СибНИА принял участие в создании опытного экземпляра несущей конструкции накопительного кольца Сибирского кольцевого источника фотонов

Специалисты ФАУ «СибНИА им. С. А. Чаплыгина» (входит в состав ФГБУ «НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского») совместно с ООО «Авиареставрация» и ООО «Вильде Механикс» выполнили работы по проектированию, изготовлению и испытаниям опытного экземпляра гирдера для модульных секций накопителя Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ).
СКИФ представляет собой комплекс из 34 зданий и сооружений, а также инженерного и технологического оборудования, обеспечивающий выполнение научных исследований на пучках синхротронного излучения. Уникальные характеристики нового синхротрона позволят проводить передовые исследования с яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения во множестве областей — химии, физике, материаловедении, биологии, геологии, гуманитарных науках. Также СКИФ поможет решить актуальные задачи инновационных и промышленных предприятий.
Гирдер модульных секций накопителя СКИФ — это несущая конструкция, на которой будет установлена магнитная система накопительного кольца синхротрона СКИФ. К гирдеру предъявляются высокие требования по точности и стабильности геометрических параметров, массе, динамическим характеристикам, а также технологичности производства. От характеристик гирдеров во многом зависят различные параметры пучка в установке, в том числе его эмиттанс – параметр, который определяет уровень яркости синхротронного излучения, а значит и качество исследований пользователей СКИФа.
Проверка соответствия гирдера техническим требованиям проведена на испытательном стенде, созданном институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) совместно со специалистами СибНИА им. С. А. Чаплыгина» и Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН).
После предварительной проработки нескольких вариантов конструкций и материалов выбор был остановлен на схеме, представляющей собой две параллельные силовые балки, соединенные перемычками. Опоры гирдера позволяют регулировать его положение в вертикальной и горизонтальной плоскости с требуемой точностью. Для обеспечения заданных значений массы и резонансных частот конструкция выполнена из алюминиевого сплава Д20Т1.
В процессе проектирования создана конечно-элементная модель гирдера и проведены расчетные исследования его напряженно-деформированного состояния и динамических характеристик.
Затем изготовлен опытный образец и проведены его модальные испытания для экспериментального определения резонансных частот и форм, а также коэффициентов передачи колебаний от основания гирдера к установленному на нем оборудованию. Испытания проведены специалистами, средствами и по методике ФАУ «СибНИА им. С. А. Чаплыгина».
Методика модальных испытаний гирдера заключается в следующем. На гирдер и его оборудование устанавливаются акселерометры в места и в количестве, достаточном для однозначного определения резонансных (собственных) частот и форм колебаний. Также акселерометры устанавливаются на фундамент вблизи опор для определения коэффициентов передачи колебаний от внешних источников. Испытания проводятся при плавном изменении частоты внешнего гармонического воздействия в заданном диапазоне частот с постоянной амплитудой силы. Внешнее воздействие прикладывается к различным частям конструкции, а также фундаменту при помощи электродинамических вибровозбудителей. Количество точек возбуждения колебаний и направления действия сил определяются в процессе испытаний по условиям выделения того или иного тона колебаний.
В испытаниях регистрируются амплитудно-фазовые частотные характеристики. По ним определяются собственные частоты, формы и коэффициенты передачи колебаний. Эти характеристики необходимы для уточнения математической модели, используемой в расчётах реакции секций ускорителя на внешнее динамическое воздействие. Большое внимание динамическим характеристикам уделяется потому, что колебания гирдера и оборудования могут привести к недопустимому нарушению параметров пучка.
По результатам испытаний выработаны предложения по внесению изменений в конструкцию гирдера и магнитов.