PDF《杨小斌第34 卷第4期应用力》

基金项目:? 江苏省自然科学基金项目(BK20131140).

收稿日期: 2012-00-00 修回日期:2012-00-00 第一作者简介:杨小斌,男,1972 年生,研究生,教授;

研究方向――高温超导结构力学分析. E-mail: [email protected] 应用力学学报CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS 第34 卷第4期2017 年8月Vol.34 No.4 Aug.

2017 2 应用力学学报第34 卷第4期第一作者姓名,等:文章标题

3 文章编号:1000- 4939(2017) 04-0000-00 脉冲磁场作用下超导圆柱应力分析 杨小斌?1 李秀红1王晓军1(1 常州工学院机械与车辆工程学院

213032 常州) 摘要:高温超导体在脉冲磁化过程中会受到热应力和电磁应力的共同作用.本文基于超导电磁基 本方程和热传导方程,分析了上升时间为

1 秒的一种指数脉冲磁场作用下超导圆柱脉冲磁化过程 中的应力状态,结果表明热应力主导了脉冲磁化的应力状态,由于热应力的作用,总径向正应力 几乎总为拉应力.无论外磁场的上升和下降阶段总环向正应力在超导体中呈现三个区域,在中心 和边界区域为正,在这两个区域之间为负;

而且在上升阶段总环向应力在中心区有一个均匀分布 区.径向和环向正应力的最大值均出现在外磁场的下降时段. 关键词:高温超导;

磁热相互作用;

脉冲磁化;

热应力;

电磁应力 中图分类号:O343.1 文献标识码: A 基金项目:? 江苏省自然科学基金项目(BK20131140). 收稿日期: 2012-00-00 修回日期:2012-00-00 第一作者简介:杨小斌,男,1972 年生,研究生,教授;

研究方向――高温超导结构力学分析. E-mail: [email protected] 应用力学学报CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS 第34 卷第4期2017 年8月Vol.34 No.4 Aug.

2017 1 引言REBaCuO(RE 为稀土元素)系超导材料由于 能够提供远大于永磁材料的磁场, 在储能、 磁悬浮、 磁分离、磁控溅射等需要强磁场的领域有广阔的应 用前景[1-5] .超导磁场通常有两种形式,一种是用超 导线缆绕制线圈,线圈载流产生磁场,另一种是磁 化超导块材,由其俘获的非均匀磁通产生磁场.前 者体积庞大,应用限制较多,后者体积小,而且价 格相对低廉. 超导块材只有经过磁化才会具有磁性.场冷磁 化和零场冷磁化是超导体磁化的两种基本方式.场 冷磁化已经能够产生高达 17.24T 的磁场[6] ,但磁化 过程需要持续的强外磁场,所需设备复杂,费用昂 贵;

零场冷磁化由于受外磁场速度的影响,磁化过 程中磁通运动产生大量的热,一部分热量通过表面 热交换被冷却剂带走, 另一部分使超导体温度升高, 温度升高会加剧磁通运动, 最终大量磁通会进入 (或 退出)超导体并随时间趋于均匀化分布,导致磁化 电流很小,产生的磁场也很小.为了克服零场冷磁 化的缺点,文献[7]提出了多脉冲分段冷却磁化方 法,该方法能够产生高达 5T 的磁场,已经完全能 够满足工业对强磁场的要求. 但多脉冲磁化过程中, 超导体内部除电磁作用产生的电磁应力外,还有温 度非均匀分布产生的热应力,既超导体在脉冲磁化 过程中要受到电磁应力和热应力的共同作用. 在静态或准静态情形下,超导体处于电磁 力等于磁通钉扎力的临界态,该状态下超导块材的 力学行为已经得到了比较广泛的研究,包括应力状 态、磁致伸缩行为、断裂以及针对不同几何形状的 研究[8-13] ,但温度场和电磁场共同作用下超导体的 力学行为尚缺乏充分的研究,该研究对于认识超导 块材在脉冲磁化过程中应力的分布、电磁应力和热 应力在总应力中的作用,最大拉应力的大小和出现 的位置,脉冲宽度对于应力分布和最大拉应力的影 响等方面都是非常有意义的;