本文關鍵詞：高溫超導懸浮系統(tǒng)在場冷條件下的磁剛度研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高溫超導懸浮系統(tǒng)是以第II類非理想高溫超導體為核心材料的電磁懸浮系統(tǒng)。在實際的工程應用中,如高溫超導磁懸浮軸承、高溫超導磁懸浮列車等,具有廣泛的應用前景,并已實現(xiàn)了樣機。第II類非理想高溫超導體的強磁滯特征決定了系統(tǒng)的宏觀物理、力學行為。由于超導塊材的強磁滯特性,如何描述塊材在磁場中的俘獲磁通行為,進而計算系統(tǒng)的宏觀力學性質(zhì),成為求解高溫超導磁懸浮問題的關鍵。針對與磁剛度密切相關的超導磁懸浮力,博士論文首先基于電流和磁場相關聯(lián)的Kim臨界態(tài)模型和Maxwell方程組,考慮超導體內(nèi)部臨界電流密度與磁場的函數(shù)關系,以屏蔽電流穿透深度為基本變量,建立了隱含屏蔽電流穿透深度的半解析微分方程。采用迭代法進行數(shù)值求解,得到了與實驗結果吻合的磁懸浮力結果,驗證了理論模型的有效性。進而分析了近場冷卻情況下,超導磁懸浮力的典型特征,給出了超導磁懸浮力隨系統(tǒng)物理參數(shù)與幾何參數(shù)的變化規(guī)律。作為超導體應用之一的高溫超導懸浮系統(tǒng),其磁剛度特性研究一直是超導懸浮系統(tǒng)安全設計的基礎,受到廣泛關注。磁剛度是衡量懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定性能的重要物理量之一,在研究方法和變化規(guī)律上仍然存在一些問題未被清晰揭示。目前,磁剛度的測試結果較多,理論研究較少。在磁剛度測量上,通常測量小滯回距離對應的磁懸浮力數(shù)據(jù)進行處理,而這個距離的選取具有較大的隨意性,甚至達幾個毫米,并沒有統(tǒng)一的標準。由于塊材的強磁滯性,距離的選擇直接影響磁剛度結果。博士論文針對傳統(tǒng)的磁剛度認知程度和實驗處理方法,建立了與實際更為符合的磁剛度數(shù)據(jù)處理方法—極限擬合法。以此方法為基礎,討論了近場冷卻情況下,高溫超導懸浮系統(tǒng)的磁剛度特征。進一步地詳細分析了磁剛度對系統(tǒng)參數(shù)的依賴關系,通過對超導體內(nèi)部屏蔽電流穿透情況和內(nèi)磁場變化情況進行分析,對磁剛度的變化規(guī)律給予了合理解釋。超導塊材的初始場冷條件是屏蔽電流穿透歷史的決定性因素之一,對系統(tǒng)的力學行為有較大影響。博士論文研究了先上升-后下降和先下降-后上升兩類典型初始場冷條件的區(qū)別。詳細討論了這兩種場冷情況下高溫超導懸浮系統(tǒng)的磁剛度特征,重點關注了場冷高度對兩類情況下系統(tǒng)磁剛度的比對結果。給出了在先下降-后上升場冷條件下磁剛度隨臨界電流密度、外加磁場、超導體厚度等參數(shù)的變化規(guī)律。此外,基于屏蔽電流穿透深度理論,對高溫超導懸浮系統(tǒng)的實時控制策略提出一些初步構想。除了準靜態(tài)方面的應用外,高溫超導懸浮系統(tǒng)的實際運營中往往處于動態(tài)運動狀態(tài)中,如何衡量系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并將系統(tǒng)的宏觀動力學性質(zhì)與超導體電磁運動本質(zhì)相關聯(lián),是高溫超導動力學研究的一個重要基礎課題。博士論文在這方面進行了一些探索工作�；贙im電磁本構關系、Ampère環(huán)路定律,數(shù)值求解了懸浮體的動力學微分方程,得到了系統(tǒng)的時間響應曲線以及超導體內(nèi)部多層電流的穿透特征廓線。討論了動力系統(tǒng)的角頻率和動磁剛度的時變性特征,指出動磁剛度隨時間的變化規(guī)律符合Logistic函數(shù)關系。研究了場冷高度的影響,給出了動磁剛度隨場冷高度的增加呈負指數(shù)關系減小的規(guī)律。從角頻率和單位位移增量兩個角度分別獲得了動磁剛度的結果,進行了對比分析,給出了兩種方法差異性的合理解釋。進一步討論了系統(tǒng)的磁阻尼性質(zhì),討論了相對阻尼系數(shù)隨時間、場冷高度的變化規(guī)律。給出了動磁剛度隨臨界電流密度常數(shù)呈負指數(shù)關系減小的性質(zhì),從超導體的釘扎能力角度進行合理解釋。
