Presentazione ed Elenco Attività

ENEAFUS 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.

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)

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.

Collaborazione con Alteco

COLLABORAZIONE CON ALTECO (Inizio Lavori 1/12/2001)

Architettura del Sistema

ARCHITETTURA DEL SISTEMA

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 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.

Esempio di File di scenario

-3.00 0.00 0.70 1.50 2.50 3.50 4.00 8.00

S1.1 0.000 0.500 0.170 -0.050 -0.700 -1.400 -1.450 -1.550 S1.2 0.000 0.500 0.170 -0.050 -0.700 -1.400 -1.450 -1.550 S2.1 0.000 1.575 0.560 -0.160 -1.040 -1.720 -1.760 -1.820 S2.2 0.000 1.575 0.560 -0.160 -1.040 -1.720 -1.760 -1.820 S2.3 0.000 1.575 0.560 -0.160 -1.040 -1.720 -1.760 -1.820

Files Comuni di input

• Files Comuni di Input

Pianificazione

QUADRO TEMPORALE GNERALE

Quadro Temporale Generale

2001 2002 2003 2004 | 2005

Camera a Vuoto ==========-------------------X *****

Calcolo Elettromagnetico

TFC ======PFC======---------==========------X =====

Calcolo Termico TFC ====== PFC========-------------==========|

Calcolo Strutturale FIP

========X

Procedura calcolo FFP

=======X

Calcolo Strutturale FFP

========X

Capitolo 1 (CV)

Capitolo 1

Camera a Vuoto: 2001 2002 2003 2004 | 2005 ==========---------------------X *****2001 2002 2003 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.

Modello FEM di 30° Modello FEM di 180°

Figure 1-4

Esempio di risultato nel settore di 30°

Deformata a spostamenti poloidali Deformata a spostamenti radiali

Deformata a spostamenti circonferenziali

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

Elettromagnetico PFC)

Capitolo 2

Calcolo Elettromagnetico del Sistema Poloidale: 2001 2002 2003 2004 | 2005 (TFC======) PFC=======-------==========-----X ====20

Descrizione del Modello - Introduzione: Il fine del modello è la determinazione delle forze di natura elettromagnetica agenti su ogni 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

Plasma tipo Maxfea

Dati Maxfea originari

Dati Maxfea smussati

Plasma a 200 fili

Capitolo 3

Calcolo Termico del Sistema Poloidale: 2001 2002 2003 2004 | 2005 (TFC======) PFC=======-----------==========|20

Descrizione del Modello - Introduzione: Il fine del modello è la determinazione delle temperature raggiunte dagli avvolgimenti delle 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.

01

Capitolo 3 (Calcolo Termico PFC)

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 | 2005 --------------=========X20

Descrizione del Modello - Introduzione: Tale modello è relativo alle sole Forze In Piano (FIP). Per ciò che concerne le forze 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 (3-D 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. 01

Figura 1

Volumi che progressivamente completano il settore di 15° della Load Assembly di Ignitor

Figure 2-5

Modello Strutturale FEM del settore di 15° per le Forze in Piano.

Sotto: Elementi GAP Contac52 non lineari (circa 3000)

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.

TABLE I MAIN EQUILIBRIUM PARAMETERS

Symbol Quantity Double Null Limiter Configuration

p Plasma Current 10 MA 11 MA

k Elongation 1.70 1.78 βp Poloidal Beta 0.140 0.130 R0 Magnetic Axis 134.73 cm 134.91 cm

R Major Radius 132.0 cm 132.0 cm

a Hor. Minor radius 45.53 cm 46.97 cm b Ver. Minor radius 79.00 cm 86.28 cm qaxis Safety factor 1.05 1.05 q95/qa Edge safety factor 3.01 3.38 B Toroidal Field 13 T 13 T

TABLE II CURRENTS IN POLOIDAL FIELD COILS

Coil

Double Null

(MAt)

Limiter Configuration

(MAt)

-2.33 -2.85 2.1 -2.03 -2.48

2.2 -3.38 -4.13 3 -2.33 -2.85 4.1 -1. 90 -2.33 4.2 -3.52 -3.88 5 0.67 0.50 6 0.20 0.90

8 -1.90 0.80

9 1.80 0.18

10 5.70 -0.51

11 -1.27 0.55

12 -0.87 1.00

13 -2.013 -1.20

14 -2.38 -4.90

IGNITOR DOUBLE-NULL CONFIGURATION: ELECTROMAGNETIC, THERMAL AND STRUCTURAL

ANALYSIS WITH INTEGRATED FEM MODELS

A. Capricciolia, L. Cornaggiab, P. Frosia, A. Pizzutoa a ENEA Fusion Unit - Fusion Technologies Frascati, Via E. Fermi 27, 00044 Frascati, Rome, Italy b

ALTECO Servizi di Ingegneria per l’Industria S.r.l., Via Dante 2/100, Genova, Italy

Fig. 6. Von Mises stresses in OHT Coils P1,P2,P3 and P4 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

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.

REFERENCES [1] 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

[2] G. Cenacchi and A. Airoldi “Equilibrium configurations for the Ignitor experiment” Consiglio Nazionale delle Ricerche, Italy FP01/1 February 2002

[3] 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

Sofe 2003

Capitolo 5

Procedura per il Calcolo delle FFP: 2001 2002 2003 2004 | 2005 =========X20

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

Capitolo 5 (Procedura di Calcolo per le FFP )

Figure 1-4

Mesh FORTE Mesh Strutturale

-1.20E+08

-1.00E+08

-8.00E+07

-6.00E+07

-4.00E+07

-2.00E+07

0.00E+00

2.00E+07

4.00E+07

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Vers_1 TFC Sup Strut 1 con Norm Vers_2 TFC Sup Strut 2 senza Norm

-1.20E+08

-1.00E+08

-8.00E+07

-6.00E+07

-4.00E+07

-2.00E+07

0.00E+00

2.00E+07

4.00E+07

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Vers_1 TFC Sup Vers_2 TFC Sup Vers_1 TFC Inf Vers_2 TFC Inf

Dati FORTE

dove:

Fr è la forza radiale che agisce su uno "spessore" qualsiasi di TFCfr è la forza per unità di lunghezza che risulta dall'output FORTER è il raggio corrispondente al generico "spessore" Fill.Coeff. è il rapporto Spessore solo rame / Lunghezza arco

Fr = fr * 2 p R / 24

R

Fr

15°

Lunghezza arco

R

Per le Forze Fuori Pianosi possono adoperare 2 forme:

Fq = JxB * Sup.Elem. * 2 p R / 241

oppure

Fq = JxB * Sup.Elem. * 2 p R / 24 * Fill.Coeff. = JxB * Sup.Elem * Spess.solo rame2

Per le Forze In Piano si usa la forma:

Superficie Elemento

R

Z

q

Fq

dove:

Fq è la forza che agisce su un parallelepipedo che ha come base il generico elemento e come altezza il generico "spessore" J (Jr e Jz) sono le densità di corrente che risultano dall'output FORTEB (Br e Bz) sono le densità di flusso poloidaleR è il raggio del centroide del generico elemento

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 Load Assembly FIP e FFP: 2001 2002 2003 2004 | 2005 =========X20

Descrizione del Modello - 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

Capitolo 6 (Modello Strutturale FIP+FFP)

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

Modelli di dettaglio

Modello di dettaglio: Analisi Termica di un Poloidale

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