CALCUL MECANIQUE DE LA CA VITE 400 MHz ET DE SON TANK

MT-FSI/]G
Note Technigue MT-ESI/93-3
CALCUL MECANIQUE DE LA CAVITE 400 MHz
ET DE SON TANK He
J. Genest
Aoiit 1993
I - INTRODUCTION
II- CALCULS
1/ Chargement
2/ Materiaux
3/ Geometrie
4/ Resultats
a - deplacements
b - componement en fonctionnement
III - CONCLUSIONS
IV - ANNEXES
I - INTRODUCTION
Le prototype de cavite LHC tyP.e 65 1 a ete monte dans un tank a helium de conception identique a celui des cavites 352 MHz2, les tuners utilises sont aussi les memes, ayant
demontre leur bon fonctionnement et leur fiabilite. Le parametre nouveau est la raideur de la cavite 400 MHz type 65 pouvant poser des problemes de "tun ing".
Le but de cette note est de presenter des calculs de deformation du tank He pour
differentes geometries, ou differentes solutions de supportage des tuners.
II-CALCULS
Les calculs ont ete realises par la methode des elements finis a l' aide du code de
calcul CASTEM 2000. L'ensemble cavite/tank helium a ete modelise en 3 D. Pour des raisons de
simplification et de dimension du modele, les sorties HOM, coupleurs, etc ... ont ete modelises par
des elements poutres de meme inertie et meme section que les piquages.
1/ Chargement
Les points de fixation du tuner ont ete bloques axialement sur un cote du tank, et
on a impose un deplacement axial sur l 'autre cote du tank
1. annexe l
2. annexe 2
2/ Materiaux
module d'elasticite
coefficient de
POISSON
cuivreOFHC
120 000 N/mm2
0.3
acier inox. AISI 304 L
190 000 N/mm2
0.3
3/ Geometrie
TYPE
tank n° 1
DESIGNATION
n°1
premier tank realise
n°2
tank modifie
n°2A
idem n°2 avec flasque renforce
epaisseur 8
n°2B
idem n°2 avec ftasque renforce
epaisseur 8 et virole epaisseur 3
n°3
tank avec extremite conique
n°4
tank avec bras tuner sur bride
renforce
n°5
tank avec bras tuner sur tubes
d'extremite
tank no 2
~
~
i
~
.
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'--,
tank no 2A
tank no 2B
tank n° 3
tank n° 4
tank n° 5
3/ Resultats
a -®placements
Le tableau suivant resume les deplacements (en µm) calcules en differents points
du tank, selon les reperes ci-apres, pour un deplacement de 40 µm impose a un bras support de tuner. Sur le meme tableau se trouve les valeurs de deplacement aimposer aux tuners pour obtenir un tunning d'environ 40 µm de la cavite.(tank n°2 et tank n°5).
· 40µm
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1
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6
7
8
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g
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2
5
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deformation en differents points des tanks He
tank n° 1
I 37
1
I
tank n° 2
I
tank n° 2
I tank n° 2A I tank n° 2B I
tank n° 3
37
74.2
37.4
37.4
34.5
I
tank n° 4
I
tank n° 5
I
tank n° 5
2
30.3
31
62.4
32.3
32.5
21.3
33
34.6
51.9
3
29.1
35
70
35.6
35.7
29.6
27
32.6
48.9
4
29.5
30
60.5
31.3
31.5
20.8
32
33.6
50.4
5
10.5
10
19.5
8.7
8.6
19.2
8
6.4
9.5
6
29.2
35
70.5
35.8
35.8
29.6
27
32.6
48.9
7
10.8
4.8
9.5
4.2
4.2
10.5
13
7.4
11.1
8
10.9
5.2
10
4.4
4.3
10.4
13
7.4
11.1
5.4
8
·-
9
9.7
9.1
17.6
7.6
7.5
10
3.1
3
58.5
2.6
I 2.6
21.4
21.9
44.8
-
~De
18.8
I 5.5
7
I-
I-
I 3.7
-----24.7
a. raccourcissement im~ aux tuners
b. raccourcissement de la cellule de la cavite
c. raccourcissement de I'ensemble de la cavit6 (L ....e a bride)
d. force exe~ par un tuner (en Newton)
25
2.5
26
29.2
43.9
Le tableau ci-dessous montre les deplacements (en µm) obtenus dans le cas d'une
cavite de raideur differente que la cavite type 65 3 (avec le tank n°2), calculs effectues avec
une raideur de cavite de 5000 N/mm et 10 000 N/mm
tank n° 2
--
tank n° 2
1
38.7
37.9
2
36.2
33.8
3
37.8
36.5
4
35.8
33.2
5
4.2
6.8
6
37.9
36.6
7
2.1
3.4
8
2.2
3.5
9
3.8
6.15
10
1.3
2
3. Raideur calculee de la cavire type 65 = 17 500 N/mm
b - comportement sous vide
En fonctionnement, la cavite se trouve dans la situation de chargement
resumee ci-dessous
.
p = 0 (vide primaire d'isolation)
~
~
~
~
4
.a
5
p =0 (ultra-vide)
:;
9
:.,
e
pression atmospherique + £
les calculs ont ete effectues avec une pression dans le tank de 1,2 fois la
pression atmospherique (le test est effectue a 1.5 fois la PA).
deformee de la cavite et du tank He (amplifiee 50 fois) :
Gf!:
3
"
•
.i:
!
"'•a
..,•
I'effort sur chaque tuner est de 5190 N. les deplacements calcules sont:
I
points
dy (µm)
2
9
4
5
-107
107
- 67
67
On remarque que sous l'effet de la pression dans le tank, la cavite s'allonge
III - CONCLUSIONS
La raideur elevee de cette cavite necessite des effort importants pour le tunning, d'ou une grande deformation des bras support de tuner. Si on veur garder le principe
actuel de bras support fixes au tank He, il est necessaire de renforcer celui-ci en augmentant considerablement les epaisseurs. Une solution 4 plus simple consisterait a agir directement sur la cavite en poussant sur les brides d'extremite, les bras support se trouvant sur
les tubes de prutet d'autre de la cavite.
4. solution proposee par M. KARMARKAR
ANNEXES
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>
z
IMM
epoisseur reelle
4
z
m
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3.5
3
co
2.5
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160
118
0.75)..=561
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123
1.5
Figure 4: Geometry of a tapered 400 MHz ca,ity.
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8
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0.5
11
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12
14
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