Presentazione ed Elenco
Attività
ENEA
FUS TEC
Frascati, 25 Mar 2004
IGNITOR: Presentazione Attività di Ingegneria
A.Capriccioli(a), L.Cornaggia(b), P.Frosi(a)
(a) Enea FUS TEC; (b) Soc.ALTECO Servizi di Ingegneria per l’Industria S.r.L.
Questa di oggi vuole essere solatnto l'esposizione di "strumenti" di lavoro da utilizzare nel calcolo di Ignitor:
evidentemente tale presentazione non può non passare tramite una "mostra" del lavoro che si è fatto.
 ELENCO DEI CAPITOLI SVILUPPATI
1 Calcolo strutturale per la Camera a vuoto
2 Calcolo elettromagnetico del sistema poloidale
3 Calcolo termico del sistema poloidale
4 Calcolo strutturale per le Forze In Piano (FIP)
5 Procedura per il calcolo delle forze elettromagnetiche fuori piano
6 Calcolo strutturale per le Forze Fuori Piano (FFP)
 COLLABORAZIONE CON ALTECO
(Inizio Lavori 1/12/2001)
Collaborazione con Alteco
 ARCHITETTURA DEL SISTEMA
Architettura del
Sistema
•Files
FilesComuni
Comuni di Input
Parte del file di GEOMETRIA
S1.1 0.2180 0.2693 0.18550 0.3660 21.0
2
11 0.8046 cw35
0.0236 0.0317 0.0026 ………
S1.2 0.2693 0.3180 0.18550 0.3660 21.0
2
11
0.8005 cw20
0.0225 0.0317 0.0029 ………
S2.1 0.3216 0.3785 0.18550 0.3660 21.5
2
11
0.8207 cw35
0.0264 0.0317 0.0033 ………
S2.2 0.3785 0.4323 0.18550 0.3660 21.5
2
11
0.8115 cw20
0.0249 0.0317 0.0035 ………
S2.3 0.4323 0.4845 0.18550 0.3660 21.5
2
11
0.8016 cw20
0.0241 0.0317 0.00375
S2.4 0.4845 0.5352 0.18550 0.3660 21.5
2
11
0.7962 cw20
0.0235 0.0317 0.0040
S3.1 0.2180 0.2693 0.58850 0.3660 21.0
2
11
0.8046 cw35
0.0236 0.0317 0.0026
I1.1 0.2180 0.2693 -0.18550 0.3660 21.0
2
11 0.8046 cw35
0.0236 0.0317 0.0026
I1.2 0.2693 0.3180 -0.18550 0.3660 21.0
2
11 0.8005 cw20
0.0225 0.0317 0.0029
I2.1 0.3216 0.3785 -0.18550 0.3660 21.5
2
11 0.8207 cw35
0.0264 0.0317 0.0033
I2.2 0.3785 0.4323 -0.18550 0.3660 21.5
2
11 0.8115 cw20
0.0249 0.0317 0.0035
I2.3 0.4323 0.4845 -0.18550 0.3660 21.5
2
11 0.8016 cw20
0.0241 0.0317 0.00375
I2.4 0.4845 0.5352 -0.18550 0.3660 21.5
2
11 0.7962 cw20
0.0235 0.0317 0.0040
I3.1 0.2180 0.2693 -0.58850 0.3660 21.0
2
11 0.8046 cw35
0.0236 0.0317 0.0026
Rint
Rest
Zbar
Hbob NspA Nso Nsv
Cs
Mat
Lsp
Hsp
di input
Esempio di File di scenario
S1.1
S1.2
S2.1
S2.2
S2.3
-3.00
0.00
0.70
1.50
2.50
3.50
4.00
8.00
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.500
0.500
1.575
1.575
1.575
0.170
0.170
0.560
0.560
0.560
-0.050
-0.050
-0.160
-0.160
-0.160
-0.700
-0.700
-1.040
-1.040
-1.040
-1.400
-1.400
-1.720
-1.720
-1.720
-1.450
-1.450
-1.760
-1.760
-1.760
-1.550
-1.550
-1.820
-1.820
-1.820
rfr
Parte del file Materiali :RAME (OFHC) CW20
MPTEMP,1,30,40,50,60,80,100
!cond.termica CuAg-DSC e/o materiali simili; Doc.IGN CRY I 1001 001 Rev1 del 5/6/'00
MPTEMP,7,150,200,250,300
MPDATA,KXX,mate,1,435,457,448,434,417,403
MPDATA,KXX,mate,7,379,369,370,365
MPTEMP
MPTEMP,1,30,40,50,60,80,100
!calore specifico è relativo al rame OF e/o DS (vedi dati ABB)
MPTEMP,7,120,160,200,250,300
MPDATA,C,mate,1,26.6,58.9,96.8,136,202,252
MPDATA,C,mate,7,287,331,356,374,385
MPTEMP
MPTEMP,1,0,273,293
MPDATA,DENS,mate,1,9021,8934,8927.6
!densità RAME qualsiasi. Vedi Materials at low Temperatures allegato al documento "Componenti e
MPTEMP
! scelte tecnologiche in appoggio al progetto IGNITOR" IGN A IGN I 0004 del 15/3/88
!RESISTIVITA' materiale OFHC cw 20% RRR90 !vedi doc. IGN OHT N 5103 000 : progetto IGNITOR Dimensionamento del trasformatore centrale 03/02/'03 Rev. 0.
