【摘要】：40T混合磁體裝置是國家“十一五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目——穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置中最關(guān)鍵的裝置。它的建成為凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料科學(xué)、地球科學(xué)、生物學(xué)、生命科學(xué)和微重力等學(xué)科的前沿研究提供寶貴的強(qiáng)磁場平臺(tái),也是我國的強(qiáng)磁場水平躋身于世界先進(jìn)行列重要標(biāo)志之一。本論文主要通過有限元仿真計(jì)算對(duì)外超導(dǎo)磁體中結(jié)構(gòu)部件從力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等方面進(jìn)行了仿真分析。首先,本論文通過2D建模對(duì)在三種工況下的超導(dǎo)線圈內(nèi)的鎧甲和絕緣材料進(jìn)行力學(xué)性能仿真分析并根據(jù)ITER結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)準(zhǔn)則進(jìn)行校核。再通過三維建模結(jié)合等效參數(shù)預(yù)測理論和有限元分析子模型方法對(duì)超導(dǎo)磁體中鎧甲進(jìn)行力學(xué)性能分析,并將分析結(jié)果與二維分析結(jié)果對(duì)照比較。然后,本論文對(duì)液氮冷卻的80K冷屏進(jìn)行了熱學(xué)分析和自重下的力學(xué)分析,討論了多層絕熱對(duì)冷屏降溫的必要性。接著通過有限元仿真計(jì)算分析了在極端工況下混合磁體測試過程中出現(xiàn)的無氧銅冷屏內(nèi)筒膨脹破裂的原因,再基于分析結(jié)果重新設(shè)計(jì)并校核新冷屏內(nèi)筒。最后,本論文通過電壓驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)勢耦合的方法結(jié)合非等面積電流分配法模擬仿真了水冷磁體掉電、超導(dǎo)磁體失超過程中超導(dǎo)磁體、水冷磁體與冷屏內(nèi)筒三者之間通過互感相互作用的過程。并定性說明了在掉電和失超過程中內(nèi)冷屏的存在對(duì)超導(dǎo)磁體和水冷磁體的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O511.3
【圖文】：

第１章緒論穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置是國家發(fā)改委支持的“十一五”國家重大科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研宄院為項(xiàng)目的法人單位，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為項(xiàng)目的。項(xiàng)目總體建設(shè)目標(biāo)是：建設(shè)一臺(tái)４０Ｔ穩(wěn)態(tài)混合磁體實(shí)驗(yàn)裝置和一系途的高功率水冷磁體、超導(dǎo)磁體實(shí)驗(yàn)裝置，為開展凝聚態(tài)物理、化學(xué)、等學(xué)科前沿研究提供強(qiáng)磁場平臺(tái)，也使我國的強(qiáng)磁場水平躋身于世界。逡逑如圖丨．２所示４０Ｔ混合磁體系統(tǒng)主要由外超導(dǎo)磁體和內(nèi)水冷磁體、真源系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、測量控制保護(hù)系統(tǒng)、去離子水系統(tǒng)和氦泄放系統(tǒng)內(nèi)說冷磁體由Ｆｌｏｒｉｄａ－Ｂｉｔｔｅｒ片組成，最高工作在３９８００Ａ電流下，在以產(chǎn)生３４Ｔ的中心場；外超導(dǎo)磁體由Ｎｂ３ＳｎＣＩＣＣ導(dǎo)體組成，工作在流時(shí)可以產(chǎn)生１１．３Ｔ的中心場。超導(dǎo)磁體和水冷磁體在系統(tǒng)中相對(duì)位．３所示�；旌洗朋w的設(shè)計(jì)在保證４０Ｔ穩(wěn)態(tài)磁場的總體項(xiàng)目要求下，具強(qiáng)磁場中心保持的４５Ｔ穩(wěn)態(tài)最高磁場世界記錄的能力。逡逑

．．本文采用ＡＮＳＹＳ１７．０有限元分析軟件對(duì)線圈正常態(tài)下的繞組強(qiáng)度進(jìn)行分析逡逑為了簡化有限元分析模型，本文作了如下假定：逡逑１）假定繞組完全具有軸對(duì)稱性，不考慮繞組內(nèi)導(dǎo)體的實(shí)際繞制走向及填充逡逑塊的形狀與位置，同時(shí)認(rèn)為有限元模型中的各匝導(dǎo)體沿徑向和軸向周期性排列；逡逑２）不考慮導(dǎo)體中各級(jí)子纜的扭絞情況，將超導(dǎo)電纜等效為一種均勻的材料，逡逑并且假設(shè)它與鎧甲內(nèi)壁不脫節(jié)（粘接在一起），這樣可以大大簡化分析模型并提高逡逑運(yùn)算速度。逡逑２．４．２有限元建模、網(wǎng)格劃分及邊界條件的設(shè)定逡逑基于上文對(duì)超導(dǎo)線圈簡化假定，對(duì)整體超導(dǎo)線圈的平面模型的１／４進(jìn)行詳細(xì)逡逑的２Ｄ建模分析。用二維８節(jié)點(diǎn)四邊形電磁單元ｐｌａｎｅ２３３對(duì)超導(dǎo)線圈、水冷線圈逡逑及空氣進(jìn)行建模，遠(yuǎn)場單元為ｉｎｆｍｌ邋１０。首先進(jìn)行電磁分析，再用二維８節(jié)點(diǎn)四逡逑邊形結(jié)構(gòu)單元ｐｌａｎｅ１８３替代超導(dǎo)線圈中的ｐｌａｎｅ２３３單元，調(diào)用電磁分析結(jié)果對(duì)逡逑超導(dǎo)線圈進(jìn)行力學(xué)分析。混合磁體１／４模型如圖２．１所示，其中超導(dǎo)磁體線圈放逡逑大圖和超導(dǎo)磁體線圈網(wǎng)格劃分如圖２．２所示。逡逑

Ｃ導(dǎo)體邐Ｄ導(dǎo)體逡逑圖２．３超導(dǎo)磁體導(dǎo)體尺寸圖逡逑由于平面２Ｄ超導(dǎo)磁體線圈模型中導(dǎo)體數(shù)量較多且有一定的排列規(guī)律。超導(dǎo)逡逑線圈分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四個(gè)線圈，４個(gè)線圈中有三種不同規(guī)格的導(dǎo)體如圖３所示，逡逑１４逡逑

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4 閆s

本文編號(hào)：2749274