ICS 27.120.99 F 69 DB34 安 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 2844.2—2017 大型低温超导磁体结构部件设计准则 第 2 部分：金属部件 Design criteria for the main components of superconducting magnets Part2：Metal parts 2017 - 03 - 30 发布 安徽省质量技术监督局 2017 - 04 - 30 实施 发 布 DB34/T 2844.2—2017 前 言 DB34/T 2844《大型低温超导磁体结构部件设计准则》分为三个部分： ——第 1 部分：应力术语； ——第 2 部分：金属部件； ——第 3 部分：非金属部件。 本部分为 DB34/T 2844 的第 2 部分。 本部分按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本部分由中国科学院等离子体物理研究所提出。 本部分由安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会归口。 本部分起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院。 本部分主要起草人：郑金星、陆坤、宋云涛、卫靖、丁昌东、张文秋、江峰、李明、吴维越、丁开 忠、黄雄一、陈洁鹤。 I DB34/T 2844.2—2017 大型低温超导磁体结构部件设计准则 1 第 2 部分：金属部件 范围 DB34/T 2844 的本部分规定了低温超导磁体关于金属结构部件的设计要求。 本部分适用于低温超导磁体系统中金属结构部件的设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 DB34/T 2844.1 大型低温超导磁体结构部件设计准则 第1部分：应力术语 3 术语和定义 DB34/T 2844.1 界定的术语和定义适用于本文件。 4 导体铠甲和辐板设计 4.1 导体铠甲和辐板的塑性屈服 4.1.1 设计温度下的一般结构部件需要满足式（1）的规定： Sm  2 Sy 3 ....................................... (1) 式中： Sm —— 许用应力，单位为 MPa； Sy —— 屈服应力，单位为 MPa。 4.1.2 一次膜应力应满足式（2）的规定： Pm  1.0 K m S m ...................................... (2) 式中： Pm —— 一次膜应力，单位为 MPa。 4.1.3 一次膜应力与弯曲应力之和应满足式（3）的规定： Pm  Pb  1.3K m S m ................................... (3) 式中： Pb —— 弯曲应力，单位为 MPa。 4.1.4 一次局部膜应力应满足式（4）的规定： 1 DB34/T 2844.2—2017 PI  1.3K m S m ..................................... (4) 式中： PI —— 一次局部膜应力，单位为 MPa。 4.1.5 一次应力与二次应力之和应满足式（5）的规定： P  Q  1.5K m S m .................................... (5) 式中： P —— 一次应力，单位为 MPa； Q —— 二次应力，单位为 MPa。 注1：一次应力与二次应力之和中不包括剩余应力和峰值应力。 注2：若峰值应力不能清楚地与二次应力区别开来，那么二次应力与峰值应力都应考虑。 4.1.6 乘数 Km 取决于使用限制级别，在表 1 中给出定义。 表1 对不同基底金属和焊接接头 Km 因子的值 使用限制级别 基底金属 焊缝 A 1.0 1.0 B 1.1 1.1 C* 1.2 1.2 D* 1.5 1.5 注1：*不需要对二次应力进行评价； 注2：一个焊接点定义为整个焊接区域，包括基底金属，热影响区(HAZ)和焊缝金属； 注3：未经消应力的焊缝有残余应力，在静态评估中不予考虑。 4.1.7 任何情况下一次膜应力的最大值都不允许超过屈服应力。 4.2 导体铠甲和辐板的断裂评估 4.2.1 工作应力强度因子 KI 由假设初始缺陷、外加负载和几何条件得到。 4.2.2 KI 需要在设计温度下与测量断裂韧性 KIC 进行比较。需要非破坏性测试程序证明其不大于“许 用初始缺陷”的概率大于 95％： a) 在 A 级和 B 级使用限制下，应力强度因子 KI＜KIC/1.5，缺陷与外加负载的结合可以接受； b) 在 C 级使用限制下，应力强度因子 KI＜KIC/1.2，缺陷与外加负载的结合可以接受； c) 在 D 级使用限制下，应力强度因子 KI＜KIC/1.1，缺陷与外加负载的结合可以接受。 4.2.3 若运行过程中裂纹生长，在断裂评估中应使用完全生长的缺陷。 4.2.4 在指定应力载荷时应考虑最安全的组合。 4.3 导体铠甲和辐板疲劳应力 4.3.1 假定初始缺陷 4.3.1.1 用于疲劳分析的假定初始缺陷是一个嵌入式的椭圆或半椭圆平面裂纹。 