo t S K l laquo O o Case B f l t laquo laquo copy t f - 9 tt I - - 7 x t ^amp f l f l l l cSFD ESSofcSfEffiKfiM lttt 5 Cf t lcS LCase D f C i Sic h - 7 pound

grtffliicgofclaquo-jiclaquos ti5Bc deg -lt ^^wfffiE~Ga5-eiiasip]copyslaquocopylaquon^

egtlaquoE^tlti^jgtii-3fcfcffltttao st31 oia^est312 0ic st37Ei^eSf 391a

copy laquo S a laquo E l c t t J S T 5 R S S i A O o ( raquo t St 31 OElfiCase AcopyltJ5tft bull C 0 l 2 7 k g e laquo copyEAAltK2gSlCff f f l1-5bdquo pound copy pound 6Slaquof f llaquolaquoElttCth-

- 1 5 -

jAERI-M 8017

52 鞍型電磁力

川解析モデル

鞍型屯総力に対する応 j解析にlいたモデルも第22図に不すものである mしポロイダ

ルIOiI討対称耐の犠界条件の設定が難しい為これを避ける為ポロイダ JレjliJに 36 00

の令周

モデルとした要紫分割lも真空力の嶋合ι と[jjjじであるがやはりポロイダル jJ向は倍の 60分

割としている

続界条件を第 34表に示す鞍型Ii依力は第 23図に機式的に示す傑に対称備造物に対し

て逆対称荷電が作用することから境界条件としては逆対称条件を与える o 更に真空手日告は

E正常得器支持アーム以外に動荷電に対して支持効果のある鞍型電依力用ダッシュポットに

よって支持される従って第22図中のパネ定数は k1 = k 2 = 4 0 bull on 1畑 ka = 2 0 tOn

1111と与える

121 荷重条件

真空容器を流れる渦電流はその誘起原因となるプラズ 7 の挙動に従って第 35表の通り 6J21 _ ~ _ _ bull _ CU81

つの場合に分頴され石渦電流は各場合について詳細に検討されておりループ電流と鞍型電

流とにわけでその録大依を第 36表の様にまとめられる

鞍型電流に着目した湯合電流f直が最大となるのは CaseBのプラズ7 立ち上げ不着火時で

あり(5 5 kA ) 次いでCaseAのプラズ 7 立ち上げ着火時(4 5 k A ) bull Case Dのプラ

ズ7 内側消滅時(24 k A )であどなおここでプラズ 7 消滅時にはポロイダル磁湯コイ Jレ

の遮厳効果があるものとして計算されている以後の解析でもプラズ 7 消滅時はポロイダJレ磁

場コイルの遮蔽効果を考慮する

一方氏宅待器の応力解析においてはその荷重の絶対値とともに分布も重要な意味を持つ

からここで勝型電流鞍型電磁力の絶対値及び分布の検討を行うなおここで取り扱う鞍型

電流値は省限要素回路Jllこよりその値が最大となる時刻のものを取り扱う o

第 37図から第39闘にCase A B Dにおける鞍型電流のポロイダル方向分布を示す o

値は鞍型電流備がトロイダル方向で優大となる厚肉リング端における鞍型電流電流密度で表

示)のポロイダル成分でありその長大値はCase A B Dで各々 627832

kAm てある CaseAではその最大値はポロイダル断面E部に生じ全体的に可成り均

一に流れるが特に DE部の電流密度が高い CaseBでは電流分布のピークはトーラス

主半径内側に寄り E部の電流密度は小さくなるこれに対しCaseDでは更にトーラス主

半径内側に寄った分布になると同時にポロイダル断面 E-G部では逆方向の電流の流れがあ

る事がわかる

第 37凶から第 39図に示した鞍型電流のポロイダル成分とトロイダル依嶋との相互作用に

より生じる鞍型電磁力は トロイダル級編の強さがトーラス主半径方向長さに逆比例する事か

ら電流分布とは多少異ったものとなる第31 0図から第 312図に第 37図から第 39凶

の鞍型電流に対応する鞍型電織力のポロイダJレ分布を示す第 310図は CaseAの荷重分布

であり最大約27kgar の圧力が真空容器に作用するこの湯合鞍型電流の電流値に比べ

て街重が小さい事荷重分布がポロイダル断面の広い領域でほぼ均ーである事特にポロイダ

同

hu

A

J AEfi I - M 8 0 1 7

uTrrfri D~Ei$tr fc 2 5Kgci2 i l o i 1 V$gt S I 5 laquo laquo a t sect laquo laquo fc SEIC-tfclaquoic

laquogflaquolaquolaquogtj(iD-f nTr [6i t i Ppoundr-igiS]copyi Utfffflt5ffltHJ4laquo

Hli-TSi Ff-tf-KlirtfE^fNfl Lr O 5 C i icy 3 bdquo $ i i liaiiCase B copy reg It gt Ar-

0ampift 4 7kgtrade2 ffl3rofEjgtltf|fl-r3o Case B itltX copysectpoundbullcopy ramp A copylt ltJU- J x

euroraquoffieuro5gtt(i I- - 7 t^grtfflClg ^fcfccopyr 3o reg 3 1 2g|Cjlt-f Case Dcopyffilttt

bullfill ift^ft 20kgrf -c ampog d l--7 t l - a r t f f l c S i t t t f t i t i J i i t c 85 3

Wti ElaquoSgtJffl I- deg -f 2^j fa copycopy-laquoamp 3 3 1 3 i t j i t cn(i^glaquoA^i a -f

