本文關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)磁隱形及力學(xué)特性

  更多相關(guān)文章： 高溫超導(dǎo)體 磁隱形 力磁耦合 臨界態(tài)模型 變分不等式 電磁體力 界面裂紋 虛擬裂紋閉合法

【摘要】：超導(dǎo)材料在科學(xué)研究和工程應(yīng)用等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。由于具有普通材料不具備的特性使超導(dǎo)材料自身的電磁行為較為復(fù)雜。一方面,超導(dǎo)材料因具有顯著的抗磁性而被應(yīng)用于電磁屏蔽裝置中,可實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)中的隱形。另一方面,磁通釘扎作用使高溫超導(dǎo)體在變化磁場(chǎng)中受到電磁體力,導(dǎo)致超導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力和變形。強(qiáng)磁場(chǎng)中的復(fù)雜電磁體力會(huì)使原本脆性且含有較多缺陷的高溫超導(dǎo)體發(fā)生裂紋擴(kuò)展甚至結(jié)構(gòu)破壞。保證超導(dǎo)設(shè)備和器件在電磁場(chǎng)中運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性始終是超導(dǎo)研究中長(zhǎng)期關(guān)注的基礎(chǔ)性課題。本論文針對(duì)高溫超導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)及載荷作用下的靜磁隱形、電磁行為和斷裂特性展開(kāi)研究。首先,本文考慮了超導(dǎo)-鐵磁層狀結(jié)構(gòu)的隱形特性。假設(shè)超導(dǎo)材料具有完全抗磁性,基于鐵磁材料力磁耦合本構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)了在均勻磁場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)完美磁隱形時(shí)鐵磁材料磁導(dǎo)率需滿(mǎn)足的關(guān)系式。數(shù)值模擬結(jié)果表明僅通過(guò)對(duì)鐵磁材料施加剪應(yīng)力便可改變超導(dǎo)體的電磁響應(yīng)。非均勻磁場(chǎng)情形下該結(jié)構(gòu)的隱形性能會(huì)受到力學(xué)載荷的影響,本部分的研究提供了一種通過(guò)施加恰當(dāng)?shù)牧W(xué)載荷來(lái)調(diào)節(jié)超導(dǎo)體電磁行為的方法。其次,基于線(xiàn)彈性壓磁耦合模型和反平面剪切變形,研究了力學(xué)載荷對(duì)超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)的影響。通過(guò)數(shù)值求解力磁耦合方程得到鐵磁體在力學(xué)載荷作用下自身及周?chē)拇艌?chǎng)分布。利用臨界態(tài)Bean模型給出了超導(dǎo)帶材的電流密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度分布,進(jìn)一步討論了剪應(yīng)力對(duì)超導(dǎo)帶材磁化的影響。此外,利用臨界態(tài)Kim模型討論了超導(dǎo)體中的臨界電流密度,通過(guò)對(duì)比不同超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),超導(dǎo)體的臨界電流密度與幾何形狀和力學(xué)載荷密切相關(guān)。對(duì)于不同結(jié)構(gòu),施加恰當(dāng)?shù)牧W(xué)載荷可以提升超導(dǎo)體的臨界電流密度。最后,研究了含有界面裂紋的超導(dǎo)涂層導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)作用下裂紋尖端應(yīng)變能釋放率。應(yīng)用虛擬裂紋閉合法(VCCT法)求解經(jīng)典的界面裂紋問(wèn)題且獲得了較高的計(jì)算精度,證明此方法的可靠性。忽略裂紋對(duì)感應(yīng)電流和磁場(chǎng)的影響,建立超導(dǎo)涂層導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)模型,基于臨界態(tài)Bean模型,借助Abaqus數(shù)值求解并采用VCCT法后處理,討論了超導(dǎo)涂層導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)的斷裂行為,得到不同磁化過(guò)程、裂紋長(zhǎng)度、裂紋位置、基底厚度等情況下結(jié)構(gòu)界面裂紋尖端應(yīng)變能釋放率的變化情況,從而為堆疊結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供了一些參考。
【關(guān)鍵詞】：高溫超導(dǎo)體 磁隱形 力磁耦合 臨界態(tài)模型 變分不等式 電磁體力 界面裂紋 虛擬裂紋閉合法
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM26
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 超導(dǎo)材料研究背景10-16
• 1.1.1 超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展歷程10-12
• 1.1.2 超導(dǎo)材料的分類(lèi)12-14
• 1.1.3 高溫超導(dǎo)體的應(yīng)用14-16
• 1.2 研究現(xiàn)狀與進(jìn)展16-21
• 1.2.1 電磁隱形行為研究現(xiàn)狀與進(jìn)展16-18
• 1.2.2 高溫超導(dǎo)材料力學(xué)問(wèn)題研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 本論文的主要研究工作21-23
• 第二章 超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)的磁隱形行為23-33
• 2.1 基本原理23-25
• 2.1.1 Maxwell電磁理論23-24
• 2.1.2 臨界態(tài)模型24-25
• 2.2 模型建立25-26
• 2.3 基本方程26-29
• 2.3.1 極坐標(biāo)系下力磁耦合本構(gòu)關(guān)系26-27
• 2.3.2 邊界條件27-28
• 2.3.3 鐵磁體磁導(dǎo)率推導(dǎo)28-29
• 2.4 靜磁隱形效果分析29-32
• 2.4.1 均勻磁場(chǎng)下隱形29-30
• 2.4.2 非均勻磁場(chǎng)下隱形30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 力學(xué)載荷下超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)的電磁行為33-45
• 3.1 基本方程33-35
• 3.2 力學(xué)載荷下簡(jiǎn)單超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)電磁響應(yīng)35-37
• 3.2.1 建立模型35
• 3.2.2 模型分析35-36
• 3.2.3 磁化強(qiáng)度36-37
• 3.3 不同超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)下的臨界電流密度37-44
• 3.3.1 Kim模型下臨界電流密度計(jì)算37-38
• 3.3.2 F-S-F結(jié)構(gòu)38-42
• 3.3.3 S-F結(jié)構(gòu)42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 含界面裂紋超導(dǎo)帶材堆疊結(jié)構(gòu)斷裂特性45-63
• 4.1 斷裂力學(xué)知識(shí)46-49
• 4.1.1 裂紋模式46
• 4.1.2 應(yīng)變能釋放率46-48
• 4.1.3 虛擬裂紋閉合法48-49
• 4.2 經(jīng)典案例驗(yàn)證49-52
• 4.3 模型建立52-58
• 4.3.1 超導(dǎo)帶材堆疊結(jié)構(gòu)52-54
• 4.3.2 不同磁場(chǎng)下磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度54-55
• 4.3.3 無(wú)裂紋時(shí)超導(dǎo)帶材應(yīng)力分析55-58
• 4.4 邊緣裂紋分析58-61
• 4.4.1 應(yīng)力分布58-59
• 4.4.2 不同條件下的應(yīng)變能釋放率59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第五章 結(jié)束語(yǔ)63-65
• 參考文獻(xiàn)65-77
• 在學(xué)期間的研究成果77-78
• 致謝78

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本文編號(hào)：860710