国际热核聚变实验反应堆ITER装置的真空室是发生核聚变的场所,真空室是双层壳体结构。在双层壳体中间设置中子屏蔽层,中子屏蔽层由多个中子屏蔽块组成,用于屏蔽核聚变反应中产生的中子流。在核聚变正常工作的工况下,中子屏蔽块将受到多种载荷的作用力,它们有螺栓的预紧力、结构体的自重、涡流电磁力、磁化电磁力(铁磁材料)以及有可能产生的地震载荷和垂直位移事件载荷。因此,中子屏蔽块以及整个中子屏蔽层的结构安全性和可靠性尤其重要。由于中子屏蔽块是一个复杂的装配体,在其详细设计过程中,为了校核它的结构强度,只能采用有限元的方法对其进行仿真分析。在大多数的工程分析中,有限元弹性分析应用比较广泛,但由于在弹性分析的后处理中,应力分类比较困难,分析的结果难免比较保守,而塑性极限分析就避免了这个问题。在对中子屏蔽块进行有限元分析中,单个组件所受的载荷和边界条件都不易确定,因此,为了准确地分析计算中子屏蔽块的受力情况,在此对中子屏蔽块整体结构进行有限元分析,而且在比较关心的组件之间建立接触。因此,有限元模型的前处理是比较复杂的,本文将详细介绍。本文首先介绍了中子屏蔽块装配体及其各组件的详细设计,然后对中子屏蔽块进行有限元弹性分析,以弹性分析的标准对中子屏蔽块进行结构强度校核,结果表明部分组件应力过大,大于许用应力。为此,在弹性分析的基础上,本文重点对中子屏蔽块做塑性极限分析。因为材料真实的应力-应变关系是一个复杂的曲线,将真实的应力-应变曲线用于塑性极限分析是不现实的,为了简化计算,在此假设材料为理想弹塑性材料,将真实载荷以一定的载荷系数加载到屏蔽块上,载荷系数逐渐变大,直到计算收敛失败。提取结果并绘制载荷-应变曲线,根据塑性极限分析应变的评定准则对分析的结果进行评定。塑性极限分析的结果显示应变的大小没有达到极限载荷的应变值,因此,真实载荷小于极限载荷,中子屏蔽块的结构强度是安全的。因此,塑性极限分析充分发掘出了材料的潜能,不仅节省了材料,而且避免了对中子屏蔽块的重新设计。同时,在对中子屏蔽块的塑性极限分析中,建立了大量的接触,此次塑性极限分析为多接触高度非线性的塑性极限分析提供了有力的参考依据。