^tSrlffifir-ftA i iSjS ( S a 1 0 l ) ^ 3 1 2|g|ilaquot ) copy I- o 4 Ji|ii]gtT-0

-5 bull -X^flElgJ tb - b w

= - mdash (8) 17-ft V ^^ f f iW f r - p

t b ^ o - x -amp W-

t r IPS J x i f

b w ^ n - x j - x i

p s a - X tdeg v -f

Jil hCase 1CIWLT Case A B D CjtSSilt (CfEffi 1 bull5^laquolaquolaquoa copyJfcifcK-m fc

A Case 2 - 5 C I LTliCase D OitWampft J raquo $ 3 1 4 l i - x 1 ~ 5 (Cfc o r 7 7

fi iff l-rso (3) ^ W B i S amp y amp n Case 1 Kfctf Case A BamptfDffllaquotffpoundpoundpoundpound 3 1 5 BlAgtpound9S a 1 7 iaic^-f bdquo $ 3

1 5|21(i Case Al-fctt bull5poundfficopymdash0HT 0 llCfi J y3gaffly - z |5]poundft t p t

fittings 3 i oKiic^-rlaquoii n -f -iraquofifiD~FarfcsrfiEot^ifampacrtEcturii - lt o - x bull + - h copypoundamp) ttopound^ampampSCifi-tfn 4 ^raquoTiBillaquoia5r- liaftO 8im

T-S5 SI 3 1 6taii|E3 tlt Case B C f U S I f i J ^aSa5copyy - z filffiffi Jgtlaquo-^1 =

Case BtMiJBa l 1123 ic if to lt ffi ft I-- 7 i ^ g ^ f J f c s rgtr o6 tab ampk poundGifco 4 OHBrffiB~C amppoundpoundamppoundbdquo ftfifilt) 0 8r5o reg a 1 7iaic-f Case

Dr-iilfsa l 2B|-e-fcfl6icltglaquobulllaquoD 4 ^nSrEi ( laquo(iF ) ^ r t r - felfits fc poundffife|q|copylaquo|6] pound fipoundltft(i ogtf ^laquofBBg|5r4Ulaquo0 4laquomrpound3laquos I ^ f S

pound L t f f t Ult ttoffifl- Krpoundbdquo

ftlC Case 1 icrl 5 Case A BamptfD copyIS Atf-tfJffl-tfl laquobull 3 1 aeHfriffi 3 2 0 |pound|

-16-

JAERI-M 8017

ル lfruacuteriD~E 部でも 25 Kg棚2 程度の街電がある事等が特徴であるなお既に述べた織に

鞍型電織力はポロイダル断凶i1-半分と下半分で逆方向の力として作用するので凶中上半分が外

Hとすると下半分には内圧が作用していることになる第 31 1凶は CaseB O)flj i立分fjであ

り最大約 47同cnf 相当の[E力が作用する CaseBは全ての翁合の中で妓大のがI棋を与え

その荷電分布はトーラス主半径内側~に 1踊ったものである第 3目 1 2 図に Icircj~ す Case Dの荷電分

布lt長大が)2 0kg四F であり更にトーラス主半径内側~に寄った分布となるとともに第 3目

9凶にぶした電流分布に従いポロイダ Jレ断 I剖仁(或は下)半分内でも街 t立のjIIJが逆転する

という特徴を宿する

続型電儲力のトロイダ Jレ方向の分布の一例を第 31 3図に )Jyenすこれは鞍yen註他力がポロイ

ダル断而内で録大となる点(第31 0図から第 312図参照)のトロイダJレJjItJ]分市であり

N肉リング部ベローズ部内でほぼ直線的に変化するベローズ部にはI享肉リング部に対し

ベローズ等価板l寧 tb bull bw

厚肉リング板厚 t r bull P

の割合で鞍型電流が流れそれに相当する電依力が作用1る但しここで

tb ベローズ依厚

t r 事肉リング板厚

bw ベローズガース長

レ ベローズピフチ

である

日)

