超導材料所具有的零電阻等優(yōu)異的電磁特性使其廣泛地應用于電力傳輸、核聚變反應堆等工業(yè)領域。超導材料及其大型結(jié)構(gòu)在長期服役過程中處于極低溫、大電流和強磁場等極端多物理場的環(huán)境下,材料內(nèi)部承受巨大的電磁體力和溫度應力的共同作用,較大的力學載荷極易造成超導材料的開裂甚至破壞,給磁體結(jié)構(gòu)帶來了巨大的安全隱患,同時其內(nèi)部的局部材料屬性呈現(xiàn)出高度的非均勻性,導致其在多場作用下表現(xiàn)出復雜的力學行為。因此,超導材料的力學特性已經(jīng)成為超導結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全運行時所關(guān)注的核心問題,如何描述超導結(jié)構(gòu)在電磁-熱耦合場中的斷裂演化和接觸等行為是超導應用的關(guān)鍵。本論文主要基于近場動力學方法針對超導塊材及復合線材的電磁和力學行為展開了定量研究,探討了超導塊材在脈沖場磁化過程中的變形和破壞,給出了復合線材內(nèi)部的裂紋擴展以及在外磁場下的接觸及性能退化。首先,結(jié)合H方法和近場動力學理論模擬了超導塊材的斷裂過程,給出了孔洞、交叉裂紋以及多個夾雜物對裂紋擴展路徑的影響�；贖方法的有限元模型得到了含缺陷GdBCO超導塊材在脈沖場磁化過程中的電磁力。在裂紋尖端附近的區(qū)域內(nèi)會出現(xiàn)顯著的電磁力集中現(xiàn)象。利用鍵基近場動力學方法分析了超導樣品... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

超導材料的(a)零電阻特性

圖 1-2 超導材料發(fā)現(xiàn)的時間和對應的臨界轉(zhuǎn)變溫度[32]用型超導體中的力學問題材料的種類和數(shù)目眾多，根據(jù)在完全抗磁性中的不同表現(xiàn)，可和第 II 類超導體[33]。第 I 類超導體僅存在正常態(tài) a cH H c。第 II 類超導體存在兩個臨界磁場c1H 、c2H 和三種狀態(tài)[34] c2 H、混合態(tài) c 2 a c1H H H和超導態(tài) a c1H H。相比于第II 類超導體具有更高的臨界溫度、臨界電流和臨界磁場[11]。具理想第 II 類超導材料，其中包括高溫超導材料 REBCO 和低n 。 REBCO 超導材料主要應用于磁通俘獲、磁懸浮、飛輪儲能0]。隨著高溫超導體應用研究的深入展開，在制備方面的要求需要制備出大尺寸的單疇樣品，還需要通過各種不同的摻雜扎中心來提升臨界電流密度，同時需要保證結(jié)構(gòu)長時間的穩(wěn)眾多高溫超導體中，YBCO 和 GdBCO（見圖 1-3）超導塊材

圖 1-3 YBCO（左）與 GdBCO（右）高溫超導塊材的橫截面示意圖[48]溫超導塊材在制備過程中需要經(jīng)歷退火、冷軋和再退火，在冷軋的位錯、雜質(zhì)、微裂紋等缺陷[49]。在實際制備的 YBCO 和 GdB測到了各種缺陷，如圖 1-4 所示。無裂紋的超導塊材在磁化過程aH 超過下臨界磁場c1H 后，磁通渦旋線在 Lorentz 力的驅(qū)動下不部穿透。遇到缺陷后，渦旋線在釘扎力的阻礙下停止運動，從而中心。隨著外磁場的不斷升高，積累在缺陷附近的渦旋線越來越在渦旋線上的 Lorentz 力也越來越大。當 Lorentz 力大于釘扎力后旋線便會越過釘扎中心繼續(xù)向超導體內(nèi)部運動，如此等等[33]。當降時，磁通線由于釘扎力的作用依然留在超導體內(nèi)部，最終俘獲逐漸遞減的磁場分布，如圖 1-5(a)所示[50]。因此，高溫超導體具能力，可以被用來制造永磁體，相比常規(guī)永磁體具有體積小、磁點[39, 48, 51]。然而，對于含裂紋的超導塊材而言，裂紋會使超導體磁場重新分配，俘獲的磁場會從原來的單峰分布變?yōu)槎喾宸植迹?


本文編號：3105071