超導(dǎo)材料的臨界性能、交流損耗以及力學(xué)特性的理論研究.pdf

1、超導(dǎo)體一般處于強(qiáng)磁場(chǎng)、大電流等復(fù)雜物理環(huán)境中，其臨界性能會(huì)受到外加磁場(chǎng)、電流和機(jī)械荷載等因素的影響。超導(dǎo)材料在傳輸電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生交流損耗，在電磁體力作用下會(huì)發(fā)生力學(xué)變形甚至破壞。研究超導(dǎo)材料在多物理場(chǎng)下的臨界性能、交流損耗以及力學(xué)特性對(duì)于其實(shí)際應(yīng)用非常重要。本學(xué)位論文從宏觀角度研究了非理想第 II類超導(dǎo)體的斷裂行為、磁彈性變形以及交流損耗等問(wèn)題，從微觀角度分析了理想第II類超導(dǎo)體的臨界性能以及磁通流動(dòng)不穩(wěn)定特性。
　　本研究主要內(nèi)容

2、包括：⑴基于臨界態(tài)模型和超導(dǎo)薄帶磁通穿透理論，數(shù)值研究了含有一條中心裂紋和兩條共線裂紋的超導(dǎo)薄帶斷裂行為。采用虛擬裂紋閉合法，求得最大應(yīng)力強(qiáng)度因子出現(xiàn)在磁場(chǎng)下降階段。運(yùn)用場(chǎng)相關(guān)的臨界態(tài)模型計(jì)算得到的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子大于Bean模型得到的最大值。由于電流密度跟磁場(chǎng)的相關(guān)性，采用場(chǎng)相關(guān)的臨界態(tài)模型得到的結(jié)果比Bean模型的結(jié)果更加準(zhǔn)確?？紤]鐵磁基底對(duì)超導(dǎo)薄帶電磁響應(yīng)的影響，理論研究了超導(dǎo)/鐵磁復(fù)合雙層帶在運(yùn)輸電流和垂直磁場(chǎng)下的磁彈性變形，并

3、且與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合。⑵對(duì)于二代高溫超導(dǎo)電纜的交流損耗，采用保角變換的方法，研究了弧形超導(dǎo)/鐵磁雙層帶以及其圓周排列形成的超導(dǎo)電纜的交流損耗規(guī)律，并且在小電流或小磁場(chǎng)下給出了交流損耗的解析式。重點(diǎn)討論了外場(chǎng)幅值、弧形超導(dǎo)帶寬度以及圓柱上超導(dǎo)帶的數(shù)量對(duì)超導(dǎo)電纜交流損耗的影響。⑶基于變形超導(dǎo)體的金茲堡-朗道理論，研究了應(yīng)變對(duì)第II類超導(dǎo)體上臨界磁場(chǎng)和下臨界磁場(chǎng)的影響。上臨界磁場(chǎng)隨著應(yīng)變的增加而減小，這與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。進(jìn)一步從理論上

4、預(yù)測(cè)下臨界磁場(chǎng)隨應(yīng)變的增加而增加，并分析了耦合參數(shù)和金茲堡-朗道參量?對(duì)下臨界磁場(chǎng)的作用。結(jié)合二流體模型，給出了應(yīng)變與超導(dǎo)臨界溫度的關(guān)系表達(dá)式。臨界溫度隨著應(yīng)變的增加而降低，并且拉伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變對(duì)超導(dǎo)臨界溫度的影響是非對(duì)稱的，這與小應(yīng)變情形下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。根據(jù)時(shí)間相關(guān)的金茲堡-朗道理論研究含有裂縫缺陷的細(xì)觀超導(dǎo)體的渦旋動(dòng)力學(xué)和電場(chǎng)引起的磁通流動(dòng)不穩(wěn)定性。數(shù)值模擬了相滑移線的出現(xiàn)過(guò)程及其對(duì)超導(dǎo)體內(nèi)電流-電壓特征曲線的影響。探討了裂縫傾