高溫超導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)磁隱形及力學(xué)特性.pdf

1、超導(dǎo)材料在科學(xué)研究和工程應(yīng)用等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。由于具有普通材料不具備的特性使超導(dǎo)材料自身的電磁行為較為復(fù)雜。一方面，超導(dǎo)材料因具有顯著的抗磁性而被應(yīng)用于電磁屏蔽裝置中，可實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)中的隱形。另一方面，磁通釘扎作用使高溫超導(dǎo)體在變化磁場(chǎng)中受到電磁體力，導(dǎo)致超導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力和變形。強(qiáng)磁場(chǎng)中的復(fù)雜電磁體力會(huì)使原本脆性且含有較多缺陷的高溫超導(dǎo)體發(fā)生裂紋擴(kuò)展甚至結(jié)構(gòu)破壞。保證超導(dǎo)設(shè)備和器件在電磁場(chǎng)中運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性始終是超導(dǎo)研究中長(zhǎng)期關(guān)注

2、的基礎(chǔ)性課題。本論文針對(duì)高溫超導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)及載荷作用下的靜磁隱形、電磁行為和斷裂特性展開(kāi)研究。
　　首先，本文考慮了超導(dǎo)-鐵磁層狀結(jié)構(gòu)的隱形特性。假設(shè)超導(dǎo)材料具有完全抗磁性，基于鐵磁材料力磁耦合本構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)了在均勻磁場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)完美磁隱形時(shí)鐵磁材料磁導(dǎo)率需滿足的關(guān)系式。數(shù)值模擬結(jié)果表明僅通過(guò)對(duì)鐵磁材料施加剪應(yīng)力便可改變超導(dǎo)體的電磁響應(yīng)。非均勻磁場(chǎng)情形下該結(jié)構(gòu)的隱形性能會(huì)受到力學(xué)載荷的影響，本部分的研究提供了一種通過(guò)施加恰當(dāng)?shù)牧W(xué)載

3、荷來(lái)調(diào)節(jié)超導(dǎo)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(xué)載荷對(duì)超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)的影響。通過(guò)數(shù)值求解力磁耦合方程得到鐵磁體在力學(xué)載荷作用下自身及周圍的磁場(chǎng)分布。利用臨界態(tài)Bean模型給出了超導(dǎo)帶材的電流密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度分布，進(jìn)一步討論了剪應(yīng)力對(duì)超導(dǎo)帶材磁化的影響。此外，利用臨界態(tài)Kim模型討論了超導(dǎo)體中的臨界電流密度，通過(guò)對(duì)比不同超導(dǎo)-鐵磁結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體的臨界電流密度與幾何形狀和力學(xué)載荷密

4、切相關(guān)。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)，施加恰當(dāng)?shù)牧W(xué)載荷可以提升超導(dǎo)體的臨界電流密度。
　　最后，研究了含有界面裂紋的超導(dǎo)涂層導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)作用下裂紋尖端應(yīng)變能釋放率。應(yīng)用虛擬裂紋閉合法（VCCT法）求解經(jīng)典的界面裂紋問(wèn)題且獲得了較高的計(jì)算精度，證明此方法的可靠性。忽略裂紋對(duì)感應(yīng)電流和磁場(chǎng)的影響，建立超導(dǎo)涂層導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)模型，基于臨界態(tài)Bean模型，借助Abaqus數(shù)值求解并采用VCCT法后處理，討論了超導(dǎo)涂層導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)的斷裂行為，得到不同