【關鍵詞】：高溫超導懸浮系統(tǒng) 場冷 磁剛度 極限擬合法 穿透深度
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM26
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 超導發(fā)展概況10-14
• 1.2 高溫超導懸浮機理14-16
• 1.3 研究現(xiàn)狀和進展16-24
• 1.3.1 磁懸浮力的研究16-21
• 1.3.2 磁剛度的研究21-23
• 1.3.3 問題的提出23-24
• 1.4 本文的主要內(nèi)容24-26
• 第二章 場冷條件下的高溫超導磁懸浮力26-52
• 2.1 計算模型26-33
• 2.1.1 屏蔽電流的穿透深度27-29
• 2.1.2 超導體的內(nèi)部磁場29
• 2.1.3 計算結果驗證29-33
• 2.2 場冷條件下磁懸浮力的基本特征33-36
• 2.2.1 場冷磁懸浮力隨懸浮間隙的變化規(guī)律34-36
• 2.2.2 場冷條件下磁懸浮力的滯回性質(zhì)36
• 2.3 場冷高度對磁懸浮力的影響36-39
• 2.4 系統(tǒng)參數(shù)對磁懸浮力的影響39-51
• 2.4.1 臨界電流密度對磁懸浮力的影響40-43
• 2.4.2 外加磁場對超導磁懸浮力的影響43-47
• 2.4.3 幾何尺寸對超導磁懸浮力的影響47-51
• 2.5 本章小結51-52
• 第三章 場冷條件下系統(tǒng)的靜磁剛度研究52-80
• 3.1 磁剛度的研究意義52-54
• 3.2 磁剛度的計算方法54-64
• 3.2.1 磁剛度的處理方法59-64
• 3.3 大滯回曲線上支和下支的磁剛度性質(zhì)64-66
• 3.4 系統(tǒng)參數(shù)對磁剛度的影響研究66-78
• 3.4.1 臨界電流密度對磁剛度的影響66-69
• 3.4.2 外加磁場對磁剛度的影響69-73
• 3.4.3 系統(tǒng)幾何尺寸對磁剛度的影響73-78
• 3.5 本章小結78-80
• 第四章 磁化過程對系統(tǒng)力學性能的影響80-97
• 4.1 兩類典型的磁化過程概述80-82
• 4.2 超導懸浮系統(tǒng)在兩類磁化過程中的力學性能研究82-93
• 4.2.1 超導懸浮系統(tǒng)在DA過程中的力學性能82-91
• 4.2.2 超導懸浮系統(tǒng)在AD過程中的力學性能91-93
• 4.3 高溫超導懸浮系統(tǒng)的實時控制策略93-95
• 4.4 本章小結95-97
• 第五章 場冷條件下的動磁剛度研究97-114
• 5.1 研究意義97-98
• 5.2 自由振動的計算模型98-102
• 5.2.1 計算模型98-99
• 5.2.2 基本方程及解法99-102
• 5.3 自由振動的計算結果102-113
• 5.3.1 穩(wěn)定懸浮區(qū)間103
• 5.3.2 自由振動時間響應103-106
• 5.3.3 角頻率、動磁剛度106-110
• 5.3.4 相對阻尼系數(shù)110-112
• 5.3.5 臨界電流密度對動磁剛度的影響112-113
• 5.4 本章小結113-114
• 第六章 結論114-116
• 參考文獻116-124
• 在學期間的研究成果124-125
• 致謝125

  本文關鍵詞：高溫超導懸浮系統(tǒng)在場冷條件下的磁剛度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：414865