FINEMETバルクコアの熱応力計算

ミーティング資料
2009/Apr/13 (Mon)
森田
1
ＲＣＳ空洞タンクの図面
（コア幅80mm）シャントインピーダンスを
増やすためにコア幅を65mm
から80mmに増やした。
2
現行RCSコアの熱応力計算
（横弾性係数を考慮）
3
コアの物性値計算
a  2 106[m],b  18106[m]
a
b
線熱膨張係数
a  b
a
b


e 
F
(a  b)(Te  Ts ) a  b
ab
 e  60106 [/ K ], F  10.6 106 [/ K ]
より、
h
  16106 [/ K ]
縦弾性係数（ヤング率）

ab
E 
より、
 a  b
1
a 1
b 1


E a  b Ee a  b E F
エポキシ
a
e 
a(Te  Ts )

a
Ee  

 e a
FINEMET
Ee  3.2 109 [ Pa], EF  200109 [ Pa]
b
線熱膨張係数
F 
より、
b(Te  Ts )
E  28109 [ Pa]

b
EF 


 F b 縦弾性係数（ヤング率）
4
コアの横弾性係数
FINEMETの横弾性係数
ヤング率
EF
GF 
 10.6 109 [ Pa]
2(1   F )
ポアソン比
エポキシの横弾性係数
Ee
Ge 
 1.2 109 [ Pa]
2(1   e )
層に平行な方向のずれには柔らかなエポキシが主な役割を果たすので、
層に平行な面の横弾性係数は1.2×109[Pa]
その他の方向のずれはFINEMETが主になるので
その他の面の横弾性係数は10.6×109[Pa]とする。
5
応力計算
割線線膨張率[10-6/K]
エポキシ層：60
FRP径方向：23
FRPその他方向：7
コア径方向：16
コアその他方向：10.6
ヤング率[MPa]
エポキシ層：3.2×103
FRP：7.8×103
コア：28×103
ポアソン比
エポキシ層：0.34
FRP：0.32
コア：0.32
横弾性係数[MPa]
コア径方向垂直面：
1.2×103
コアその他の面：
10.6×103
物性値
熱計算
熱伝導率[W/m/K]
コア径方向：0.6
コアその他方向：7.1
エポキシ層：0.2
FRP径方向：0.4
FRPその他方向：0.8
FRPのヤング率は
径方向：7.6×103
その他方向：8.0×103
ほぼ等しいので等方的と
考えて平均の値
7.8×103
を使う。
FRPのポアソン比も
径方向：0.319
その他方向：0.313
ほぼ等しいので等方的と
考えて平均の値
0.316=0.32
を使う。
エポキシ層の厚みは0.3mm
参照温度（応力ゼロの温度）は30度
エポキシとFRPの物性値は
プラスチック基複合材料を知る事典
（アグネ）
を参考にした。
FINEMETの線熱膨張係数、ヤング率、
ポアソン比には日立金属株式会社の
測定値を用いた。
コアのポアソン比は
他の金属材料と同等と
考えて0.32を使う。
6
現行RCSコアの発熱分布
コアの発熱分布
1200000
発熱量 [W/m3]
1000000
800000
600000
5kW
6kW
400000
7kW
200000
0
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
コア中心からの距離 [m]
0.4
0.45
ショート板側コアの径方向発熱分布
発熱量が1/r2に依存すると仮定して算出。
7
コア一枚当たり5kWの発熱の場合
8
現行RCSコア（コア一枚当たり5kWの発熱）
X-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.0℃
-11.5MPa
85.7℃
8.77MPa
Y
X
-11.5MPa
拡大
8.77MPa
9
現行RCSコア（コア一枚当たり5kWの発熱）
Y-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.0℃
85.7℃
-8.79MPa
4.96MPa
4.96MPa
10
Y
X
-8.79MPa
拡大
現行RCSコア（コア一枚当たり5kWの発熱）
Z-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.0℃
85.7℃
-70.1MPa
17.5MPa
Y
X
-70.1MPa
拡大
17.5MPa
11
現行RCSコア（コア一枚当たり5kWの発熱）
XY shear stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.0℃
85.7℃
-0.919MPa
2.11MPa
Y
X
-0.919MPa
拡大
2.11MPa
12
コア一枚当たり6kWの発熱の場合
13
現行RCSコア（コア一枚当たり6kWの発熱）
X-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.7℃
-13.6MPa
95.7℃
-13.6MPa
拡大
10.3MPa
10.3MPa
14
現行RCSコア（コア一枚当たり6kWの発熱）
Y-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.7℃
-10.4MPa
95.7℃
-10.4MPa
拡大
5.85MPa
5.85MPa
15
現行RCSコア（コア一枚当たり6kWの発熱）
Z-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.7℃
-82.6MPa
95.7℃
-82.6MPa
拡大
20.6MPa
20.6MPa
16
現行RCSコア（コア一枚当たり6kWの発熱）
XY shear stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
34.7℃
95.7℃
-1.08MPa
-1.08MPa
拡大
2.48MPa
2.48MPa
17
コア一枚当たり7kWの発熱の場合
18
現行RCSコア（コア一枚当たり7kWの発熱）
X-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
35.6℃
-16.1MPa
108℃
-16.1MPa
拡大
12.2MPa
12.2MPa
19
現行RCSコア（コア一枚当たり7kWの発熱）
Y-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
35.6℃
-12.2MPa
108℃
-12.2MPa
拡大
6.91MPa
6.91MPa
20
現行RCSコア（コア一枚当たり7kWの発熱）
Z-component of stress
温度分布
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
35.6℃
-97.6MPa
108℃
-97.6MPa
拡大
24.4MPa
24.4MPa
21
現行RCSコア（コア一枚当たり7kWの発熱）
温度分布
XY shear stress
この面に熱伝達係数500[W/m2/K], 30℃
177.5
425
35.6℃
108℃
-1.28MPa
-1.28MPa
拡大
2.93MPa
2.93MPa
22

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