QUADRO TEMPORALE GNERALE
Pianificazione
Quadro Temporale 2001
Generale
Calcolo Termico
Calcolo Strutturale
FIP
Procedura calcolo
FFP
Calcolo Strutturale
FFP
2003
2004
|
==========-------------------X *****
Camera a Vuoto
Calcolo
Elettromagnetico
2002
TFC ======PFC======---------==========------X
TFC ======
=====
PFC========-------------==========|
========X
=======X
========X
2005
Capitolo 1
Camera a Vuoto:
2001
2002
2003
2004
==========------‎---------------X *****2001
|
2005
2002
2004
Descrizione del modello – Elementi shell a guscio sottile di spessore parametrizzato a 4 od 8 nodi;
–
–
–
–
–
–
–
–
Dimensione degli elementi definibile con ESIZE;
Ampiezza dei moduli variabile: 15°; 30°; 90°, 180° e 360°;
Per ogni configurazione condizioni al contorno, vincoli e carichi;
Procedure di carico per eddy currents in base ai risultati del modello elettromagnetico;
Procedura di carico per Halo current da schema Dott. M. Roccella;
Nessun carico per forze nette orizzontali (non disponibili);
Procedure di analisi elastica, inelastica (analisi limite e plastica) e compensazione elastica;
Figure e Utilizzazione.
Capitolo 1 (CV)
Modello FEM di 30°
Modello FEM di 180°
2003
Fig
ure
1-4
Esempio di risultato nel settore di 30°
Deformata a spostamenti circonferenziali
Deformata a spostamenti poloidali
Deformata a spostamenti radiali
Figure
5-8 ed
Analis
i
effettu
ate
Deformata a spostamenti verticali
Utilizzazione del modello:
- Analisi delle rigidezze del mantello della CV ( giunto saldato);
- Analisi semplificate comparative della CV (parti in rame);
- Nessuna attività riguardante l’attuale disegno della CV di Ignitor.
Capitolo 2
(Calcolo
Capitolo 2
Elettromagnetico
PFC)
Calcolo Elettromagnetico del Sistema Poloidale:
2001
2002
2003
(TFC======) PFC=======-------==========-----X
2004
====20
|
2005
Introduzione: Il fine del modello è la determinazione delle forze di natura elettromagnetica agenti su ogni
Descrizione del Modello -
-
-
-
-
poloidale e della densità di flusso magnetico. Quest’ultima grandezza verrà utilizzata nel
successivo calcolo delle temperature dello stesso sistema di Bobine Poloidali e nel calcolo delle
forze elettromagnetiche fuori piano agenti sulla bobina Toroidale. Le forze elettromagnetiche
costituiranno, assieme alle temperature, l’input per le successive analisi strutturali dell’intera
Load Assembly. Tutte le caratteristiche, geometriche, dei materiali e dello scenario delle correnti
vengono importate da appositi files che costituiscono una banca dati comune sia al calcolo
Elettromagnetico che Termico che Strutturale.
