基于近场动力学的超导块材及复合线材断裂行为的理论研究
发布时间：2021-03-28 06:40
超导材料所具有的零电阻等优异的电磁特性使其广泛地应用于电力传输、核聚变反应堆等工业领域。超导材料及其大型结构在长期服役过程中处于极低温、大电流和强磁场等极端多物理场的环境下,材料内部承受巨大的电磁体力和温度应力的共同作用,较大的力学载荷极易造成超导材料的开裂甚至破坏,给磁体结构带来了巨大的安全隐患,同时其内部的局部材料属性呈现出高度的非均匀性,导致其在多场作用下表现出复杂的力学行为。因此,超导材料的力学特性已经成为超导结构稳定安全运行时所关注的核心问题,如何描述超导结构在电磁-热耦合场中的断裂演化和接触等行为是超导应用的关键。本论文主要基于近场动力学方法针对超导块材及复合线材的电磁和力学行为展开了定量研究,探讨了超导块材在脉冲场磁化过程中的变形和破坏,给出了复合线材内部的裂纹扩展以及在外磁场下的接触及性能退化。首先,结合H方法和近场动力学理论模拟了超导块材的断裂过程,给出了孔洞、交叉裂纹以及多个夹杂物对裂纹扩展路径的影响。基于H方法的有限元模型得到了含缺陷GdBCO超导块材在脉冲场磁化过程中的电磁力。在裂纹尖端附近的区域内会出现显著的电磁力集中现象。利用键基近场动力学方法分析了超导样品...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
超导材料的(a)零电阻特性
图 1-2 超导材料发现的时间和对应的临界转变温度[32]用型超导体中的力学问题材料的种类和数目众多，根据在完全抗磁性中的不同表现，可和第 II 类超导体[33]。第 I 类超导体仅存在正常态 a cH H c。第 II 类超导体存在两个临界磁场c1H 、c2H 和三种状态[34] c2 H、混合态 c 2 a c1H H H和超导态 a c1H H。相比于第II 类超导体具有更高的临界温度、临界电流和临界磁场[11]。具理想第 II 类超导材料，其中包括高温超导材料 REBCO 和低n 。 REBCO 超导材料主要应用于磁通俘获、磁悬浮、飞轮储能0]。随着高温超导体应用研究的深入展开，在制备方面的要求需要制备出大尺寸的单畴样品，还需要通过各种不同的掺杂扎中心来提升临界电流密度，同时需要保证结构长时间的稳众多高温超导体中，YBCO 和 GdBCO（见图 1-3）超导块材
图 1-3 YBCO（左）与 GdBCO（右）高温超导块材的横截面示意图[48]温超导块材在制备过程中需要经历退火、冷轧和再退火，在冷轧的位错、杂质、微裂纹等缺陷[49]。在实际制备的 YBCO 和 GdB测到了各种缺陷，如图 1-4 所示。无裂纹的超导块材在磁化过程aH 超过下临界磁场c1H 后，磁通涡旋线在 Lorentz 力的驱动下不部穿透。遇到缺陷后，涡旋线在钉扎力的阻碍下停止运动，从而中心。随着外磁场的不断升高，积累在缺陷附近的涡旋线越来越在涡旋线上的 Lorentz 力也越来越大。当 Lorentz 力大于钉扎力后旋线便会越过钉扎中心继续向超导体内部运动，如此等等[33]。当降时，磁通线由于钉扎力的作用依然留在超导体内部，最终俘获逐渐递减的磁场分布，如图 1-5(a)所示[50]。因此，高温超导体具能力，可以被用来制造永磁体，相比常规永磁体具有体积小、磁点[39, 48, 51]。然而，对于含裂纹的超导块材而言，裂纹会使超导体磁场重新分配，俘获的磁场会从原来的单峰分布变为多峰分布（
本文编号：3105071
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
超导材料的(a)零电阻特性
图 1-2 超导材料发现的时间和对应的临界转变温度[32]用型超导体中的力学问题材料的种类和数目众多，根据在完全抗磁性中的不同表现，可和第 II 类超导体[33]。第 I 类超导体仅存在正常态 a cH H c。第 II 类超导体存在两个临界磁场c1H 、c2H 和三种状态[34] c2 H、混合态 c 2 a c1H H H和超导态 a c1H H。相比于第II 类超导体具有更高的临界温度、临界电流和临界磁场[11]。具理想第 II 类超导材料，其中包括高温超导材料 REBCO 和低n 。 REBCO 超导材料主要应用于磁通俘获、磁悬浮、飞轮储能0]。随着高温超导体应用研究的深入展开，在制备方面的要求需要制备出大尺寸的单畴样品，还需要通过各种不同的掺杂扎中心来提升临界电流密度，同时需要保证结构长时间的稳众多高温超导体中，YBCO 和 GdBCO（见图 1-3）超导块材
图 1-3 YBCO（左）与 GdBCO（右）高温超导块材的横截面示意图[48]温超导块材在制备过程中需要经历退火、冷轧和再退火，在冷轧的位错、杂质、微裂纹等缺陷[49]。在实际制备的 YBCO 和 GdB测到了各种缺陷，如图 1-4 所示。无裂纹的超导块材在磁化过程aH 超过下临界磁场c1H 后，磁通涡旋线在 Lorentz 力的驱动下不部穿透。遇到缺陷后，涡旋线在钉扎力的阻碍下停止运动，从而中心。随着外磁场的不断升高，积累在缺陷附近的涡旋线越来越在涡旋线上的 Lorentz 力也越来越大。当 Lorentz 力大于钉扎力后旋线便会越过钉扎中心继续向超导体内部运动，如此等等[33]。当降时，磁通线由于钉扎力的作用依然留在超导体内部，最终俘获逐渐递减的磁场分布，如图 1-5(a)所示[50]。因此，高温超导体具能力，可以被用来制造永磁体，相比常规永磁体具有体积小、磁点[39, 48, 51]。然而，对于含裂纹的超导块材而言，裂纹会使超导体磁场重新分配，俘获的磁场会从原来的单峰分布变为多峰分布（
本文编号：3105071
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3105071.html
