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高能光源BPMS独立支架系统设计

王之琢 曹建社 王梓豪 麻惠洲 何俊 随艳峰 岳军会

王之琢, 曹建社, 王梓豪, 等. 高能光源BPMS独立支架系统设计[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 095101. doi: 10.11884/HPLPB201931.190072
引用本文: 王之琢, 曹建社, 王梓豪, 等. 高能光源BPMS独立支架系统设计[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 095101. doi: 10.11884/HPLPB201931.190072
Wang Zhizhuo, Cao Jianshe, Wang Zhihao, et al. Independent support system for beam position monitors in HEPS[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 095101. doi: 10.11884/HPLPB201931.190072
Citation: Wang Zhizhuo, Cao Jianshe, Wang Zhihao, et al. Independent support system for beam position monitors in HEPS[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 095101. doi: 10.11884/HPLPB201931.190072

高能光源BPMS独立支架系统设计

doi: 10.11884/HPLPB201931.190072
基金项目: 

国家重大科学基础设施项目 发改高技[2016]399号

国家自然科学基金项目 11475204

中国科学院青年创新促进会项目 2016011

详细信息
    作者简介:

    王之琢(1992-), 男,博士研究生,从事束流测量系统研究;wangzz@ihep.ac.cn

    通讯作者:

    曹建社,男,研究员,从事束流测量系统研究;caojs@ihep.ac.cn

  • 中图分类号: TB53

Independent support system for beam position monitors in HEPS

  • 摘要: 高能光源(HEPS)要求束流轨道稳定性达到0.1 μm。束流位置探测器系统(BPM)作为储存环的重要系统,其测量数据在监测和实现束流轨道稳定中具有重要作用,需要具有长期稳定性。为抑制由于机械振动、环境温度变化导致的机械形变等对BPM探头机械稳定性的影响,需为BPM探头设计独立稳定的支撑系统,使其具有较高的固有频率、较小的振动放大比和较小的温度形变。本文首先考虑温度形变,选取具有良好温度稳定性的Invar36合金作为支架的主体结构材料;为加工及安装方便,杆板结构选作支架模型,通过仿真测试寻找最优结构;利用ANSYS软件中拓扑优化寻找限制空间内实现最大固有频率的模型结构,为支架设计做指导;加工支架实物,并在实验室测量。支架实验室测量结果与仿真结果进行比较,进而优化安装方式。在四种安装方式下对支架进行测试,为支架在光源实地安装提供参考。
  • 图  1  支架的杆板结构

    Figure  1.  Support with rods and spacers

    图  2  支架横向固有频率与支撑杆间距、隔板厚度的关系

    Figure  2.  Relationship between lateral eigen frequency of support and rod spacing with different spacer thickness

    图  3  支架原型拓扑优化结果以及用于加工的模型

    Figure  3.  Support prototype after topology optimization

    图  4  支架地面安装的四种方式

    Figure  4.  Four mounting methods of support being contacted to ground

    图  5  四种安装方式支架顶端的振动位移PSD

    Figure  5.  Vibration displacement PSD of four mounting methods

    表  1  材料属性

    Table  1.   Properties of Material

    material density/(kg/m3) Young's modulus/Pa thermal expansion coefficient/℃
    structural steel 7850 2×1011 1.2×10-5
    stainless steel 7750 1.93×1011 1.7×10-5
    Invar 36 8050 1.41×1011 1.6×10-6
    concrete 2300 3×1010 1.4×10-5
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    表  2  四种安装方式的测量结果

    Table  2.   Results of four contacted methods

    mounting methods eigen frequency of lateral mode/Hz RMS of support top/nm RMS of ground/nm
    finite element simulation measurement
    bolted 60.7 30.2 97 21
    board pre-grouted 60.7 36.7 41 21
    partly grouted 60.7 37.2 40 21
    fully grouted 60.7 40.6 25 21
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-11
  • 修回日期:  2019-05-05
  • 刊出日期:  2019-09-15

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