强磁场是科学研究的重要极端条件，处在强磁场中的物质结构及其转变过程都可能发生变化，这为物理、化学、材料和生物等学科提供了新的研究途径。中国科学院强磁场科学中心正在建造不同磁场强度的稳态强磁场实验装置，以满足科学研究对磁场的要求。
      稳态强磁场实验装置主要包括水冷磁体装置、超导磁体装置以及由水冷磁体与超导磁体组合的混合磁体装置。每个磁体装置都由主机(磁体)、冷却系统、电源系统、测控系统组成。水冷磁体的主机由磁体、磁体容器、支撑部件及水和电连接件构成。磁体容器是磁体的载体，也是装置相关系统的连接点，是保证水冷磁体装置正常工作的重要环节，需要对其结构进行CAE分析。
      美国强磁场实验装置是当今世界磁场强度最高的实验装置，因此，中国科学院强磁场中心建造的磁场装置是以美国实验装置为基础而建造的。文献中的图片是美国水冷磁体容器结构简图，其封盖采用锥形封头。在国内直接加工这样的封头需要锻造，加工制造费用昂贵。本文参照美国水冷磁体容器设计的思想，根据装置的具体要求设计了水冷磁体容器的结构。设计中采用叠层式的上下盖结构，其目的是为了方便制造、节省经费。
      容器的工作介质为去离子冷却水，冷却水进口水温度为5℃，出口水温度约为45℃；磁体工作时容器的上半部分承受的水压力最大为30 kg/cm²，下半部分承受的水压大约为5 kg/cm²容器材料选为低磁性的304不锈钢。
      容器由筒体与封盖组成。筒体设计成双层，在双层筒体的上、下端和中部各设一圆环。上下端环作为与端盖连接的法兰，中环用来分割进出水流。内层筒体的上、下部沿圆周方向开过水孔，冷却水从四周进出，这样可以减轻冷却水对磁体的冲击，从而减轻磁体装置的振动。封盖由3层钢板叠放焊接成锥形，锥顶向内，这样可以减小容器的体积，也有利于实验样品和测量元件的放置，容器的整体结构如图所示。
      传统的锥形封盖由铸件锻造成胚，再经机械加工而成，加工制造费用昂贵。采用环形板叠成封盖可省去锻造工序，封盖结构如图所示。在本设计中结合筒体端环对材料进行套裁，每块钢板的厚度为94 mm，实际用到的钢板材料仅有2块，第1块钢板中心切割下来的部分用于第3块环钢板，第2块钢板中心切割下来的用于制造小封盖。由于这种形式的封盖加工简单，而且节约材料，很大程度上降低了成本。如果采用锻造封盖，成本会增加到5-7倍。
      水冷磁体容器筒体采用双层筒体，即内筒体与外筒体，同时各筒体由上下两部分组成即上半筒体与下半筒体，其结构如图。
      筒体的特点是：(1)在筒体的内层沿圆周方向开孔，高压去离子冷却水从上半筒体的内层经过周向孔流入容器内部，冷却磁体后从下半筒体内层上的孔流出。如果高压去离子冷却水直接流入容器，会对容器内的磁体产生较大的冲击力，引起磁体装置的振动。而沿周向开的孔使得水流入容器，均匀汇合，减轻了对容器内部磁体的冲击与振动。在筒体上对称的开进、出水管孔，目的也是防止装置的振动；(2)上半筒体与下半筒体的外层各开了4个大孔，分别为冷却水与电源线的进、出口，开孔削弱了筒体的强度，必须进行补强设计，在筒体的开孔处各焊接一层补强圈。
      容器材料采用低磁性304不锈钢，常温下的屈服强度205 MPa，安全系数取1，许用应力。其中：材料的弹性模量E = 190 GPa；泊松比0.29。由于磁体装置工作时温差变化不大，内部流体流速不高，故不考虑流固藕合与热力藕合作用，有关计算见文献。磁体工作时，筒体与封盖受到30 kg/cm²的工作压力，取工作压力的1.1倍作为设计压力，即设计压力p=30x1.1 kg/mm²。根据相关的计算选取螺钉，大封盖采用48个M36的不锈钢螺钉与筒体连接，小封盖采用8个M20的不锈钢螺钉与大封盖连接，大封盖每块钢板的厚度为94 mm。

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