一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法与流程

本发明属于回旋加速器磁场垫补，尤其涉及一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法。

背景技术：

1、磁场垫补是等时性回旋加速器中必不可少的环节。传统方法的磁场垫补通常需要垫补3次以上，每次切削镶条后由于角宽度变化了(所述角宽度为含有镶条的磁极的角宽度，有可能是磁极的一侧含有镶条，也有可能是磁极的两侧含有镶条)都需要重新计算形状函数，如此，完成整个垫补过程至少需要计算3次以上的形状函数计算。所述需要计算3次以上的形状函数的原因是，镶条的垫补决不允许“过垫补”而必须采用“逐渐逼近”的方法，这是由于切削垫补过程中，只能切削镶条而不能增加镶条厚度。如果只按照初始形状函数dbi进行一步到位的垫补量计算，当垫补量较大时，有可能出现“过垫补”，即镶条切削过量，造成垫补失败。所以只能采取每次垫补量都比较小、重复形状函数的计算、重复将镶条到加工厂切削等步骤、以保证不会出现“过垫补”的现象。然而多次垫补就需要多次计算形状函数。形状函数的形成如图3所示，其横坐标为加速器半径，纵坐标为磁场，图3中的初始形状函数dbi是由多个带有具有独立波峰的形状函数叠加而成的，据统计，用有限元软件计算图2其中一个独立波峰的形状曲线就需要2个多小时，如果将图2所有具有独立波峰的形状函数计算完毕就需要将近2天的时间，并且这只是一次计算形状函数的时间，如果是3次以上的垫补就需要几天的计算形状函数的时间，导致按照传统的垫补方法需要高的计算资源与较长的磁场垫补时间周期。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法，目的在于解决按照传统磁场垫补方法需要较长的磁场垫补时间周期的问题。

2、本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：

3、一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法，包括如下步骤：

4、步骤一、实测各个半径处的平均磁场，该各个半径处的平均磁场与理论的等时性平均磁场之间的差为bshim；若在m个半径处进行了平均磁场的测量，则bshim为m维的向量，bshim＝[bshim1,bshim2,bshim3,…bshimm]

5、步骤二、未切削镶条时，经过有限元软件模拟计算得到初始形状函数dbi；

6、步骤三、将各个半径处的磁场差值bshim分为n份，进行n次计算，每次一计算预计磁场变化量为bshim/n＝[bshim1/n,bshim2/n,bshim3/n,…bshimm/n]；

7、步骤四、第k次计算：预计磁场变化量为bshim/n；k取值范围为0到n-1；

8、步骤五、建立基于估算函数的形状函数dbk；

9、步骤六、通过垫补算法得到第k次计算的垫补量xk，xk＝[xk2,xk4,…xk2n],n为切除三角形计算磁场变化的次数；为第k次计算时第2j个折点处的垫补量，j取值范围为1到n。

10、步骤七、完成上述n次计算后，第2j个折点处总的垫补量为n次垫补量的和即：以上共计算了r2，r4，…，r2n处，共n个折点处的垫补量，其他n+1个折点垫补量通过线性插值得到。

11、其特征在于：所述基于估算函数的形状函数i＝0。

12、进一步地，所述步骤四的第k次计算，当k大于0时，其他各次计算均使用根据dbi所估算的形状函数dbk。

13、进一步地，所述建立基于预估算法的形状函数dbk，既是利用形状函数dbi获得预估镶条不同厚度时的形状函数其中，dbk为除了基础形状函数dbi以外的第k个形状函数，具体过程如下：

14、1)计算镶条初始角宽度为ai(r)时的相对角宽度变化量其中，ai(r)为镶条初始角宽度向量，ai(r)＝[ai(r2),ai(r4),…,ai(r2n)],

15、n为形状函数切割三角形的个数；为与半径为r处镶条当前边缘曲线相距h处的角宽度向量；fi(r)为相对角宽度变化量向量；fi(r)＝[fi(r2),fi(r4),…,fi(r2n)]；

16、2)第k次计算，镶条角宽度变为ak(r)时的相对角宽度变化量：

17、其中，ak(r)为变化后镶条宽度向量，ak(r)＝[ak(r2),ak(r4),…,ak(r2n)]；为与半径r处镶条当前边缘曲线相距h处的角宽度向量:fk(r)为相对角宽度变化量向量：fk(r)＝[fk(r2),fk(r4),…,fk(r2n)]；

18、3)获得预估的形状函数：

19、进一步地，所述与镶条当前边缘曲线相距h处的角宽度是指与镶条边缘折线上每个折点相距h处的角宽度，并且该角宽度包含了磁极一侧含有镶条或磁极两侧含有镶条时的角宽度。

20、本发明的优点效果

21、本发明将估算形状函数的方法和预计磁场变化量为bshim/n的方法有机结合，解决了传统磁场垫补方法周期太长的技术瓶颈问题：由于采用预计磁场差值变化量bshim/n的方法，免去了从加工厂切削回来实测各个半径处的磁场值的繁琐环节，由于采用了估算形状函数的方法，使得形状函数的计算周期由6-7天的时间缩短为半天的时间，省去了往返加工厂的人力、物力、时间，大幅度加快了工程进度和调试时间。解决了按照传统磁场垫补方法需要较长的磁场垫补时间周期的问题。

技术特征：

1.一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法，其特征在于：所述步骤四的第k次计算，当k大于0时，其他各次计算均使用根据dbi所估算的形状函数dbk。

3.根据权利要求1所述一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法，其特征在于：所述建立基于预估算法的形状函数dbk，既是利用形状函数dbi获得预估镶条不同厚度时的形状函数其中，dbk为除了基础形状函数dbi以外的第k个形状函数，具体过程如下：

4.根据权利要求1所述一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法，其特征在于：所述与镶条当前边缘曲线相距h处的角宽度是指与镶条边缘折线上每个折点相距h处的角宽度，并且该角宽度包含了磁极一侧含有镶条或磁极两侧含有镶条时的角宽度。

技术总结
本发明提出了一种利用形状函数估算进行一次性磁场垫补的方法，包括如下步骤：实测各个半径处的平均磁场，该各个半径处的平均磁场与理论的等时性平均磁场之间的差为B<subgt;shim</subgt;；未切削镶条时，经过有限元软件模拟计算得到初始形状函数dBi；将各个半径处的磁场差值B<subgt;shim</subgt;分为N份，进行N次计算；第k次计算：预计磁场变化量为B<subgt;shim</subgt;/N；k取值范围为0到N‑1；建立基于估算函数的形状函数dB<subgt;k</subgt;；通过垫补算法得到第k次计算的垫补量X<subgt;k</subgt;；完成上述N次计算后，第2j个折点处总的垫补量为N次垫补量的和即：以上共计算了R<subgt;2</subgt;，R<subgt;4</subgt;，…，R<subgt;2n</subgt;处，共n个折点处的垫补量，其他n+1个折点垫补量通过线性插值得到；本发明解决了按照传统磁场垫补方法需要较长的磁场垫补时间周期的问题。

技术研发人员：边天剑,安世忠,管锋平,魏素敏,邢建升,王飞,陈忻禹,陆锦荣,凌丽
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15