以 rCase 1に倒して Case A B Dに真空等法に作用する鞍塑電舷力の検討を行った

がCase 2 ~ 5に関しては CaseDの計算を行う第 31 4 図にケース 1~5 においてプラ

ズ7 内側消滅時に真空湾総に作用する鞍型電依力のトロイダル方向分布をぷすこれはポロイ

ダル断面で綾大となる点におけるトロイダル方向の分布でありポロイダ Jレ断面の分布 jl~ は第

31 2凶と l司織の傾向を示す厚肉リングベローズともにその板厚にほぼ比例したU極力が

作用する

(3) 解析結果及び検討

Case 1における CaseA B及びDの解析結果を第 315図から第 31 7凶に司王す第 3

1 5図は Case Aにおける変位分布の-1911であり厚肉リング端部の y-z方向変位を示す

街虚が第 31 0 凶に示す様にポロイダル断面 D~F部でも司成り大きい事及び内圧に対しては

ベローズサポートの支持効果がない事から最大変位はポロイダル断面直線部で生じ約 O目 81111

である第 31 6凶は同じく CaseBにおける厚肉リング端部の y-zj向変位分布を示す

Case Bでは第31 1 凶に示す如く街重分布がトーラス主半径中心側~に偏っているため長大

変位もポロイダル断面 B~C 部に生じる般大値は約 081111である第3 1 7凶に示す Case

Dでは第31 2凶でみた織に荷重分布がポロイダル断面上或は下)半分内でも逆転するため

変位も問機の傾向を示す展大変位はポロイダル断面B部で生じ約 04帽であるが真空容器

として好ましくない変形モードである

次に Case 1における CaseA BampぴDの応力分布の-1Jを第 318凶から第 320凶

-16-

J A E R I - M 8 0 1 7

CTN-TO ffili^n -X 1 1J4 copy ill g|S copy (S pound laquo pound laquo bull T L t l ^ Case A-e i i o -f ^laquofifiB S laquo ^ D 9 i i gt i ) t A ^ i g A ^ 4 i 5 i ^ (CSS 3 1 5 12 Tr^ L t l ^ g f i f f l t t 6 n -f gtHSflffilIraquoSB ( $ 3 1 5 S - C F ) - r jE^felaquogt^ ltft 6 4kg ra 2 T 5 o Ct l l f t ) ^ 5 laquo i c K S S ( a ^ E t Urfff f l -TSiS^^D - X bull bull - bcopypound)laquoftf igtpound lt laquo5 fiOampmiCfitfo-CampZW rtEiUTfffflt51i-amp ^ n - X - + - K i 4 lt poundftfflregJ-pound-SfcSt t t bullgtgt D ^ ^^laquoTifiiBlaquo6gBic^ittJBA)^-rsBIS6ttAlaquo-5o 95 31 9g|(c (iCase Bcopy0raquoJ-pound--r bdquo JS^Jreg $ U R~~C8bXamp t U Oft 1 0 9 kgra 2 r-amp6tf Case AlsJlaquo - D - X bull - - hcopypoundft$ampScopyteodeg-lt ^^ilaquofifigt-)i^r-iifeSaWii^laquoftvA 1 4 - i t 3 2 OElCfiCase DcopylE 3 pound - f bdquo S x t e C a s e B H laquo tf o 4 -S JU laquofEB~Ca5(C4 D ft 4 7 kglaquoui2 - C $ 5

HiifflCase 1 (CBSf 5 B f f g S ^ 3 7 a i d 4 pound J6 5 bdquo ttJ C d(C(i Case C copyfStFrSS

flJICCase l ~ 5 0 raquo laquo f e a i a 8 g C J i ) 8 0 C tilt Case D (Cfctf i i ^ f i amp t f J S T J pound 3 ifcffltrgt5o I S 8 S f f l laquo S t c M L a f plusmn t icifcfll L T ig JD t 5 a raquoJ ttftfctfist3 cjt^j L r t i a r s ^ regiffliia]ic ttijlaquoKW(c(ii6iplusmn-rs^ ^ n - x -

ilfft u ycopyaUiHiittcopyApound lt g S laquopoundampcopylaquopoundbulllaquobull te copy)ltpound deg 4 raquoltampamp

ftCKHSffiSAFB- bullgtraquo bull - hcopyampftpoundfT -5o S 3 9 SIC S 3 7 g e t ttitzampmfT

T-xicav6iampmmmtimbullgt bullgt bull raquo b amp t f K s ^ i S j c f t T - A copy ^ ^ ^ ^ raquo c C f g A F i F 2 F 3 lag- S ^ 2regffllftaki k 2 k 3 ICMSS UC OS bdquo dftampgtpound ) ^ 5 laquo C K A copy I J i A i ( i S g S S ) f T - A T - S i t f t e copy g | pound f i Case A B C D T - amp 6 9 7 7 9 2 9 i X-amp6 e ampIC = X-7ffllaquo9 ( Case C D ) (i 1-copy poundft ampraquo(amp A poundft 0bdquo tiz 7 ^ 7 f J i f S ( Case A B ) t U O ~ 8 0 laquo ( i

MSlaquosect3 f tT-AT-pound tT05igt^-5o C reg S (C bullgt = bull raquo h poundJR 9 lampOT 4gtSlaquo 9 l l raquo ^ i bull | f i l i i ^ ) | ^ ^ f a i O S S a 2 1 a 2 2 g | C Case B D i o O X(Tgt -J gts bull h AlaquoSS|pound-gtttOifpoundffllBtffi|poundSpound^-f o S 3 1 O S t t ^ i - T S S ^ j S laquoSlaquo-t tlaquoLfc)copy-ejjampA^|Et) |St tOraquoAlaquot)^So X t o - X f f l O j copy pound pound bullamplaquobull l t a 2 1 32 2 0 ^ e f e ^ $ f a i 9 3 2 0 fc3 lth (i fli Alt T ft 5 ampupoundSt M f t i t )gt5 laquo pound ^ r ttflUffl-1- H^copysiBSfflAssci iBe)nro4iflaquo-laquo-rat

53 JC^FFffi

(I) 7 ^ v t S 5 Omseclaquo F elaquo i poundbfc i^oKSS^^copyeuroiS^ J T - 6 0 -e i i 7 XTmiampteifeampTp It 5 Omser gt L T pound T copyiamptt-S-fr- T OS

Tp K l l i t e a W l C ^ S t S t t e ^ 7 ^ 7 laquo laquo 4 5 0 msec i J l l laquo S 7 J B laquo t laquo

