【摘 要】
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具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料为超导材料。高温超导体由于具有较高的临界转变温度、较大的临界电流密度以及俘获强磁场的特性,自从其诞
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具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料为超导材料。高温超导体由于具有较高的临界转变温度、较大的临界电流密度以及俘获强磁场的特性,自从其诞生以来就受到了极大关注,表现出广泛的应用前景。孔洞,作为一种常见的缺陷,经常预先存在于器件中或者在器件使用过程中因外部荷载产生。因此,本文在前人工作的基础上,采用有限元模型进行计算,进一步研究了含中心圆孔、椭圆孔及矩形孔的超导材料在电磁力作用下的磁致伸缩及应力分布。所做工作具体如下:首先,研究了含中心椭圆孔的柱状超导体由于磁通钉扎现象引起的应力分布问题。通过采用具有临界电流状态的指数模型来获得场冷时磁场减小过程中磁通密度的分布方程,进而获得磁通扎钉力。然后,通过采用有限元方法进行计算,绘制数值结果图并且进行了详细的分析。数值结果显示沿着柱状超导体中心椭圆孔的长轴方向,在孔的边缘发生环向应力的应力集中现象。另外,孔的形状和当前临界电流状态的模型参数对于应力的分布具有很大的并且不同的影响。其次,研究了含矩形孔的高温超导长条在电磁力作用下孔边应力问题,基于Bean临界状态模型和Kim临界状态模型,分析并得到了含矩形孔超导条在场冷和零场冷的减小场中电磁力作用下的磁通密度分布。首先运用有限元方法,得到了相应的孔边应力集中系数和孔边非零主应力的数值解,然后,在两种临界模型下对两者进行了比较。这些研究结果对于分析和设计超导仪器具有很大的意义。最后,研究了含中心小圆孔的横观各向同性超导薄圆盘在垂直的磁场中,由于磁通钉扎效应引起的磁致伸缩及应力分布。假设薄超导盘中的磁通密度和电流密度遵循Bean模型,推导出了磁致伸缩、径向应力及环向应力的解析式,研究了薄超导盘在整个磁化过程中的磁致伸缩行为。重点分析了磁化过程中外加磁场对磁致伸缩及最大张拉应力的影响。数值结果显示,在磁场变化一个周期中,最大径向拉应力出现在峰值场与俘获场中间,此时,最大的环向拉应力出现在小圆孔边上。这些结果对超导材料强度分析及设计有帮助。
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