E’ un modello 2D ed utilizza elementi ANSYS Plane53 (8-nodi e 4-nodi Magnetic Solid), elementi Infin110
(2-D Infinite Solid) ed elementi CIRCU124 (elementi circuitali degli alimentatori);
Viene modellato tutto il Sistema di Bobine Poloidali, la Camera a Vuoto e la regione del Plasma; questi items
sono circondati da regioni “aria” ed “infinito”.
Il Plasma viene descritto con 198 piccoli conduttori di circa 30 mm di lato nei quali fluisce parte delle corrente
di plasma. La corrente totale imposta dallo scenario viene assegnata con una distribuzione spaziale di tipo
parabolico, il cui massimo valore è il doppio del valore medio.
Per alimentare in corrente il sistema Poloidale si usano elementi ANSYS Circu124 che impongono ad ogni
Bobina la corrente prevista. Ogni elemento FEM di ogni Poloidale corrisponde ad una spira del Poloidale
stesso.
Il modello totale FEM include circa 22000 nodi e 18000 elementi e risulta totalmente simmetrico, ad
esclusione della zona interna alla Camera da vuoto dove il plasma può assumere una distribuzione
asimmetrica.
I dati di output del modello sono costituiti dalle forze elettromagnetiche nodali e dai valori della densità di
flusso magnetico presenti in ogni poloidale ed in ogni istante delle scenario. Tali dati vengono
automaticamente scritti in appositi files situati in apposite directories e costituiscono i dati di ingresso per le
successive analisi. 01
Figure 1-4
Esempio con Plasma e Mesh interna alla camera asimmetrica
Figure
5-8
Dati Maxfea originari
Plasma tipo Maxfea
Dati Maxfea smussati
Plasma a 200 fili
Capitolo 3 (Calcolo Termico PFC)
Capitolo 3
Calcolo Termico del Sistema Poloidale:
2001
(TFC======)
2002
2003
PFC=======-----------==========|20
2004
|
2005
Introduzione: Il fine del modello è la determinazione delle temperature raggiunte dagli avvolgimenti delle
Descrizione del Modello -
-
01
bobine del Sistema Poloidale durante lo svolgimento dello scenario. Le temperature
verranno utilizzate nel successivo calcolo Strutturale della Load Assembly sia per le Forze
in Piano che Fuori Piano. Anche questo modello accede ai dati comuni di input (geometrie,
materiali e scenario) e per i dati riguardanti i valori delle Densità di Flusso Magnetico
importa i risultati del precedente calcolo elettromagnetico.
E’ un modello 3D ed utilizza elementi ANSYS Solid69 (3-D Thermal-Electric Solid) .
Viene modellato un settore di 2° in senso toroidale, per ogni poloidale e vengono descritte le singole
spire con i relativi fori di raffreddamento, gli isolamenti di spira, interspira e contromassa.
L’analisi è di tipo statico e l’evoluzione della corrente in ogni spira viene imposta come forza nodale.
Nel calcolo è considerato l’effetto della magneto-resistenza: i valori di B vengono letti, per ogni
poloidale e per ogni spira, con passo temporale 0.5 sec dai files precedentemente generati.
Il numero di elementi è variabile con la grandezza del poloidale in questione. Il sistema è totalmente
automattizzato ed analizza singolarmente ogni polodale Superiore ed Inferiore in caso di scenari
“asimmetrici”.
I dati di output del modello sono costituiti dai valori delle temperature nel tempo: tali valori vengono
automaticamente salvati su file con apposito nome e nelle previste directories.
Figure
1-4
Figure 5-8
I risultati del modello sono stati ampiamente discussi e raffrontati con diversi altri sistemi di calcolo. Un punto particolarmente analizzato
e dibattuto, nell’ambito del presente contratto con ANSALDO, è stata la rilevanza dell’aver considerato anche l’isolante nel calcolo delle
temperature. E’ stato dimostrato che il considerare l’isolamento elettrico, con le sue caratteristiche termiche e nei tempi propri dello
scenario, porta ad una diminuzione della temperatura massima di circa il 15% della massimo T che si sarebbe avuto se tale componente
non fosse stato considerato (circa 30° in meno per i poloidali più caldi).