- 1 7 -

)AERI-M 8017

に示す o 値はベローズ第 1山の山部の応力強さを示している CaseAではポロイダル断面 B

部から D郎にかけて大きな応力を生じるが刊に第 31 5図で示した録大変位の生じるポロイ

ダル断l飼直線部(第 31 5図で下半分)で応力も設も大きく約 64Iltg1Il1llであるこれから

わかる様に鞍型電依力が外圧として作用する場合ベローズサポートの支持効果は大きく応

力の緩和に有効であるが内圧として作用する場合ベローズサポートは全く支持の役割lを

巣たさないためポロイダル断面l直線部に大きな応力が発生する可能性がある第 319凶に

はCaseB の例告示す応力強さは B~C郎で媛大となり約 109kgmlll であるが Case

A問機ベローズサポートの支持効果のないポロイダ Jレ蛎面下分では全般的に大きな応力

値を示す o 第 320図には CaseDの応力強さ分布を示す最大は CaseB問機ポロイダJレ

断面 B~C部に生じ約 4 7 Igl7IIである

以上の Case1に関する解析結果を第 37表にまとめるなおここには CaseCの解析結

果も併せて示しであるがその荷重変位及び応力の分布はCaseDとほぼ同機である

次にCase 1 ~ 5の解析結果を第38表にまとめるこれは CnseDにおける最大変位及び

応力をまとめたものである真空宇手器の板厚 tに対し電依力は tに比例して熔加するが同IJ

性信もほぼ t3 に比例して増加するため板厚の僧加により強度的には向上するがベローズ

とI手肉リングの様に剛性の大きく異る繕造物の複合体ではその相対的なポロイダル断面変形

差が発生応力の支配的な要因であるため一概に板厚の増加が強度的に好ましいとは云えない

本パラメータの範闘ではケース 1に次いでケース 3が発生応力が小さい

次に鞍型竜織力用ダッシ a ポットの検討を行う第 39表に第 37表にまとめた各解析

ケースにおける鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アムの支持反力を示すこ

こで反力 Fl bull F bull F3 は各々第22図のぱね k1 bull k bull k3 に対応しているこれから

わかる織に反力のほとんどは真空容器支持アームで受け持ちその割合は Case A B

C Dで各々 6977 92 94である特にプラズ 7 消滅時 CCase C D )はそ

の街重分布の影響により変位分布はダッシュポット部で変幽点を有する為ダッシ 1 ポッ

トの支持効果は殆んどないまたプラズ 7 立ち上げ時 CCaseAB)でも 70 ~8 0必は

真空容器支持アームで支えている事がわかるこの様にダッシ a ポットを取り除いても強度

的に殆んど影響ないと考えられる第31 0表第 321 322図に Case B Dについ

てのダッシュポットがある局合とない場合の解析結果を示す第 310表は発生する重量大応

力強さを比較したもので殆んど変化がない事がわかる又ベローズ第 1山の応力強さ分布を

示した第 321322図からも多少第 319320図とは分布がずれるが殆んど変化

がな事がわかる従って計測用ポート等の設置空間が非常に限られている事を符慮すると

装置の総合性能としてはダッシ a ポットは取り除いた方が有利と恩われる

55 応力評価

(9) (1) プラズ7 電流が 50 msec以下で消滅した揚合の真空容器への電磁力

JT-60ではプラズ7 消滅時定数 p は 5 0 mseそして全ての設計を行っているが

p には物理的に不纏定な要素が強 ~o プラズ7電流が 5 0 msecより短い時定数で消滅する

-17-

J A E R I - M 8 0 1 7

mamp ltbull Case C f t t D ) laquo t t laquo ^ b t S i t _fc i tgtZ eurolaquopound gtltlaquoS^ts Cftffl bull- 5 ygt 8i tOia^t tlaquo-Ma-5BlHlt tlaquoc bull- r p lt 5 0msec copylaquo-amp HP r p = 1 0msec l m s e c 1 0 0isec 1 0 seccopy 4 ^ - x IC o O T B tff fr rgt t bdquo

f 1 2 3 0 I C Case C C f e O t 7deg 7 ^euroflpoundfls 5 0 msec laquo7tBlaquoS L t i ^ C l S S g claquotnSlaquo5eurolaquoitsy^-7euroiitfflgAft-r= ccr-ydegy -x^mm i p = 2 7 M A x-v pound ^ i R = 3 0 3 m W l a =0 9 5 m - C 0 o gtf ^laquo i f t a 4 ^ copy jiffi K Si pound amp pound r 5 o iJtii|SB5g[5]ampamp-c- gt(i h^^[e]SS^r-MffTofc =

KlSf lEKBBLTtt r p = 5 0 msec X 1 1 k A t S 0 T p = 1 msec laquo FC(i(5ltS mdash 5pound 0 4 5 k A T raquo J t c ^ - 7 deg laquo laquo t ( i r p = 5 0msec 7 9 kA t laquo c i M L r p

A5Jx$ 0 pound i l $ I C J i L r p = 1 0 Itsec t 2 6 5 M A t - U H ^ 7 x T i S f t ^ f f l f Si

fj 3 2 4HlC( i If 3 2 3llCf UtfgS lf i i t - ~ 7deglaquoSit pound pound M - ( 9~^Oi n ltf

16] o 4 ^JU^IB] copyamp( laquo + S 3 1 2 0 S t f | U 3 0ltt(3l2|E3laquoi-cltfeSo

K^JIC plusmn 0 ^ 4 - T 5 S ^ ) E J 3 ( i T p = 1 msec tXit TpregmP t t fe icmimt 5 tlt r p

= 1 msec J i l T - C l i l i l J - g t ) jft l 3 kgtrade 2 -tSbdquo mdashA ^ -7 l )5Klaquo(a^ (C J 0 fgpound-f S i S ^ f i T p copypoundpound(pound Hit to U r p = 1 0 s e c fift 8 kgms2 t ft 6 bdquo

