高溫超導(dǎo)材料因其良好的載流性能和熱穩(wěn)定性而受到能源、電力、醫(yī)療及交通等眾多領(lǐng)域的廣泛青睞,目前已在高/低溫混合超導(dǎo)磁體、故障限流器等超導(dǎo)結(jié)構(gòu)中成功應(yīng)用,未來有望應(yīng)用于新一代大型磁約束托克馬克裝置中。在這些大型裝置中,超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)在低溫、大電流、高磁場(chǎng)等復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性是其應(yīng)用中的基礎(chǔ)與核心問題。超導(dǎo)失超是一種典型的電磁失穩(wěn)現(xiàn)象,并伴隨著復(fù)雜的溫度、力學(xué)及電磁行為的演化和相互作用。在實(shí)際的應(yīng)用中,如超導(dǎo)線圈繞制、降溫冷卻等過程中,往往不可避免地產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力/應(yīng)變狀態(tài),因此開展超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)變下的多場(chǎng)性能特別是失超過程中的多場(chǎng)行為與影響具有重要意義。本文針對(duì)高溫超導(dǎo)帶材預(yù)應(yīng)變下的失超穩(wěn)定性問題,其失超發(fā)生、傳播及其預(yù)應(yīng)變對(duì)力熱行為的影響開展了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的研究。首先,針對(duì)施加預(yù)應(yīng)變的高溫超導(dǎo)復(fù)合帶材的失超實(shí)驗(yàn),搭建了基于熱觸發(fā)失超的力-電加載和測(cè)試平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)不同預(yù)應(yīng)變加載以及熱觸發(fā)失超下電壓、應(yīng)變和溫度的多點(diǎn)分布實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控。其次,基于搭建的測(cè)試平臺(tái)開展了不同預(yù)應(yīng)變下YBCO高溫超導(dǎo)復(fù)合帶材熱觸發(fā)下的失超行為實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)行了失超觸發(fā)、傳播及其失超過程中超導(dǎo)帶材內(nèi)部... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)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)】：67 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同類型超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)的年代及臨界溫度相對(duì)于低溫超導(dǎo)材料，高溫超導(dǎo)材料在工程實(shí)際中主要有三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)

學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 高溫超導(dǎo)復(fù)合帶材預(yù)應(yīng)變下的熱觸發(fā)失超實(shí)驗(yàn)及數(shù)超導(dǎo)材料擁有更高的上臨界磁場(chǎng)，因此其在高磁場(chǎng)（>24 T）的磁體很大的優(yōu)勢(shì)。目前，在超導(dǎo)結(jié)構(gòu)中使用的高溫超導(dǎo)材料主要包括：生產(chǎn)的 Bi2223 超導(dǎo)帶材，美國(guó) Oxford Superconducting Technologyi2212 超導(dǎo)線材以及 SuperPower 公司和韓國(guó) SuNAN 公司生產(chǎn)的 Re等[4,5]。溫超導(dǎo)材料有著更加穩(wěn)定的超導(dǎo)電性和更高的上臨界磁場(chǎng)，可以克臨界磁場(chǎng)有限的局限性，因而高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用范圍更為廣泛，i 系超導(dǎo)帶材繞制了高溫超導(dǎo)線圈，并通過該線圈實(shí)現(xiàn)了 25T 的磁場(chǎng)i2223 和 ReBCO 兩種超導(dǎo)材料設(shè)計(jì)出了用于 NMR 的 1.3GHz 混合超國(guó)家高場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室采用 ReBCO 超導(dǎo)帶材繞制了內(nèi)插超導(dǎo)線圈，并實(shí)現(xiàn)合超導(dǎo)磁體[7]，我國(guó)中科院電工所在近期成功研制出了 25T 以上的混。此外，近年來非絕緣（NI）超導(dǎo)線圈以及各種新型超導(dǎo)線圈的發(fā)明料的應(yīng)用和市場(chǎng)價(jià)值推向了新的高度[9,10]。

比如在降溫冷卻過程中，超導(dǎo)線圈內(nèi)部產(chǎn)生的橫向應(yīng)力會(huì)對(duì)材料的載流性能產(chǎn)生顯著影響；而在高載流、強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境下，材料將承受洛倫茲力的作用，致使材料局部應(yīng)力超過其極限值進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力與超導(dǎo)臨界特性發(fā)生不可逆退化。超導(dǎo)體的三個(gè)臨界參量：臨界溫度（Tc）臨界電流（Ic）和臨界磁場(chǎng)（Hc）可以形成一個(gè)如圖 1-3 (a)所示的臨界曲面，當(dāng)各參數(shù)均在臨界曲面之內(nèi)時(shí)才可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，當(dāng)其中一個(gè)參數(shù)超過其臨界值，超導(dǎo)體就會(huì)失去超導(dǎo)特性，轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，這一現(xiàn)象即為失超。常見的失超主要包括過電流失超和過熱失超兩種形式。其中，過電流失超是指超導(dǎo)體所承載的電流超過其臨界電流 Ic而引起的失超，而過熱失超則是超導(dǎo)材料上局部溫度升高超過其臨界溫度 Tc而引起的失超。超導(dǎo)復(fù)合材料往往包括超導(dǎo)部分、基體部分和其它加強(qiáng)部分等，當(dāng)超導(dǎo)材料發(fā)生局部失超，超導(dǎo)部分的載流向基體和加強(qiáng)部分分流，產(chǎn)生焦耳熱，當(dāng)所產(chǎn)生的焦耳熱超過耗散的熱量時(shí)，溫升區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，引起正常區(qū)的擴(kuò)展，失超開始傳播[13-15],如圖 1-3 (b)。


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