L’isolamento di spira ed interspira risulta infatti a fine impulso a temperature prossime a quello dello stesso conduttore di rame: il suo
calore specifico risulta circa 5 volte quello del rame con una densità di circa 1/4 e costituisce una capacità termica ed un volano
considerevole di calore. La presenza di tale elemento andrebbe considerata anche in fase di raffreddamento.
Capitolo 4 (Modello Strutturale FIP )
Capitolo 4
Modello Strutturale Load Assembly FIP:
2001
2002
2003
2004
--------------=========X20
|
2005
Introduzione: Tale modello è relativo alle sole Forze In Piano (FIP). Per ciò che concerne le forze
Descrizione del Modello -
-
-
01
elettromagnetiche agenti sul sistema di bobine poloidali e per le loro temperature si è già
parlato sia dei modelli relativi sia della generazione dei files risultati. Il modello strutturale
importa automaticamente tali dati, a seconda dell’istante temporale che si vuole analizzare.
Rimangono da importare le temperature e le forze in piano agenti sulla bobina Toroidale:
per tali forze si fa riferimento ai risultati del codice FORTE. E’ necessario predisporre
preventivamente appositi files direttamente “copiati” dal FORTE ed applicare un’apposita
procedura per il passaggio dei carichi dalla mesh FORTE a quella Strutturale.
Il modello descrive un settore angolare di 15° e comprende tutto il sistema poloidale, la TFC, il CClamp
(A e B) che la racchiude, il sistema di precarico passivo e la pressa attiva. E’ presente il sistema di
precarico delle bobine dell’OHT, il sistema di centraggio rispetto alla TFC e tutti gli elementi unilaterali
di contatto presenti tra tutti gli elementi detti.
E’ un modello totalmente 3D ed utilizza elementi ANSYS Solid45 (3-D Structural Solid) e Contac52 (3D Point-to-Point Contact).
Elemento fondamentale è il Gap tra OHT e TFC: tale gap è assicurato da apposite Real Constant
determinate secondo un’apposita procedura e particolare attenzione è stata dedicata alla determinazione
della rigidezza di contatto KN degli elementi non lineari.
L’analisi è di tipo statico in campo elastico con elementi gap senza attrito.
Figura 1
Volumi che progressivamente completano il settore di 15° della Load Assembly di Ignitor
Modello Strutturale FEM del
settore di 15° per le Forze in Piano.
Sotto: Elementi GAP Contac52 non
lineari (circa 3000)
Figure 2-5
IGNITOR DOUBLE-NULL CONFIGURATION:
ELECTROMAGNETIC, THERMAL AND STRUCTURAL
ANALYSIS WITH INTEGRATED FEM MODELS
I. CONCLUSIONS
On the basis of the structural analysis it is possible to state
the Ignitor capability to support loads induced by Double Null
configuration, at the selected time and with regard to “in
plane forces”.
Further analyses will be necessary to compute the stress
field by “out of plane forces” at the same topical times of the
proposed Double Null scenario.
Sofe 2003
A. Capricciolia, L. Cornaggiab, P. Frosia, A. Pizzutoa
a
b
ENEA Fusion Unit - Fusion Technologies Frascati, Via E. Fermi 27, 00044 Frascati, Rome, Italy
ALTECO Servizi di Ingegneria per l’Industria S.r.l., Via Dante 2/100, Genova, Italy
Abstract.
The Ignitor [1] machine is based on an axisymmetric
confinement configuration designed to produce high plasma
currents. In order to reach the nominal plasma parameters,
optimised magnetic configurations with elongated plasma cross
sections have to be obtaind.
A double null plasma shape has been developed for the purpose
of identifying configuration requirements and analysing the Load
Assembly structural stresses.
The overall electromagnetic, thermal and structural analysis of
the machine configuration has been carried out using FEM
models, 2D for electromagnetic and 3D for thermal and
structural calculations, which takes into account an accurate
description of geometry and materials of each component.
In such a sequence of different analyses several FEM models
are integrated and linked: common data files with all input
entities (geometrical, materials, currents) are available to each
FEM model.
The output results files are printed in common directories and
structured to be directly read or imported by the other FEM
models. The whole process is fully automatic and doesn’t need
any data handling
It is possible in this way to interface different meshes in the
same working environment (ANSYS), each aimed at its own
calculation and detail.
