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Magnetische und strukturelle Analyse mit Ansys am Projekt ITER
ITER ist der erste Prototyp eines Fusionsreaktors Eine der vielen technischen Herausforderungen ist der Einschluss eines Plasmas.

ITER: Eine äußerst komplexe Maschine

Branche: Maschinen- und Anlagenbau, Elektrotechnik/Elektronik, EnergieversorungFachgebiet: Strukturmechanik, Elektromagnetik, Multiphysics

Das Finite-Elemente-Programm Ansys wird im Rahmen des ITER-Projekts genutzt für die ingenieurstechnische Modellierung des Reaktors. Durchgeführt wird eine mechanische (lineare und nichtlineare), thermische, dynamische und elektromagnetische Analyse.

Zusammenfassung

Aufgabe

Eine der vielen technischen Herausforderungen bei dieser äußerst komplexen Maschine besteht darin, ein Plasma von einigen Millionen Grad Celsius in einem magnetischen Einschluss (Tokamak-Konzept) zu halten, der durch supraleitende Magnete erzeugt wird, die bei -269 °C betrieben werden.

Lösung

Aufbau eines elektromagnetischen Modells in Ansys für die Analyse des Magnetfeldes und die Übertragung von Lorentz-Kräften auf das nichtlineare Strukturmodell unter Berücksichtigung von Kontakt und großen Verformungen.

Kundennutzen

Erreichen eines effizienten Prozesses zur Darstellung der Lastübertragung aus den Magnetfeldberechnungen des kompletten Spulensystems bis hin zum detaillierten Analyse-Modell der Joint-Bereiche.

Projektdetails

Aufgabe

Der „International Thermonuclear Experimental Reactor“ (ITER) ist der erste Prototyp eines Kernfusionsreaktors, der die wissenschaftliche und technologische Machbarkeit der Fusionsenergie für friedliche Zwecke aufzeigen soll. Eine der vielen technischen Herausforderungen dieser äußerst komplexen Maschine besteht darin, ein Plasma von einigen Millionen Grad Celsius in einem magnetischen Einschluss (Tokamak-Konzept) zu halten, der durch supraleitende Magnete erzeugt wird, die bei -269 °C betrieben werden. Größenordnungen: Gesamtmasse von ca. 23 Tausend Tonnen, Ausgangsleistung 500 MW. Die Masse einer Toroidalfeldspule (TF-Spule) von 360 Tonnen entspricht dem Abfluggewicht einer Boeing 747. Aufgrund seiner Flexibilität und Effizienz wird das Finite-Elemente-Programm Ansys im Rahmen des ITER-Projekts genutzt für die ingenieurstechnische Modellierung des Reaktors. Durchgeführt wird eine mechanische (lineare und nichtlineare), thermische, dynamische und elektromagnetische Analyse. Eine Simulationsaufgabe ist das Nachvollziehen des Joint-Bereichs der TF-Spule. Lorentz-Kräfte an den Konduktoren verursachen eine hohe Belastung der tragenden Struktur. Sie machen eine strukturelle Bewertung des Verbindungsbereichs (z.B. an Schrauben und Gehäuse) erforderlich.


Nutzen für den Kunden

  • Erreichen eines effizienten Prozesses zur Darstellung der Lastübertragung aus den Magnetfeldberechnungen des kompletten Spulensystems bis hin zum detaillierten Analyse-Modell der Joint-Bereiche.
  • Statische Analyse und Materialermüdungsbeurteilung nach eigenen Kriterien für mehrere Komponenten, wie z.B. der Konduktoren und der Schraubverbindungen.

Lösung

  • Aufbau eines elektromagnetischen Modells in Ansys für die Analyse des Magnetfeldes und die Übertragung von Lorentz-Kräften auf das nichtlineare Strukturmodell unter Berücksichtigung von Kontakt und großen Verformungen.
  • Auswertung der Verformungen und Durchführung einer statischen Analyse sowie einer Materialermüdungsbeurteilung nach speziellen Kriterien.

Berechnungsingenieur

Produkt-Anwendungen im Projekt