(21 JB^iFffi 3 1 3 2Jkamp 3 3(l)copyByen$FffeHCgpound J T - 6 0 copy i O S i l O J S A i F laquo pound ASME Sec bull

inicWbTff-o ftmmtk urn m^sti mmnvammti raquomdashfnmmamptiampumft ltgt ^ e f H ^^^isiosiftKJSicis^D - x copy E laquo ^ 5 bdquo c ctffl= S(i-f t ic ipoundfi - R t S H raquo S 1 - 5 o Code Case 1 3 3 1 - 8 Claquotn( f 0 3 J 6 2 5 f f l S m l (i

S m = 1 8 3 kgraquom2 ( a t 4 0 0 C J

P m + P b - 1 - 5 S m = 2 74kgrf

P m + P b + Q - 3 S m = 5 49kglaquoti

Tfe-S o d C C P m laquo amp raquo lt P b f f l t f JSlaquo3 Q - amp J E laquo

^o-x^iOjr-feSo - 1 8 -

]AERI-M 8017

湯合(Case C及び D)現仕織から求まる値を上まわる電織力が真空容器に作用するため

装置の健全性を損ねる可能性がある C そこで pく 50 msec の場合即ち τp= 10mョec

lmsec 1 0 0μsec 1 0μsecの4ケースについて解析を行った o

第323凶に Case Cにおいてプラズマ電流が 50 mscc以下で消滅した揚合に真空容器

に流れる鞍型電流及びループ電流の長大値を示すここでプラズ 7 電流 Ip=27MA プラ

ズ7 主半径 R=303m面IJ半径 a=O95mでありポロイダル篠原コイルの遮蔽効果も含

めである前者は有限要素回路法で後者はトカ 7 ク回路論で解析を行った o

鞍型電流に関しては p=50msec で 1L kAであり p = 1 msec以下ではほぼ一定

であり 45kAである o まt)レープ電流は n = 5 0 msec 7 9 kA であるのに対し ~lIlloCh t p

が小さいと急激に上昇し τp= 1 0μsec で265MAでほぼプラズ 7 電流相当の電流が

真空審器に流れる

第 324図には第 323図に示した鞍型電流 )レープ電流と各々トロイダ Jレ依場ポロイ

ダJレ依場との相互作用により真空写器に働く電舷力の長大値を示す線型電縫力のトロイダ 1レ

方IIJ]ポロイダJレ方向の分布は各々第31 2図及び第 313図とほぼ同線である

またこれらの電磁力によって真空容器に発生する俵大応力を第 325図に示す鞍塑電流

電磁力により発生する霞大応力は p=lmsecまでは pの減少とともに増加するが p

= 1 msec以下ではほぼ一定であり約 13kgJl1II2である -jj )レープ電流電依刀により

発生する応力は p の減少に伴い場加し p = 1 0μsec で約 8kg1II11l2 である

(2) 応力評価

31 32及び 33([)の解析結果に基き J T-60の真空雰器の応力評価を ASME Sec

Eに準じて行う作用荷重としては真空力鞍型電流電磁力 )レープ電流電総力及び厚肉リ

ングのトロイダ Jレ方向の熱膨張によるベローズの圧縮を考えるここで前三者は一次『力に

後者は二次応力に分類する CodeCase 1 3 3 1 -8によればインコ不 Jレ625のSm値

は

Sm = 1 83 kgIII1112 (at4000

CJ

であるから一次及び二次応力に対する詐容応力強さは

Pm+P b lt 15 Sm=2 74kglI11I

Pm+P b +Qlt 3 Sm=5 49kιPr

であるここで

である

Pm )漢応力強さ

Pb 曲げ応力強さ

Q 二次応力強さ

第 311表に各ケースにおける最大応力強さを生じる要素に対する応力評価をまとめる

ここで震大応力強さ 4主じる要素は第31 1表中に図示しである様にポロイダル断面B部の

ベローズ第 1山である

-18-

J A E R I - M 8 0 1 7

77X^mmregfcampTp Alt5 0 msec t 6 tpound h If M A i b t l iCase BAsg^TiampO Case 1 4 amptf 5AltASME copyfFSiSftSi pound pound FB pound deg lt o - XcopylaquoWAlt pound 5laquowfflfl|-sect- -RfSA^tfcRWfS ltffljtegtn laquoamp(amp laquoamp Ci5f f l i SL ^ o - x copyIS w 2 o laquoraquo copy

l2-f tKAc t tUTt tRWampffiraquoltpoundyenpoundt t s t -^Elcopy y-^laquofflrtCli ^ o - x copy l I laquo ^ O J 4 i S S W C t l f 5 f j ) laquo M ^ - J lift (I ycopyffilyen(plusmn -^Blcopy- -ampmftxttnmmkiamptiregzicmmamp5-z-tpound^fwfrfr6o

n pound ^ e gt ssWciiSfcWiJ-elaquoA S B raquoft J y laquo l B 4 ^ u o - i 6 oraquoraquocopy

iKJi 4 n ss$ijaimcopyigBx--x^$ij^ i n ^ S39so8S4^wgtlaquo

isregscopy^iciatAtgs^4x^^s ttfliJM- (-^copysmuffl stiffslttlaquoo

r pAlaquo50msec ltfc 0 ffioJgampli ftlaquoW pound LT Case 1 SO 5 ICoOT r p = 1 msec 1 0tisec copy^copyJS^fFffiampfrofco r D A lmsec KITTr 5 ltt lamp A ltt L t f Case