4.3.1.2 非破坏性测试的真实灵敏度应在真实部件上得到验证。 4.3.1.3 假定缺陷应与检查程序的灵敏度一致, 并根据生产条件确认和调整。 注：在经过工作应力等级检查之后，可能会降低对非破坏性测试的要求。 2 DB34/T 2844.2—2017 4.3.1.4 部件检查中，非破坏性测试检查程序应证明没有一个“许用初始缺陷”的概率超过 95％。 4.3.1.5 验收程序的假定初始缺陷由两倍的许用最大缺陷面积（有 95％的侦测概率）来计算。 4.3.1.6 缺少测量数据时，可将此缺陷视作裂纹，且最小初始裂纹纵横比设为 3，并认为该裂纹定向 地置于最不利的位置。 注：最不利的位置指在这个方向能给出破裂前最大的 KI 值。 4.3.2 残余应力 4.3.2.1 疲劳应力评估中的残余应力评估包括由生产工序引起的应力，即导体绕制、热处理、焊接等。 4.3.2.2 由导体绕制引起的弯曲度，可通过对其进行有限元模拟，进行残余应力评估。有限元分析中， 允许考虑三维泊松效应和材料的实际应变曲线。 注：该种评估主要用于没有消除应力或没有经受热处理的导体。 4.3.2.3 热处理会消除一些残余应力，经过反应热处理后导体内的残余应力应通经过量化。 4.3.2.4 各部件不同材料残余应力的建议量级见表 2，可用于概念设计和初步设计。 表2 各部件不同材料残余应力建议量级 残余应力 元件 / MPa 材料 金属基底 焊接点 导体铠甲 316LN(LC) 50 50 辐板 FM316LNH 50 50 辐板 FM316LNM 50 50 辐板 FM316LNL 50 50 线圈盒突出部分 FMJJ1 50 Syield @ RT 线圈盒/结构 FM316LNL 50 Syield @ RT 线圈盒/结构 FM316LNM 50 Syield @ RT 线圈盒/结构 FM316LNH 50 Syield @ RT 导体铠甲 JK2LB 50 50 结构 316LN Nitronic 50 50 Syield @ RT 导体铠甲 316L Sres （扭曲后） Syield @ RT 结构 316LN 50 Syield @ RT 4.3.3 裂纹增长限制 4.3.3.1 下列情况下，部件寿命结束： a) 裂纹深度达到部件壁厚； b) 裂纹表面上任意一点的峰值应力强度因子超过许用的设计应力强度； 注：该任意点通常选择最深处的点。 c) 如果出现泄漏。 4.3.3.2 应考虑设计载荷对裂纹增长的累计影响。 4.3.3.3 部件寿命应为装置系统运行周期的两倍。 5 螺栓设计 3 DB34/T 2844.2—2017 5.1 螺栓的静态应力限制 5.1.1 螺栓不可用于液态真空密封。 5.1.2 装配螺栓的强度应高于运行温度下和起密封作用螺栓的强度。 注：运行温度下，有二次应力加载时，螺栓在没有超出屈服值的情况下允许较高的预紧力。 5.1.3 螺栓的许用应力应根据不同运行温度进行修正： a) 设计温度下的许用应力值 Sm1 应小于设计温度下最小屈服应力的 1/2； b) 装配温度下的许用应力值 Sm2 应小于装配温度下最小屈服应力的 1/2。 5.1.4 对于复杂的非标准螺栓，或者受屈服、剪切或者压缩应力的螺栓，应利用有限元等方法进行详 细的应力分析。 5.1.5 在运行温度下，计算总操作应力需要在螺栓上除螺纹外的所有区域考虑外加的载荷，并加上残 余的预紧力及其他任何热收缩带来的载荷。应满足式（6）、式（7）的规定： S op  1.0 KS m1 ..................................... (6) S ot  1.5KS m1 ...................................... (7) 式中： Sop —— 工作应力； Sot —— 总操作应力。 K —— 在 A 级使用限制下，K = 1.0；在 B 级使用限制下，K = 1.1；在 C 级使用限制下，K = 1.2； 在 D 级使用限制下，K = 1.5。 5.1.6 螺栓和其他紧固件装配时（常温），在螺杆或其他紧固件上的初始预紧力 Sas 应满足式（8）的 规定： S as  1.5S m 2 ...................................... (8) 注：在A级使用限制下，允许平均操作应力达到屈服应力的 2/3，预张力达到屈服应力的 3/4。 5.2 螺栓预拉伸应力设计 5.2.1 只承受拉应力的螺栓 5.2.1.1 螺栓残余预紧力 S0 在运行温度下也可能超过工作应力 Sop。 5.2.1.2 在非正常工况下，法兰分离，所有载荷由螺栓承受。 5.2.2 同时承受拉应力和剪应力的螺栓 5.2.2.1 应在同时承受剪应力和拉应力的法兰接头处使用销钉或键来承受剪切应力。 5.2.2.2 剪切应力计算时不考虑法兰间摩擦效应的影响。 5.2.2.3 螺栓的平均剪切应力=法兰上受到的剪切应力/法兰之间的螺栓面积（通常没有螺纹）。 5.2.2.4 螺栓的平均拉应力=（外部载荷+残余预紧力+不同材料的热收缩造成的应力）/法兰之间的螺 栓面积（通常没有螺纹）。 5.2.2.5 剪切应力对螺栓螺纹处的拉应力载荷没