Advanced

Minimera Kylningstiden för Produkt Utsatt för Stora Krafter

Edung, Martin LU (2017) FME820 20162
Mechanics
Popular Abstract (Swedish)
Inledning:

European Spallation Source är världens största forskning- och teknikanläggning under konstruktion. Projektet är finansierat av 17 länder som tillsammans bidrar med en likviditet på nästan 20 miljarder kronor, utrustning och intellektuell kompetens. Syftet med byggnaden är att skapa en neutronkälla som ska användas som redskap för djupare förståelse av naturvetenskapen. Neutroner har använts i liknande faciliteter för att på makroskopisk nivå kunna se hur insidan av ett dinosaurieägg ser ut, eller hur insidan av en motor fungerar, eller på mikroskopisk nivå för att förstå hur proteiner fungerar, eller hur nanopartiklar beter sig. Det märkvärdiga med ESS är dess kapacitet: den kommer ha upp till 100 gånger större kapaciteten... (More)
Inledning:

European Spallation Source är världens största forskning- och teknikanläggning under konstruktion. Projektet är finansierat av 17 länder som tillsammans bidrar med en likviditet på nästan 20 miljarder kronor, utrustning och intellektuell kompetens. Syftet med byggnaden är att skapa en neutronkälla som ska användas som redskap för djupare förståelse av naturvetenskapen. Neutroner har använts i liknande faciliteter för att på makroskopisk nivå kunna se hur insidan av ett dinosaurieägg ser ut, eller hur insidan av en motor fungerar, eller på mikroskopisk nivå för att förstå hur proteiner fungerar, eller hur nanopartiklar beter sig. Det märkvärdiga med ESS är dess kapacitet: den kommer ha upp till 100 gånger större kapaciteten än alla jämförbara anläggningar.

Vid undersäkning av små prover kan det ibland vara intressant att se hur materialet beter sig vid höga tryck och låga temperaturer - då kan man använda en så kallad \textit{"Diamond Anvil Cell"} som har funktionen att skapa enorma tryck (kan skapa tryck som motsvarar de tryck man finner i jordens kärna) genom placera ett prov man vill undersöka mellan två diamanter, och applicera ett stor kraft (i detta fall en kraft motsvarande ungefär 20 ton).

För att undvika att hela strukturen går sönder har man valt att göra produkten väldigt massiv, vilket har sin nackdel när man vill kyla ned produkten, och provet man vill undersöka, till tillräckligt låga temperaturer. I dagsläget kräver det nästan åtta timmars nedkylning innan produkten har nått rätt temperatur. Forskare som vill använda anläggningen har ofta tillgång till faciliteten endast 3-10 dagar per år till en kostnad på nästan 300 000 kronor per dag, så man vill gärna undvika en nedkylningsprocess på en hel arbetsdag.

Metod för att lösa problemet:

För att lösa detta problem har man valt att simulera hela strukturen med de stora lasterna, fast med ett termodynamiskt effektivare material (en legering av koppar istället för en legering av nickel), för att lokalisera högspänningsområden. Högspänningsområden som lokaliserades kunde åtgärdas med enklare knep, så som rundade hörn eller att göra vissa problemområden mer massiva. I lågspänningsområden kunde material reduceras (total viktreducering på ungefär 30\%).

Efter de nödvändiga modifikationerna som nämnts ovan, testades hela strukturen på nytt där den visade sig hålla för lasterna utan att permanent deformeras. Simuleringarna gjordes med hjälp av en så kallad \textit{Finita Element Analys} i den kommersiella programvaran Ansys WB. Simuleringarna gjordes dels med avseende på de stora lasterna, men även på nedkylningsprocessen, där originalversionen och den modifierade versionen testades.

Resultat:

Simuleringarna visade en minimerad kyltid på 75\% samtidigt som strukturen visade sig hålla för samma laster som den originella versionen gjorde. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Edung, Martin LU
supervisor
organization
alternative title
Populärvetenskaplig Artikel
course
FME820 20162
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Diamond Anvil Cell, DAC, FEA, FEM, Structure, Temperature, Cooling, Transient
language
Swedish
id
8901873
date added to LUP
2017-02-03 13:34:51
date last changed
2017-02-03 13:34:51
@misc{8901873,
  author       = {Edung, Martin},
  keyword      = {Diamond Anvil Cell,DAC,FEA,FEM,Structure,Temperature,Cooling,Transient},
  language     = {swe},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Minimera Kylningstiden för Produkt Utsatt för Stora Krafter},
  year         = {2017},
}