(7) c i ic i i5 c cx-mmm i- A^SSSHcopylaquoamplaquo igtfc eii^31 1 g ic t t^ t iT l^A dna^fc^SfiM r p = 1 msec^tKJCaselT-littSfSAreg S^ffi^lcT regSAlaquo Case 5 Cli Cftpound_t|5] 6 bdquo Lfr U T p iUmsec I S H F C i S i I 5 S S C - ^laquoEreg8B a WfticfcttSLW poundbullgt Sffleurol8AlaquolaquottJfc-eK3g3secticftffl-f s i iBa7gtilc-poundttlZmraquopoundntiStamp t Case 1 ICJsOT gt r p = 1 msec XisectH-t

-19-

J A E R 1 -M 8 01 7

プラズ7 消滅時定数 τpが 50 rnsecであるならば電舷力としては CaseBが最大であり

Case 1 bull 4及び 5がASME の許容応力強さを下回るベローズの板厚が25 mmの湯合一

次応力を比較的低く抑えられるが二次応力が大きくなるのに対しベローズの板厚が 20mmの

場合は二次応力は小さいが一次応力が比較的高くなるという傾向を示す許容応力強さから

は二次応力に対して比較的余俗がある事を考えると今回のバラメータ範囲内ではベローズ

の板厚が大きい方が強度的に有利である事がわかる一方厚肉リングの板厚は今回のパラ

メータ範囲内ではそれ程最大応力強さに影響を与えない事がわかる

厚肉リング補強リプは鞍型電流の電流値に効く実際の板厚を贈す事なく等価剛性を上げら

れ長から強度的には非常に有利であるが反面厚肉リング外表面から 100160闘の

高さを有し厚肉 11ングとトロイダル儀場コイルの聞の空間の多くを占有するためポロイダ

Jレ飯場コイル混度制御層等の設置スペースを制約してしまう第 39表の結果からわかる様

に備強リプを取り除いた場合でも許容応力を下回るため装置全体の設計を考えた場合補

強リプは取り除いた方が有利と考えられる

また鞍型電儀力用のダッシ 2 ポットはそれを取り除いても発生する震大応力強さ及び

応力強さの分布にほとんど影響を与えない為計調ij用ポート等への空間利用を考慮すると取り

除いた方が有利である

pが 50 msec より短い場合は代表例として Case1及び 5について τP 1 msec

1 0μsecの湯合の応力評価を行った nが 1msec 以下であると電磁力としてはrase(7)

Cが録大となるここで電流値はトカマタ回路論の値を用いた結果は第 311表にまとめり

れているがこれからわかる織に p=lmsecであれ」まCase1では許容応力強さを僅かに下

回るが Case5 ではこれを上回るしかし pが 1rnsec程度以下になると真空容器に

誘起されるループ電流がMAのオーダーとなるため第 39表に分類した鞍1電流電磁力ル

ープ電流電磁力以外にも無視し得ない大きさの電磁力が様々な形で真空容器に作用する i~計算及びモデノレに含まれる誤差を考慮するとCase 1においても p= 1 msecでも発生す

る最大応力強さは許容応力強さを上回る可能性があると思われる

一19ー

J A E R I - M 8 0 1 7

Table a 1 laquo pound t t ( U S ) Boundary X y z e

X e y e z

O-P-Q 1 0 0 0 I 1 O-R 0 I 0 1 0 1 Q-T 0 l 0 1 0 1 R-S-T 1 0

0 0 I 1

O-T a re shown in F ig A-1 0Free 1Fixed

Table 1 2 g pound f C ltfc SJSPflfpound$

Case 6max ( m m ) a max (kgmm^)

Case x y z

a max (kgmm^)

1 13 -17 27 126

2 -14 -19 -36 130 3 bull 27 -35 -63 172 4 - 4 -19 -35 84 5 -27 -35 -63 129

Table 33 K pound ts Id X 6 ISA-W BBS^ffi ic J 3 pound ltt B W raquoikK

2 (kgmm )

Case al deg2 deg3 deg l + 0 2 + a 3 degt 1 08 16 79 103 112 2 09 14 79 102 125 3 18 33 79 130 165 4 25 13 22 60 79 5 48 38 22 108 123

a Stress in toroidal direction computed by FEM

-20-

JAERI-M 8017

Table 3 1 境界条件(真空カ)

Boundary x y z 日 o y

x z

O-P-Q l o l l

O-R O 1 l O 1

Q-T o l 1 l

R-S-T 1 l l

O-T are shown in FigA-1 OFree 1Fixed

Ta b 1 e 3 2 真空力による応力解析結果

Case 占max (mm) maxx Y z (kgmm2)

1 13 -1 7 27 126

2 -14 -1 9 -36 130

3 27 -35 -63 172

4 ー4 -19 -35 8~

5 -27 -35 -63 129

Table 33 真空力による応力一有限要素法による結果と解析解の比較

Case

1

2

3

4

5

kqmn2

01

O2 3 01+ロ2+

03 t08 16 79 103 112

09 14 79 102 125

18 33 79 130 165

25 13 22 60 79

48 38 22 108 123

O~ Stress in toroida1 direc~ion computed by FEM

-20-

J A E R I - M 0 1 7

Table 34 $ amp t t (ScSffiflBfl) Boundary X y z 9 X e y 6 z

O-P-Q 0 l 1 1 0 0

R - S - T 0 l 1 1 0 0

O-T are shown in FigA-1 0Free 1Fixed

Table 35 K S S i s C euro ffi laquo SiE n laquo sectpound raquo pound i 6

Case Plasma Behav io r

A C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s g e n e r a t e d )

