高溫超導復合結構磁隱形及力學特性.pdf

1、超導材料在科學研究和工程應用等領域具有重要的應用。由于具有普通材料不具備的特性使超導材料自身的電磁行為較為復雜。一方面，超導材料因具有顯著的抗磁性而被應用于電磁屏蔽裝置中，可實現電磁場中的隱形。另一方面，磁通釘扎作用使高溫超導體在變化磁場中受到電磁體力，導致超導體內產生應力和變形。強磁場中的復雜電磁體力會使原本脆性且含有較多缺陷的高溫超導體發(fā)生裂紋擴展甚至結構破壞。保證超導設備和器件在電磁場中運行的安全性和穩(wěn)定性始終是超導研究中長期關注

2、的基礎性課題。本論文針對高溫超導復合結構在磁場及載荷作用下的靜磁隱形、電磁行為和斷裂特性展開研究。
　　首先，本文考慮了超導-鐵磁層狀結構的隱形特性。假設超導材料具有完全抗磁性，基于鐵磁材料力磁耦合本構關系推導了在均勻磁場下實現完美磁隱形時鐵磁材料磁導率需滿足的關系式。數值模擬結果表明僅通過對鐵磁材料施加剪應力便可改變超導體的電磁響應。非均勻磁場情形下該結構的隱形性能會受到力學載荷的影響，本部分的研究提供了一種通過施加恰當的力學載

3、荷來調節(jié)超導體電磁行為的方法。
　　其次，基于線彈性壓磁耦合模型和反平面剪切變形，研究了力學載荷對超導-鐵磁結構的電磁響應的影響。通過數值求解力磁耦合方程得到鐵磁體在力學載荷作用下自身及周圍的磁場分布。利用臨界態(tài)Bean模型給出了超導帶材的電流密度和磁場強度分布，進一步討論了剪應力對超導帶材磁化的影響。此外，利用臨界態(tài)Kim模型討論了超導體中的臨界電流密度，通過對比不同超導-鐵磁結構發(fā)現，超導體的臨界電流密度與幾何形狀和力學載荷密

4、切相關。對于不同結構，施加恰當的力學載荷可以提升超導體的臨界電流密度。
　　最后，研究了含有界面裂紋的超導涂層導體堆疊結構在磁場作用下裂紋尖端應變能釋放率。應用虛擬裂紋閉合法（VCCT法）求解經典的界面裂紋問題且獲得了較高的計算精度，證明此方法的可靠性。忽略裂紋對感應電流和磁場的影響，建立超導涂層導體堆疊結構模型，基于臨界態(tài)Bean模型，借助Abaqus數值求解并采用VCCT法后處理，討論了超導涂層導體堆疊結構的斷裂行為，得到不同