[分享]史无前例!地下700m深不锈钢网壳中心探测器结构关键技术揭秘!
四百年前,丹麦科学家第谷仰望星空三十年,积累了大量的天文数据,由他的弟子总结成开普勒三定律,这是牛顿提出牛顿力学的重要依据。谁能想到,天天盯着星星看而窥得的行星运动的奥秘,几百年后却成为我们修造高楼大厦、桥梁、飞机、汽车、发射飞船卫星的根本?今天的科学将是明天的技术。从基础科学研究到技术转化需要一代代科学家们的持续努力。
Super-Kamiokande探测器
Super-Kamiokande探测器由一个直径39.3米,高41.4米,装满50,000吨超纯水的不锈钢罐组成。罐壁上安装了约13,000个光电倍增管。探测器位于日本岐阜Hida市Kamioka-mine地下1000米处。
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项目概况
设计要求
1、总体要求:整体双非线性稳定性大于2.5,使用年限30年;
2、材料要求:低本底(低放射性)、兼容性、防止生锈;
3、密封要求:隔绝两种液体;
4、有机玻璃球应力要求:有机玻璃球在长期工况下(主要是运行工况)最大应力不超过3.5MPa,短期工况(如安装、液体灌装、地震等),应力不超过7Ma;
5、不锈钢网壳结构要求:满足双非线性稳定性系数不小于2.5的要求。不锈钢网壳立柱最大拔力小于60吨,网壳避免采用中空型材。
6、有机玻璃和不锈钢网壳间支撑节点要求:网壳与有机玻璃球通过有机玻璃节点和不锈钢支撑杆进行连接,连接节点处材料采用无氧铜或者不锈钢。为保证良好的透光率,支撑节点及其连接杆的总数目不超过600个;支撑节点在球体上的位置分布尽量满足上下对称的要求。
7、有机玻璃球支撑杆杆力大小:长期工况下(标准组合),支撑杆受拉轴力小于9t,支撑杆受压轴力小于15t。
8、方案具有足够的冗余度,分析节点失效后的影响。
9、制作及施工要求:工艺成熟、施工便捷可靠,工期减少。
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结构体系
网格形式:正交四边形;支承位置:赤道下方支承;撑杆分布及数量: 23纬度带30经度带,共590个;撑杆刚度:D85、D60+碟形弹簧;撑杆边界:D85与有机玻璃球铰接与网壳刚接,其余两端铰接;内外液面高差:液闪比水面高4.5米;有机玻璃球壁厚:120mm;有机玻璃球重: 近600 t;不锈钢结构重: 近650 t。
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结构分析
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