B C u r r e n t b u i l d - u p p h a s e

(plasma c u r r e n t i s n o t g e n e r a t e d )

C C u r r e n t shu t -down p h a s e

( w i t h o u t d i s p l a c e m e n t )

D C u r r e n t shu t -down p h a s e

(wi th inward d i s p l a c e m e n t )

E N e g a t i v e s p i k e

F P o s i t i v e s p i k e

Table a 6 gffiggicjKnsi-TfcaiE copyn^ffi^s^tt

Case A B C D E

T (msec) - - 50 1 0 0 1 50 1 0 0 1 - -Max l o o p c u r r e n t (kA) 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

607

1471

Max s a d d l e shyl i k e c u r r e n t (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

25 51

v

n mdash 3 k v

raquo By Tokarook Circuit theory

-21-

Case

A

B

C

D

E

F

JAERI-M 017

Table34 境界条件(鞍型電磁力)

Boundary

O-P-Q

R-S-T

O-T are shown in FigA-l OFree lFixed

Table 35 真空容器に電流が流れる場合の定義

Plasma Behavior

Current build-up phase

(plasma current is generated)

Current build-up phase

(plasma current is not generated)

Current shut-down phase

(without displacement)

Current shut-down phase

(1iI th inward diplacement)

Negative spike

Positive spike

Table 36 真空容器に流れるループ電流鞍型電流の最大値

Case 且 B c D

τp (msec) 50 1 001 50 1 001

Max 1ロロPtkA current (kAI 242 340 71 1190 2660 79 1220 2620

Max sadd1e-1ike current (kA) 45 55 11 62 65 24 42 46

L

vns3kv By ⑦okamak Circuit theory

-21ー

E

合

1471607

51 食合25

J A E R I mdash M 8 0 1 7

Table 37 K i t i S l C J S l S A S S r i i (Case 1)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

A 25 032 083 64 B 46 -060 -084 109 C 13 -019 -030 31 D 21 -030 -046 47

T a b l e 1 8 regleuroffiKLJSJEA(SyenlaquoTife- ( C a s e D)

Case 6 (mm) max a max 2 (kgmm ) Case

X y z a max 2 (kgmm )

1 21 -030 -046 47 2 22 -032 -049 54 3 21 -031 -047 50 4 19 -030 -046 60 5 18 -029 ^-044 56

JAERI-M 8017

Table 37 鞍型電磁力による応力解析結果 (Case 1)

Case Omax

(mm) ロmax

x Y z (kgmm2)

A 25 032 083 64

B 46 -060 -084 109

C 13 ー019 ー030 31

D 21 ー030 -046 47

Table 38 鞍型電磁力による応力解析結果 (CaseD)

Case 占max (mm) c max

x Y z (kgmm2)

1 21 -030 -046 47

2 22 -032 ー049 54

3 21 -031 -047 50

4 19 -030 -046 60

5 18 -029 -044 56

-22-

J A E R I - M 8 0 1 7

Table 39 R I I 8 A S raquo gt - bull 5 h R t f S S I i ^ T - A raquopoundf tK ( ton )

Case Dash-pot Vacuum vessel support arm Case Upper Lower Upper Lower

Case

F l Fl- F 2 F 3 F 2 F 3 A 111 -119 -197 56 -203 62 B 96 -102 -302 20 -307 -27 C -07 07 -62 -20 -61 18 D -09 08 -98 -27 -98 25 B -325 37 -333 -48

-96 -29 -96 26

w i t h o u t d a s h - p o t

Table a i O IT y bullgt= y ^ t t l gt l ^ laquo ) I laquo f S S

Case 2 a (kgmm ) max ^ Case With dash-pot

Without dash-pot

B 109 108 D 47 49

JAERI-M 8017

Table39 鞍型電磁力用ダッシュポット及び真空容器支持アームの支持反力

( ton )

Case oash-pot Vacuum vesse1 support arm

Upper Lower Upper Lower

F1 F1 F

2 F3 F2 F3

A 111 -119 -197 56 -203 62

B 96 -102 -302 20 -307 -27

C -07 07 -62 -20 -61 18

D ー09 08 -98 -27 -98 25

B -325 37 -333 -48

D 由 96 -29 -96 26

without dash-pot

Ta b I e 3 1 0 ダッシュポットのない場合の解析結果

Case max (kgmm2)

With Without

dash-pot dash-pot

B 109 108

D 47 49

-23-

Table a 1 1 ampjjm

2 (kgmm )

Case degv degs deg1 degt m b m b P (msec)

Case degv Isadl (kA)

loop (kA)

degt m b m b P (msec)

i-t 94 55 107 420 13 9 214 306 50 i-t 94 62 121 1190 37

9

252 344 1

i-t 94

65 126 2660 83

9

303 395 001 2 104 75 143 420 44 90 291 381 50 3 126 62 118 420 53 90 297 387 50 4 56 75 143 420 24 267 223 490 50 5 78 62 118 420 33 267 229 496 50 78

70 133 1190 93

267 304 571 1

78

73 139 2660 207

267

424 691 001

obdquo Stress by vacuum pressure 0 Stress by saddle-like eddy current o-i Stress by loop current a Stress by thermal expansion of rigid ring

