CICC股线的三维力学模型及临界电流退化的研究
CICC(NB3Sn cable-in conduit conductors)的性能退化是国际热核聚变实验堆(ITER)这种大规模磁体设计中的关键问题。当从反应热处理温度降温冷却到低温运行温度时,在导管与股线束之间不同的热收缩会导致股线中产生弯曲与轴向应变；CICC运行在局部超过13T的强磁场中,承载着超过50KA的超导电流,因此各根股线将遭受剧烈的横向荷载—洛伦兹力作用,单根股线上既受分布磁力作用,又将受来自其他股线的通过股线与股线间的接触传递的累积荷载。热收缩、弯曲、接触导致了应变沿着股线周期性的变化。股线内部应变的大小和周期性与单根股线内部超导丝之间电流再分配的能力,决定了对临界电流的影响。针对目前的力学模型仅限于由简化的二维情形模拟真实的空间多层级绞扭结构,本文首先提出了用Frenet坐标系下的几何参量与截面主轴坐标系的弯扭度矢量表征股线的空间螺旋构形,基于基尔霍夫的弹性细杆理论对股线在电磁力与热载荷共同作用下的情形建立了理论模型,并给出了表征一个特征长度(周期)范围内股线中应变状态的精确解析解。根据描述应变—临界电流密度的Summer定标率与股线中电流分布情况的Ekin积分式计算了临界电流的退化值,给出了CICC的不同绞缆形式对临界电流的影响的结果,并得出增加绞扭的第一层级的扭距以提升CICC的超导性能的初步结论。这一结论在数值模型(TEMLOP模型,FEMCAM模型)的计算结果中得到了验证,为设计CICC的绞缆模式提供了理论依据与参考。在进一步对模型完善的基础上,有望对CICC的性能退化做出更精确的预测。
超导电缆 三维股线 力学模型 弹性细杆 临界电流 性能退化
李瀛栩 高原文
西部灾害与环境力学教育部重点实验室,兰州大学土木工程与力学学院力学与工程科学系,甘肃兰州730000
国内会议
哈尔滨
中文
1-7
2011-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）