本文關(guān)鍵詞：MJ級(jí)高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體機(jī)械特性研究

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【摘要】：隨著以YBCO為代表的第二代高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)及工藝的日趨成熟,高溫超導(dǎo)帶材性能也不斷提高,同時(shí)其價(jià)格逐步降低,為高溫超導(dǎo)磁體的實(shí)際應(yīng)用提供了更加廣闊的前景,因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)相比于低溫超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行溫度更高,能很大程度上減小制冷系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及制冷成本。相比于BSCCO帶材,YBCO各向異性弱,在液氮溫區(qū)和高磁場(chǎng)下有更好的載流性能,是設(shè)計(jì)中大型儲(chǔ)能磁體的良好選擇。而單根帶材的載流能力有限,設(shè)計(jì)中大型儲(chǔ)能磁體時(shí)通常為了保證磁體電感不能太大而增加磁體響應(yīng)時(shí)間需要使用多根超導(dǎo)帶材復(fù)合而成的帶材。儲(chǔ)能磁體的設(shè)計(jì)需要綜合考慮電磁特性、機(jī)械特性、熱穩(wěn)定性等才能保證磁體的工作性能。本文基于不同復(fù)合導(dǎo)體對(duì)儲(chǔ)能磁體進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化,分析了平衡狀態(tài)下磁體的機(jī)械特性,提出了磁體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施,主要工作如下：首先,本文介紹了基于YBCO材料的高溫磁體設(shè)計(jì)中的磁場(chǎng)、電磁力以及應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算方法,介紹了商用有限元分析軟件ANSYS,重點(diǎn)介紹了其強(qiáng)大的電磁-結(jié)構(gòu)耦合功能,提出了磁體設(shè)計(jì)及其相關(guān)問題的處理途徑,為磁體設(shè)計(jì)工作提供了一個(gè)基礎(chǔ)參考。其次,分析了幾種不同類型帶材和復(fù)合導(dǎo)體用于繞制高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體的可能性及其優(yōu)劣,設(shè)計(jì)了由四層YBCO帶材組成的CORC型復(fù)合導(dǎo)體,根據(jù)已有數(shù)據(jù)計(jì)算得到了該導(dǎo)體的I-B曲線。第三,以磁體的電磁設(shè)計(jì)為核心,以節(jié)約超導(dǎo)材料和減小電磁力為目標(biāo)進(jìn)行了磁體的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。利用MATLAB優(yōu)化工具箱和ANSYS磁場(chǎng)計(jì)算模塊聯(lián)合優(yōu)化的方式,給出了基于ROEBEL導(dǎo)體以及由四層YBCO帶材組成的CORC導(dǎo)體的磁體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,對(duì)比分析了使用不同導(dǎo)體所設(shè)計(jì)磁體的優(yōu)劣。最后,對(duì)所設(shè)計(jì)的磁體進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變分析,針對(duì)高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體受力危險(xiǎn)區(qū)域提出了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施,并利用有限元軟件進(jìn)行了數(shù)值仿真驗(yàn)證,證明所提出的方法能在一定程度上增加磁體的機(jī)械穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：高溫超導(dǎo)體 儲(chǔ)能磁體 優(yōu)化設(shè)計(jì) 機(jī)械特性 電磁力 應(yīng)力應(yīng)變 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM26
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 第二代高溫超導(dǎo)導(dǎo)體的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 第二代高溫超導(dǎo)帶材的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 第二代高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)體的研究及發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體的發(fā)展與應(yīng)用14-15
• 1.4 超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體機(jī)械特性的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 高溫儲(chǔ)能磁體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 電磁設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)19-22
• 2.2.1 磁體臨界電流確定方法19-20
• 2.2.2 電感計(jì)算20-22
• 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)22-26
• 2.4 有限元軟件ANSYS26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體設(shè)計(jì)及優(yōu)化27-39
• 3.1 引言27
• 3.2 磁體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及步驟27-32
• 3.2.1 設(shè)計(jì)步驟27-30
• 3.2.2 設(shè)計(jì)方法30-32
• 3.3 基于ROEBEL導(dǎo)體的磁體優(yōu)化設(shè)計(jì)32-35
• 3.4 基于CORC導(dǎo)體的磁體優(yōu)化設(shè)計(jì)35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體應(yīng)力應(yīng)變分析39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 磁體應(yīng)力應(yīng)變仿真分析方法39-40
• 4.3 磁體危險(xiǎn)區(qū)域確定及結(jié)構(gòu)安全準(zhǔn)則40-42
• 4.4 磁體應(yīng)力應(yīng)變分析42-46
• 4.4.1 基于ROEBEL導(dǎo)體的磁體應(yīng)力應(yīng)變分析42-45
• 4.4.2 基于CORC導(dǎo)體的磁體應(yīng)力應(yīng)變分析45-46
• 4.5 降低磁體受力損害風(fēng)險(xiǎn)的方法46-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 第5章 總結(jié)與展望50-52
• 5.1 本文總結(jié)50-51
• 5.2 下一步工作展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果56-57
• 致謝57

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本文編號(hào)：543994