作為一臺高性能的第三代同步輻射光源,上海同步輻射裝置（SSRF）中的光束線具有極高的功率密度。擋光元件位于儲存環(huán)和光束線之間的前端區(qū),是處理同步輻射高熱負載并保護后續(xù)元件的關鍵元件。第三代同步輻射產(chǎn)生的極高熱負載為擋光元件的設計提供了很大挑戰(zhàn)。SSRF首期建設時采用大安全系數(shù)的靜強度方法進行擋光元件設計,即無限壽命設計方法。然而實際元件在其使用期限30年內經(jīng)受約104次循環(huán)載荷,此設計準則過于保守,且不夠經(jīng)濟合理。提出新的更合理、更有效的方法是未來擋光元件設計的趨勢,也是同步輻射裝置性能進一步提高的必然要求。本文基于SSRF前端擋光元件的設計問題,依托課題組此前承擔的國家自然科學基金項目,“Glidcop受同步輻射高熱負載的疲勞失效機理研究”,針對Glidcop Al-15材料低周疲勞行為、各種因素對材料疲勞性能的影響及試驗試件和擋光元件的裂紋擴展壽命預測等方面開展研究,使用試驗測試及有限元仿真方法,結合裂紋擴展理論模型,提出了基于損傷容限原理的有限壽命設計方法,具體內容包括:（1）上海同步輻射裝置前端區(qū)擋光元件材料的低周裂紋擴展規(guī)律研究基于損傷容限設計原理的有限壽命設計方法基礎在于擋... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２同步輻射光路組成部分示意圖??

＿??圖１．１?ＳＳＲＦ總體布局結構示意圖??２：＊ＦＳｉＲ?３：ｆｃ＊？?■（：＊？？?５：？！＾；??圖１．２同步輻射光路組成部分示意圖??在整體結構中，前端區(qū)是儲存環(huán)與光束線之間的橋梁和紐帶，其最基本的設??計要求即是安全可靠與穩(wěn)定運行。前端區(qū)的主要作用包括監(jiān)測光束位置、吸收??多余高熱負載、去除同步輻射中低能光子以及保護后續(xù)其余非水冷元件等。其??中，專用于吸收同步輻射高熱負載的光學元件稱做擋光元件。本文討論對象為??同步輻射能量較高的插入件前端擋光元件。前端區(qū)各擋光元件大體排布情況如??圖１．３所示［１２］，包括一個前置光闌（Ｐｒｅ－Ｍａｓｋ），兩個光子擋光器（Ｐｈｏｔｏｎ?ｓｈｕｔｔｅｒ）??和兩個固定光闌（Ｆｉｘｅｄ?Ｍａｓｋ）。??光闌（Ｍａｓｋ）的主要作用是依據(jù)束線要求對光束進行約束，其中固定光闌??（ＨｘｅｄＭａｓｋ）是最重要的擋光元件之一，其結構如圖１．４所示。其主要用途為，當??束流正常運行時，對儲存環(huán)光束進行約束和裁剪，吸收掉除中心光錐外的全部光??束，而當束流發(fā)生漂移時，要保護后續(xù)非水冷元件免收光束的直接照射與??３??

圖１．４典型的固定光闌結構圖??實際工程中，光束線的能量波動會改變受其照射的擋光元件熱負載，進而造??成元件溫度以及熱應力發(fā)生變化。光束線的多次啟動與停歇會使擋光元件經(jīng)歷??一個疲勞過程。在加載與卸載過程中，擋光元件受光表面的溫度梯度會產(chǎn)生熱??應力，若熱應力引起材料的塑性變形即會造成損傷，載荷循環(huán)多次后損傷逐漸累??積，導致疲勞裂紋的產(chǎn)生，之后裂紋擴展，最終失效。因此，該類元件的疲勞問??題需要受到重視，甚至在新的光束線設計階段就應著重考慮。??ＳＳＲＦ的設計建造中，前端區(qū)承受輻照功率密度較低的光闌選用高導無氧銅??（Ｏｘｙｇｅｎ－Ｆｒｅｅ?Ｈｉｇｈ－Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?Ｃｏｐｐｅｒ，簡稱?ＯＦＨＣ）作為材料，而米用銅基氧??化鋁彌散強化材料Ｇｌｉｄｃｏｐ?Ａ１－１５作為承受較高照射功率密度的固定光闌與光子??擋光器等元件的主體材料。該材料除了具備良好的導電、導熱性能外，同時具??有較強的抗高溫軟化能力，溫度升高的情況下材料強度降低幅度相比無氧銅要??小?ｔｎ］。??４??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3594367