In the present work these points are taken into account and a
complete electromagnetic, thermal and mechanical analysis for
Ignitor double-null configuration has been done.
I. INTRODUCTION
Recent studies [2] demonstrate the capability of the Ignitor
PFC system to support X-Point configurations scenarios to
allow an easier access to H-mode regimes. The plasma
dimensions must be reduced from their reference values to
allow enough space for the scrape-off layer. In this analysis a
double-null configuration with X-points laying just outside the
first wall is taken into account. The separatrix solutions are
constrained to have a value q95>3, resulting in a reduced
plasma current of 10 MA. To bring the X-points in proximity
of the first wall, the total plasma current needs to be reduced
to 9 MA. Although this is a more favorable scenario we have
analyzed the 10 MA one because we expect this to be overall
more demanding. A common feature of these configurations is
the requirement of significantly higher currents than the
reference values in the PF coils close to the X-points. The
plasma main parameters are listed in TABLE I and the
currents in the coils in TABLE II, for both the 10 MA Double
Null and the 11 MA reference limiter configuration.
The first step in the analysis sequence is the evaluation of
the electromagnetic forces and magnetic flux densities (Par.
II). These results are used as input for the thermal analysis
described in Par. III and finally the structural model (Par. IV)
is performed using the output of both. The results of the
Structural analysis are summarized in Par. V.
REFERENCES
[1]
Fig. 6. Von Mises stresses in OHT Coils P1,P2,P3 and P4
[2]
[3]
TABLE I
MAIN EQUILIBRIUM PARAMETERS
Symbol
p
k
βp
R0
R
a
b
qaxis
q95/qa
B
Quantity
Plasma Current
Elongation
Poloidal Beta
Magnetic Axis
Major Radius
Hor. Minor radius
Ver. Minor radius
Safety factor
Edge safety factor
Toroidal Field
Double Null
Limiter
Configuration
10 MA
1.70
0.140
134.73 cm
132.0 cm
45.53 cm
79.00 cm
1.05
3.01
13 T
TABLE II
CURRENTS IN POLOIDAL FIELD COILS
Coil

2.1
2.2
3
4.1
4.2
5
6
8
9
10
11
12
13
14
Double Null
(MAt)
Limiter
Configuration
(MAt)
-2.33
-2.03
-3.38
-2.33
-1. 90
-3.52
0.67
0.20
-1.90
1.80
5.70
-1.27
-0.87
-2.013
-2.38
-2.85
-2.48
-4.13
-2.85
-2.33
-3.88
0.50
0.90
0.80
0.18
-0.51
0.55
1.00
-1.20
-4.90
11 MA
1.78
0.130
134.91 cm
132.0 cm
46.97 cm
86.28 cm
1.05
3.38
13 T
Fig. 7. Von Mieses stresses in Coils P9 and P10
Because of a substantial equivalence in TFC stresses also
the C-Clamp stresses appear to be only a little higher than in
reference scenario. The differences are localized in small areas
between the nose and the flag top. Small adjustments with
appropriate fillets could significantly decrease them.
In the reference scenario the stress intensity range is 40 600 MPa, in the present configuration the range is 39 - 640
MPa.
