發(fā)布時(shí)間：2021-03-28 06:40

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

【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：138 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

超導(dǎo)材料的(a)零電阻特性

圖 1-2 超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)變溫度[32]用型超導(dǎo)體中的力學(xué)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(dǎo)體[33]。第 I 類超導(dǎo)體僅存在正常態(tài) a cH H c。第 II 類超導(dǎo)體存在兩個(gè)臨界磁場(chǎng)c1H 、c2H 和三種狀態(tài)[34] c2 H、混合態(tài) c 2 a c1H H H和超導(dǎo)態(tài) a c1H H。相比于第II 類超導(dǎo)體具有更高的臨界溫度、臨界電流和臨界磁場(chǎng)[11]。具理想第 II 類超導(dǎo)材料，其中包括高溫超導(dǎo)材料 REBCO 和低n 。 REBCO 超導(dǎo)材料主要應(yīng)用于磁通俘獲、磁懸浮、飛輪儲(chǔ)能0]。隨著高溫超導(dǎo)體應(yīng)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(lái)提升臨界電流密度，同時(shí)需要保證結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)眾多高溫超導(dǎo)體中，YBCO 和 GdBCO（見圖 1-3）超導(dǎo)塊材

圖 1-3 YBCO（左）與 GdBCO（右）高溫超導(dǎo)塊材的橫截面示意圖[48]溫超導(dǎo)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(cuò)、雜質(zhì)、微裂紋等缺陷[49]。在實(shí)際制備的 YBCO 和 GdB測(cè)到了各種缺陷，如圖 1-4 所示。無(wú)裂紋的超導(dǎo)塊材在磁化過程aH 超過下臨界磁場(chǎng)c1H 后，磁通渦旋線在 Lorentz 力的驅(qū)動(dòng)下不部穿透。遇到缺陷后，渦旋線在釘扎力的阻礙下停止運(yùn)動(dòng)，從而中心。隨著外磁場(chǎng)的不斷升高，積累在缺陷附近的渦旋線越來(lái)越在渦旋線上的 Lorentz 力也越來(lái)越大。當(dāng) Lorentz 力大于釘扎力后旋線便會(huì)越過釘扎中心繼續(xù)向超導(dǎo)體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，如此等等[33]。當(dāng)降時(shí)，磁通線由于釘扎力的作用依然留在超導(dǎo)體內(nèi)部，最終俘獲逐漸遞減的磁場(chǎng)分布，如圖 1-5(a)所示[50]。因此，高溫超導(dǎo)體具能力，可以被用來(lái)制造永磁體，相比常規(guī)永磁體具有體積小、磁點(diǎn)[39, 48, 51]。然而，對(duì)于含裂紋的超導(dǎo)塊材而言，裂紋會(huì)使超導(dǎo)體磁場(chǎng)重新分配，俘獲的磁場(chǎng)會(huì)從原來(lái)的單峰分布變?yōu)槎喾宸植迹?


本文編號(hào)：3105071