圓柱狀高溫超導體的力學性質(zhì)理論研究.pdf

1、高溫超導體具有的易碎性限制了其在工程中的廣泛應用，因而在高溫超導體的實際應用中還存在很多重要的力學問題值得研究。根據(jù)高溫超導體受電磁力作用的受力機制，本文研究了含有中心橢圓孔的圓柱狀超導體內(nèi)應力和位移的分布。而作為力學性質(zhì)研究的一個重要方面，超導體在電磁力作用下的裂紋問題也得到了詳細的研究。 首先，基于Bean臨界態(tài)模型和有限元方法，研究了具有不同形狀的橢圓孔的超導體內(nèi)應力和位移的分布。討論了橢圓孔長短軸之比對超導體內(nèi)應力和位移

2、分布的影響，并分析了不同磁場條件對應力和位移分布的影響。由于應力集中的影響，隨著橢圓孔長短軸之比的增大，超導體內(nèi)徑向應力和環(huán)向應力只在孔附近顯著增大，而位移變化都很?。浑S著外磁場的減小，徑向應力和位移的最大值先增大后減小，而環(huán)向應力的最大值不斷增大。 其次，基于Kim臨界態(tài)模型和有限元方法，選取不同的無量綱參數(shù)p，研究了相同的超導模型中應力和位移的分布。討論了參數(shù)p對超導體內(nèi)應力和位移分布的影響，并將Bean和Kim兩種模型所得

3、到的結(jié)果進行了比較。Kim模型下參數(shù)p較大時（p在0．1以上），隨著參數(shù)p的增大，超導體內(nèi)徑向應力、環(huán)向應力以及位移都不斷增大，而且都在孔附件區(qū)域變化較小，在遠離孔的區(qū)域卻變化較大。而在參數(shù)p較小時（p在0．1以下），參數(shù)p的值對應力和位移結(jié)果基本沒有影響。另外，Kim模型下參數(shù)p較小時的計算結(jié)果與Bean模型中的計算結(jié)果非常接近。 最后，基于裂紋對電流形成理想阻礙作用的假定，考慮零場冷情形，分別利用Bean和Kim臨界態(tài)模型研

4、究了含有中心貫穿裂紋的圓柱狀超導體中裂紋尖端的應力強度因子與外磁場及裂紋長度之間的變化關(guān)系。計算過程中利用了復變函數(shù)方法和邊界配置方法。當外磁場較大超導體內(nèi)同時受到壓應力和拉應力時，在裂紋長度較小的情況下，應力強度因子隨裂紋長度增大逐漸增大，裂紋長度對應力強度因子起著決定性影響；而在裂紋長度較大的情況下，應力強度因子隨裂紋長度增大開始逐漸減小，由外磁場和裂紋長度共同決定的合力對應力強度因子起著更重要的作用。當外磁場較小超導體內(nèi)只受到拉應