応力評価Tab I e 3 1 1

十『〉回国国

lginfin

白

戸

叶

今

(kgmm) 戸ー

Case Ov Os 01 Ot Pm+Pb Pm+Pb+Q

Isadli IloAo p (msec (kA) (k

l 94 55 107 420 13 9 214 306 50

62 121 1190 37 252 344 1

65 126 2660 83 303 395 001

2 104 75 143 420 44 90 291 381 50

3 126 62 118 420 53 90 297 387 50

4 56 75 143 420 24 267 223 490 50

5 78 62 118 420 33 267 229 496 50

70 133 1190 93 304 571 1

73 139 2660 207 424 691 001

INAP--

v Stress by vacuum pressure

05 Stress by sadd1e-1ike eddy current

Ot Stress by therma1 expansion of rigid ring

01 Stress by loop current

J A E R I - M 8 0 1 7

TJinnniwK

(Case 1 reg0H V 4 1 )

MWWJUUK -i

Fig3 2 Kpoundtcltfc3 t fo4 ^ B f B ^ f i raquo (Case 1 IJfiJ y^ f f l )

t nnnnnrmnik

Figa 3 J I S I C j S n f ^ B r f f i g f t t t f t (Case 1 ^ D - X 4 1 )

-25 -

JAERI-M 8017

叩MMIyenJyenJt

tmm

34 Fig31 真空力によるポロイダル断函変位分布

( Ca se 1 厚肉リング中央)

r

阿川町~----~

tmm

Fig 32 真空カによliポロイダル断面変位分布

(Oasel厚肉リング端〉

nnnnnnnn ~ fyenJIIIJUIJyenIlII一一一

tmm

r判ヘFig33 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Caselベローズ中央)

-25-

J A E R I - M 8 0 1 7

MAJIIWUIPC

5klaquotimP

Fig 3 4 pound ic J 6 IB tl copySfe raquo

(Case 1 - c o - Xfg 1 Uj)

[UUinAAAAPpZ 1 2mm

Fig35 X ^ i l C i S ^ n ^ ^^raquorffi^fi[raquoflj (Case 2 - so - Xreg 1 0J)

iwnnnnnnifc J _ t 1 3 2 mm

Fig3 6 nQtHCZZ a 4 ifngtmm$Qftl6 (Case 3 a - X 1 til)

- 2 6 -

JAERI-M 8017

nMJUWUyen1

Fig3 真空 力に よる 応力 の強 さ分 布

CCasel ベローズ第 1山)

ShOh聞が

一

一-yhellip~J J 2円前ト

rベミヘFig35 真空力によるポロイダル断面変位分布

CCase 2ベローズ第 1山)

一一J側一~ ] 白戸

F 〉へFi g3 6 真空カによるポロイダル断面変位分布

(Case 3ベローズ第 1山)

-26-

J A E R I - M 8 0 1 7

iwuuwnnK

2x10 Am

Fig3 7 mmnmXd ^HamptfOTfrflJ ( Case A)

hnnjinnnniz

2x10 Am

Fig a 8 I I I I ^ M 50npoundcopyraquof r (Case B)

hAIMUlAJ^

2x10 Ahi

Fig 39 laquoSlaquoaiEtf n 4 pound copy (Case D)

- 2 7 -

JAERI-M 8011

lMRIllUWlll

2x10 Alm -

Fig 3 7 鞍型電流ポロイダル成分の分布(Case A)

川馴Jl2x10 Am

Fig 38 敏型電流ポロイダル成分の分布 (CaseB)

阿川2x10 AIm ドー4

Fig39 骸型篭流ポロイダル成分の分布 CCaseD)

-27-

J A E R I mdash M 8 0 1 7

finnnuuuut

F i g a i 0 mreg1gregtlltraquoalt 9Hfa5 (Case A)

nnnnnnnnik mdash J

Fig a 1 1 8 H 1 H 8 A copy cM ^^HHH^i (Case B)

imnnnnwinl J

F i g a i 2 i S t laquo A laquo o - ( ^^^rf i lcopyraquo (Case D)

- 2 8 -

JAERI-M 8017

問剛山k

Fig310 鞍型電磁力のポロイダノレ方向分布 (OaseA)

fyenflJUyenIU1JUU1

Fig311 鞍型電磁力のポロイダル方向分布 (OaseB)

山肌川弘

Fig312 敏型電磁力のポロイダル方向の分布 (OaseD)

-28-

-62

-

3

TO m m a- 9 ~r

0 -V

V

3k

SB

gtdeg

Pres

sure

(

kgc

m2)

IN)

Gi

Pres

sure

(

kgc

m2)

M

9

H

o 3

a

Q 5

laquodeg

IN)

Oi

^ 5r

-gt_

i

o Q

01

n TN) w

Case45

o O

o

Q

ltD

ase

Q ro

i 1

35

24

KkA) Case |

CD -

IN)

0)

IN)

IN)

Oi

IN) 0)

A

IN)

Ul

L I

0 8

M-U

aV

f 』〉肘何回

l冨

面

白

岡

叶

Case 24 3

『ζ

(制

EUyenZ

』コ帥的

ω』仏

I刻 現E

56kA 49kA 18kA

A一ーCaseB--Ca田 A--CaseD

5

4

3

(Eどovこ

自

EコωωEaI

M由1

nng

direction

Rigid

Toroida I

x

鞍型電磁力のトロイダル方向分布 CCaseA B D) Fig313

鞍型電依力のトロイダル方向分布 CCase 1-5) Fig314