【摘要】：高溫超導(dǎo)材料可承載大電流與高俘獲場的特性,已廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域中,如:超導(dǎo)變壓器,高溫超導(dǎo)磁能存儲,磁流體發(fā)電機(jī),超導(dǎo)核磁共振波譜儀,超導(dǎo)量子干涉儀等。高溫超導(dǎo)材料多為脆性陶瓷材料。制備過程中,不可避免存在夾雜、空洞、位錯(cuò)等缺陷。這導(dǎo)致高溫超導(dǎo)體在實(shí)際應(yīng)用過程中,由于缺陷的存在,將降低超導(dǎo)體的使用性能。因此高溫超導(dǎo)體勵(lì)磁過程中的力學(xué)特性,一直是研究者關(guān)注的重點(diǎn)。本學(xué)位論文主要基于非理想第II類高溫超導(dǎo)塊材,從理論上研究臨界電流密度均勻與非均勻的高溫超導(dǎo)體的力學(xué)穩(wěn)定性與裂紋擴(kuò)展的研究。首先,推導(dǎo)了電磁力作用下長圓柱高溫超導(dǎo)體的應(yīng)力分布表達(dá)式。再分析零場冷卻和場冷卻中降場階段時(shí),超導(dǎo)體體內(nèi)的應(yīng)力分布。對比臨界態(tài)Bean模型、Kim模型,指數(shù)臨界態(tài)模型的長圓柱超導(dǎo)體內(nèi)部的應(yīng)力分布與其它的模型是不同的,很好地描述了實(shí)驗(yàn)過程中,電磁體力先增大后減小的特性。此外,考慮高溫超導(dǎo)體臨界電流密度沿半徑減小的非均勻指數(shù)模型,分析高溫超導(dǎo)體磁化過程中,應(yīng)力分布受非均勻性影響。結(jié)果表明,非均勻參數(shù)的不同對超導(dǎo)體內(nèi)磁通密度的分布影響顯著,將導(dǎo)致磁化過程中,應(yīng)力分布的變化。其次,研究了基于指數(shù)臨界態(tài)模型,含有中心貫穿裂紋的長圓柱超導(dǎo)體的斷裂問題。利用有限元軟件求解受電磁力加載的裂紋尖端處的應(yīng)力強(qiáng)度因子。討論指數(shù)模型下,不同磁化過程,外磁場、裂紋長度對含有中心貫穿裂紋的長圓柱超導(dǎo)體的應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律。并與臨界態(tài)Bean模型和Kim模型對比,分析了指數(shù)模型的裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化區(qū)別。為了更加全面探討電磁力對超導(dǎo)體的裂紋的影響,引入臨界電流密度沿著半徑增大的非均勻模型,分析非均勻參數(shù)的變化對磁化過程中超導(dǎo)體中心裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,為設(shè)計(jì)高溫超導(dǎo)體的安全性有一定指導(dǎo)意義。最后,探討了受金屬套筒約束的中空圓柱高溫超導(dǎo)體在勵(lì)磁過程中的應(yīng)力分布。利用平面應(yīng)變方法,求解超導(dǎo)體內(nèi)部的應(yīng)力分布表達(dá)式與金屬套筒與超導(dǎo)體之間的接觸應(yīng)力表達(dá)式。選用指數(shù)臨界態(tài)模型的場冷卻磁通密度分布,得到磁化過程中超導(dǎo)體內(nèi)的應(yīng)力分布,數(shù)據(jù)結(jié)果表明高溫超導(dǎo)體與金屬套筒的楊氏模量比,厚度比對超導(dǎo)體內(nèi)的應(yīng)力分布影響顯著。通過對比無金屬套筒約束的中空超導(dǎo)體,相同磁化條件下,受金屬套筒約束的中空圓柱超導(dǎo)體的拉應(yīng)力明顯降低。選擇合適的材料參數(shù)與金屬套筒尺寸,將有效提高中空圓柱高超導(dǎo)體的力學(xué)性能。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM26

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本文編號：2793182