A necessity to address a wide spectrum of engineering problems in ITER determined the need for efficient tools for modeling of the magnetic environment and force interactions between the main components of the magnet system. The assessment of the operating window for the machine, determined by the electro-magnetic (EM) forces, and the check of feasibility of particular scenarios play an important role for ensuring the safety of exploitation. Such analysis-powered prevention of damages forms an element of the Machine Operations and Investment Protection strategy. The corresponding analysis is a necessary step in preparation of the commissioning, which finalizes the construction phase. It shall be supported by the development of the efficient and robust simulators and multi-physics/multi-system integration of models. The developed numerical model of interactions in the ITER magnetic system, based on the use of pre-computed influence matrices, facilitated immediate and complete assessment and systematic specification of EM loads on magnets in all foreseen operating regimes, their maximum values, envelopes and the most critical scenarios. The common principles of interaction in typical bilateral configurations have been generalized for asymmetry conditions, inspired by the plasma and by the hardware, including asymmetric plasma event and magnetic system fault cases. The specification of loads is supported by the technology of functional approximation of nodal and distributed data by continuous patterns/analytical interpolants. The global model of interactions together with the mesh-independent analytical format of output provides the source of self-consistent and transferable data on the spatial distribution of the system of forces for assessments of structural performance of the components, assemblies and supporting structures. The numerical model used is fully parametrized, which makes it very suitable for multi-variant and sensitivity studies (positioning, off-normal events, asymmetry, etc). The obtained results and matrices form a basis for a relatively simple and robust force processor as a specialized module of a global simulator for diagnostic, operational instrumentation, monitoring and control, as well as a scenario assessment tool. This paper gives an overview of the model, applied technique, assessed problems and obtained qualitative and quantitative results.
ITERにおける広範な工学的問題に対処する必要性から、磁気環境と磁気システムの主要構成要素間の力の相互作用をモデル化するための効率的なツールの必要性が決定づけられた。電磁(EM)力によって決定される機械の運転ウィンドウの評価と、特定のシナリオの実現可能性の確認は、運用の安全性を確保する上で重要な役割を果たす。このような解析に基づく損傷防止は、機械運転および投資保護戦略の要素を形成する。対応する解析は、建設段階を完了するコミッショニングの準備における必要なステップである。それは、効率的で堅牢なシミュレータとモデルのマルチフィジックス/マルチシステム統合の開発によって支援されるべきである。事前計算された影響行列の使用に基づくITER磁気システムにおける相互作用の開発された数値モデルは、予見されるすべての運転レジームにおける磁石へのEM負荷の即時かつ完全な評価と体系的な仕様化、それらの最大値、包絡線、および最も重大なシナリオを容易にした。典型的な二体構成における相互作用の共通原理は、プラズマとハードウェアに着想を得た非対称条件、非対称プラズマイベントおよび磁気システム故障の場合を含めて、一般化された。負荷の仕様は、連続パターン/解析的補間による節点および分散データの関数近似技術によって支援される。相互作用のグローバルモデルは、出力のメッシュ非依存の解析形式とともに、構成要素、アセンブリ、および支持構造の構造性能評価のための力のシステムの空間分布に関する自己整合的で転送可能なデータのソースを提供する。使用される数値モデルは完全にパラメータ化されており、多変量および感度研究(位置決め、異常事象、非対称性など)に非常に適している。得られた結果と行列は、診断、運用計装、監視および制御のためのグローバルシミュレータの専門モジュールとしての比較的単純で堅牢な力プロセッサの基礎を形成し、シナリオ評価ツールとしても機能する。本論文は、モデル、適用された技術、評価された問題、および得られた定性的および定量的結果の概要を示す。