Fig. 8. Stresses in Ignitor C-Clamps
B. Coppi, A. Airoldi, F. Bombarda, G. Cenacchi, P. Detragiache, C.
Ferro, R. Maggiora, L.E. Sugiyama, G. Vecchi “Critical Physics Issues
for Ignition Experiments: Ignitor” MIT (RLE) Report PTP 99/06
Cambridge, MA, September 1999
G. Cenacchi and A. Airoldi “Equilibrium configurations for the Ignitor
experiment” Consiglio Nazionale delle Ricerche, Italy FP01/1 February
2002
E. Bittoni, G. Cenacchi, L. Guerri and A. Taroni “FORTE: a Finite
Element Code for Temperatures, Magnetic Fields and Forces in a
Toroidal Magnet” Consiglio Nazionale delle Ricerche, Italy
RT/FIMA(79)1
Capitolo 5 (Procedura di Calcolo per le FFP )
Capitolo 5
Procedura per il Calcolo delle FFP:
2001
2002
2003
2004
|
=========X20
2005
Descrizione: La procedura, scritta per ANSYS, ha lo scopo di calcolare e scrivere su file le Forze Fuori Piano nodali da applicare
alla bobina toroidale nel successivo modello strutturale di un intero settore (30°) della macchina. Tale procedura è
strutturata in modo da leggere, da appositi files “copiati” dall’output FORTE, le densità di corrente (JR e JZ) relative ai
singoli elementi della mesh FORTE. Una volta lette, tali densità sono moltiplicate vettorialmente per le componenti
della densità di flusso poloidale (BR e BZ). I dati relativi al B poloidale sono contenuti nei risultati del precedente
modello elettromagnetico: la procedura di calcolo non farà altro che andare a riprendere, per l’istante temporale voluto,
e calcolare (con apposita interpolazione piana) i valori di BR e BZ nei centroidi degli elementi FORTE a cui
corrispondono le densità di corrente appena lette. Alla fine del prodotto JxB abbiamo le densità di forza (N/m3)
relative ai centroidi FORTE. Ora è necessario esportare tali densità di forze nella mesh strutturale: a tal fine sono state
messe a confronto varie soluzioni. La soluzione migliore è risultata quella di constituire una “banca dati” di densità di
forze spazialmente più numerosa possibile; ciò è stato fatto creando una serie di nodi composti dai nodi originari
FORTE più dei nodi fittizzi, corrispondenti ai centroidi degli elementi FORTE. A tali nodi fittizzi sono associate le
densità di forze appena trovate ed agli altri nodi densità di forze opportunamente trasposte. Ora abbiamo a
disposizione una serie di punti molto maggiore dei nodi della mesh strutturale e per attribiure a questi ultimi nodi la
forza cercata basterà selezionare il punto più vicino al nodo strutturale ed attribuirgli la relativa densità di forza * il
volume ad esso corrispondente su 360°. Terminata l’elaborazione relativa ad ogni nodo strutturale, contenuto in una
sezione piana della TFC, si procede nella scrittura del file che conterrà le informazioni relative al nodo-forza nodale
su 360°. Penserà il successivo modello strutturale 3D a ripartire tali forze tra i nodi delle due TFC in esso contenute.
01
Figure 14
Mesh FORTE
Mesh Strutturale
4.00E+07
4.00E+07
2.00E+07
2.00E+07
0.00E+00
0.00E+00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0
-2.00E+07
-2.00E+07
-4.00E+07
-4.00E+07
-6.00E+07
-6.00E+07
-8.00E+07
-8.00E+07
-1.00E+08
-1.00E+08
-1.20E+08
-1.20E+08
Vers_1 TFC Sup
Vers_2 TFC Sup
Vers_1 TFC Inf
Vers_2 TFC Inf
50
100
150
Vers_1 TFC Sup
200
Strut 1 con Norm
250
300
Vers_2 TFC Sup
350
400
Strut 2 senza Norm
450
500
Per le Forze In Piano si usa la forma:
Fr = fr * 2 p R / 24
dove:
Fr è la forza radiale che agisce su uno "spessore" qualsiasi di TFC
fr è la forza per unità di lunghezza che risulta dall'output FORTE
R è il raggio corrispondente al generico "spessore"
Fill.Coeff. è il rapporto Spessore solo rame / Lunghezza arco
Lunghezza arco
R
Per le Forze Fuori Pianosi possono adoperare 2 forme:
Fr
1 Fq = JxB * Sup.Elem. * 2 p R / 24
15°
R
oppure
2 Fq = JxB * Sup.Elem. * 2 p R / 24 * Fill.Coeff. = JxB * Sup.Elem * Spess.solo rame
dove:
Z
Fq
Superficie Elemento
q
Fq
R
J
B
R
è la forza che agisce su un parallelepipedo che ha come base il
generico elemento e come altezza il generico "spessore"
(Jr e Jz) sono le densità di corrente che risultano dall'output FORTE
(Br e Bz) sono le densità di flusso poloidale
è il raggio del centroide del generico elemento
Dati
FORTE
Figura
TFC+FIP+FFP
TFC nel modello Strutturale dell’intero Settore di 30° con Forze In Piano e Forze Fuori Piano
Capitolo 6 (Modello Strutturale FIP+FFP)
Capitolo 6
Modello Strutturale Load Assembly FIP e FFP:
Descrizione del Modello -
2001
2002
2003
2004
|
=========X20
2005
Introduzione: Tale modello è relativo alle Forze In Piano (FIP) e Forze Fuori Piano (FFP). Come nel precedente
modello relativo alle sole FIP, le forze elettromagnetiche agenti sul sistema di bobine poloidali e
le loro temperature vengono importate da files precedentemente generati. Per la TFC si devono
aggiungere ai precedenti carichi, quelli ultimi dovuti alle FFP e di cui si è detto nel precedente
capitolo.
