考虑层间界面失效行为的REBCO超导层合带材裂纹扩展数值研究

发布时间：2021-10-14 17:52

　　第二代高温超导REBCO带材因具有高临界磁场、高临界电流密度以及液氮环境下可实现超导态等优点,在能源、交通、医疗等高新技术领域中应用广泛,成为超导技术与应用中的研究热点。然而,由于REBCO超导带材具有多层复合结构,各层材料间厚度差异较大,且超导层自身为脆性材料,在极端工作环境下容易发生界面开裂和超导带材内部断裂破坏行为,从而导致其超导性能退化甚至发生结构失效。本文对REBCO高温超导层合带材层间剥离失效和超导层断裂问题进行了数值研究。基于双线性层间内聚力本构模型和裂纹扩展有限单元法,本文建立了考虑层间界面失效行为的裂纹扩展分析模式以及超导带材剥离和断裂有限元模型,分别研究了轴向机械拉伸、降温引起的热失配应力情形下的REBCO超导层合带材断裂特征及裂纹扩展行为。针对轴向拉伸荷载下的超导层合带材的剥离和断裂行为模拟结果表明:超导层及其相邻层间的剥离和超导层的断裂两种失效模式与行为相互影响,界面强度越大,越难产生剥离失效行为;初始缺陷较大时,超导层容易发生断裂行为;铜层厚度在一定范围内对超导带材的剥离和断裂行为影响明显等。开展了超导层合带材从室温降到77 K过程中热失配应力对超导带材界面开... 

【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】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 高温超导材料发展和应用
        1.1.2 REBCO高温超导层合带材特性与应用
    1.2 研究现状
        1.2.1 高温超导材料中的力学问题
        1.2.2 超导带材的层间剥离行为
        1.2.3 多层复合材料的断裂行为及准则
    1.3 本文主要内容
第二章 层间剥离的内聚力模型与裂纹扩展有限单元法
    2.1 层间剥离的内聚力模型
        2.1.1 内聚力模型的基本概念
        2.1.2 内聚力模型的本构关系
    2.2 裂纹扩展有限单元法
        2.2.1 基本概念
        2.2.2 扩展有限单元法的基本形式
        2.2.3 三维裂纹问题中的扩展有限元法
    2.3 考虑层间界面失效行为的裂纹扩展准则与方法
    2.4 本章小结
第三章 单轴拉伸下REBCO超导层合带材裂纹扩展有限元模拟
    3.1 超导带材有限元数值模型建立
    3.2 模型参数及边界条件
    3.3 结果讨论与分析
    3.4 本章小结
第四章 热失配应力下REBCO超导层合带材裂纹扩展有限元模拟
    4.1 热失配应力作用下的有限元数值模型建立
    4.2 模型参数及边界条件
    4.3 结果讨论与分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟三维裂纹问题的扩展有限元法[J]. 余天堂.  岩土力学. 2010(10)
[2]基于ABAQUS平台的扩展有限元法[J]. 方修君,金峰.  工程力学. 2007(07)
[3]Ba-Y-Cu氧化物液氮温区的超导电性[J]. 赵忠贤,陈立泉,杨乾声,黄玉珍,陈赓华,唐汝明,刘贵荣,崔长庚,陈烈,王连忠,郭树权,李山林,毕建清.  科学通报. 1987(06)



本文编号：3436584