永磁軌道上塊狀高溫超導體的振動特性研究.pdf

1、高溫超導磁懸浮車在實際運行中，在外界激擾下（縫隙、錯位和橫風等）會引起高溫超導磁懸浮車系統(tǒng)的振動。當高溫超導磁懸浮車系統(tǒng)發(fā)生振動時，作用在車載超導體上的磁場也相應地發(fā)生變化，將加劇超導體內(nèi)部的磁通運動，最終引起高溫超導體內(nèi)部能量損耗，導致高溫超導磁懸浮系統(tǒng)的狀態(tài)變化和性能下降，惡化車輛運行的平穩(wěn)性，有時甚至危及行車安全。在高速運行條件下，這種振動作用將進一步加強，由此引發(fā)的振動問題更加嚴重，其危害性也顯得更為突出。因此，深入細致地開展高

2、溫超導磁懸浮系統(tǒng)振動特性研究，弄清高溫超導體與永磁軌道相互作用特征及其影響因素的作用規(guī)律，顯得十分必要。
　　本論文利用實驗測試和數(shù)值模擬兩種手段對自由懸浮狀態(tài)下和運行狀態(tài)下的塊狀高溫超導體的振動特性及其影響因素的作用規(guī)律進行了深入研究。
　　在實驗測試研究中，首先利用高溫超導磁懸浮車的縮比模型，實驗研究了不同負載情況下（垂向移動、橫向移動、縱向偏載和橫向偏載）高溫超導磁懸浮系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)及懸浮高度的變化規(guī)律。然后以高溫

3、超導磁懸浮動態(tài)測試系統(tǒng)為平臺模擬高溫超導磁懸浮車的運行情況，研究了不同相對運行速度下永磁軌道上方高溫超導體的振動響應特性，具體研究了場冷高度、加速方式（逐級加減速和循環(huán)加減速）和長時間運行等影響因素對高溫超導磁懸浮系統(tǒng)振動響應特性的影響。
　　在數(shù)值模擬研究中，在分析了高溫超導磁懸浮振動系統(tǒng)中高溫超導體與永磁軌道相互作用規(guī)律的基礎(chǔ)上，分別建立了高溫超導體振動微分方程、高溫超導體與永磁軌道相互作用的三維電磁場控制方程、高溫超導體的溫

4、度場方程和永磁軌道磁場的三維解析模型。其中三維電磁場控制方程是以矢量電位為狀態(tài)變量，并考慮高溫超導體的電各向異性現(xiàn)象，永磁軌道磁場的三維解析模型中考慮到永磁體間的縫隙與表面不平順引起的磁場變化。基于以上控制方程建立與求解，最終建立了三維電-磁-熱多物理場耦合的高溫超導磁懸浮振動計算模型，分別從豎直運動、橫向運動、縱向運動和垂向振動四個方面驗證了高溫超導磁懸浮振動計算模型的準確性。在此基礎(chǔ)上，理論研究了自由懸浮狀態(tài)下和勻速運行下高溫超導體

5、的振動特性。
　　針對自由懸浮狀態(tài)下的高溫超導磁懸浮系統(tǒng)，研究了垂向激勵和橫向激勵下高溫超導體的振動響應特性，具體研究了工作條件、材料性能、幾何尺寸和溫升效應等影響因素對高溫超導磁懸浮系統(tǒng)振動響應的影響，最后研究了高溫超導磁懸浮系統(tǒng)的垂向和橫向固有頻率隨工作條件和材料性的變化規(guī)律。
　　針對勻速運行狀態(tài)下的高溫超導磁懸浮系統(tǒng)，研究了高溫超導體的垂向振動響應特性。具體研究包括永磁軌道的縫隙和表面不平順、工作條件、材料性能、溫升