- Il modello descrive un settore angolare di 30° e comprende tutto il sistema poloidale, le 2 TFC, i 4 CClamp (A,
B, C e D) che le racchiudono, il sistema di precarico passivo e la pressa attiva. E’ presente il sistema di
precarico delle bobine dell’OHT, il sistema di centraggio rispetto alla TFC e tutti gli elementi unilaterali di
contatto presenti tra tutti gli elementi detti.
- E’ un modello totalmente 3D ed utilizza elementi ANSYS Solid45 (3-D Structural Solid) e Contac52 (3-D
Point-to-Point Contact) per un totale di circa 45000 nodi e 33000 elementi.
- Punto fondamentale è il Gap tra OHT e TFC: tale gap è assicurato da apposite Real Constant determinate
secondo un’apposita procedura e particolare attenzione è stata dedicata alla determinazione della rigidezza di
contatto KN degli elementi non lineari (identico al modello FIP di 15°).
- Un discorso a parte, e più in dettaglio, andrebbe dedicato alle condizioni di vincolo ed al contorno. Tale punto è
stato oggetto di modelli semplificati aggiuntivi tesi ad analizzare varie modalità di vincolo. Nel presente
modello le superfici in wedging possono slittare tra loro ma non possono staccarsi circonferenzialmente. Per
vedere se compare un “dewedging” è necessario analizzare le tensioni circonferenziali di Hoop. E’ altresì
possibile un’altra via che permette, sempre con una descrizione del singolo settore di 30°, avere elementi GAP
anche nelle zone in wedging. Tale ultima soluzione è stata identificata solo a posteriori del completamento del
modello di 30° e potrebbe, se interessa, costituire un’attività aggiuntiva.
- Sono stati fissati e 4 casi, con diverse condizioni al contorno e nelle zone di wedging: vedi la figura per
evidenziare le differenze.
- L’analisi è di tipo statico in campo elastico con elementi gap senza attrito.
01
Figure 1-4
Figure 5-7
4 casi per le FFP
TFC con ANSYS
Prova TFC con
ANSYS
Modelli di
dettaglio
Modello di dettaglio: Analisi Strutturale del Poloidale 1
Modello di dettaglio: Analisi Termica di un Poloidale
Modelli di
dettaglio
Conclusioni
Gli strumenti di calcolo, nel loro complesso, messi a punto nel corso degli ultimi 4 anni, coprono la
modellizzazione dell'intera macchina, fino ad arrivare al dettaglio della singola bobina.
•
• La modellizzazione FEM non può essere considerata oggi semplicemente "verifica di dettaglio": essendo
inserita in modo sempre più profondo nelle attività ingegneristiche deve essere considetara appieno come
"strumento di progettazione" in possesso degli stessi progettisti.
• In questo senso, i modelli presentati sono stati sviluppati; l'intento era di mettere ENEA in grado di decidere
direttamente sia sulle scelte progettuali di fondo sia sulla conoscenza “inviluppo” della macchina sia sulle
attività di controllo verso l'esterno, che comunque le competono.
• E’ parere personale che, qualsiasi siano gli scenari ipotizzabili nella Fusione, Enti di ricerca come l'ENEA non
debbano rinunciare allo sviluppo ed al mantenimento costante di competenze “sporcandosi direttamente le
mani” nell’esecuzione delle attività, senza limitarsi alle seppur importati esperienze passate per fare "Agenzia“.
Andrea Capriccioli
http://www.afs.enea.it/capricci/andrea.htm