一种脉冲充磁过程中矩形高温超导块材应力的计算方法。该方法同时考虑超导Bean临界态模型和磁通的黏性流动，计算脉冲充磁过程中外磁场由0增加到最大值BM的过程中，磁通密度分布关系式；得出外磁场增加速度与矩形块材内部黏性磁通流动速度之间的定量关系；得到外磁场增加过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布。脉冲外磁场由最大值BM减小到0的过程中，得到外磁场减小过程中矩形块材内部磁通密度分布的关系式；推导了外磁场减小速度与矩形块材内部黏性磁通流动速度之间的定量关系；得到外磁场减小过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布。与临界态模型计算矩形高温超导块材应力的计算方法相比，该方法能反映外磁场变化速度对矩形块材内部应力大小和分布特征的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温超导块材强电应用领域，具体涉及一种脉冲充磁过程中矩形高温 超导块材应力的计算方法。
技术介绍
大尺寸单畴RE-Ba-Cu-〇(RE指的是稀土元素）高温超导块材具有较高的临界电流 密度，在低温下有较强的俘获磁通能力，这使得其在许多领域具有广泛的应用前景。与传统 的场冷却充磁（一般需要使用超导磁体获得高磁场）相比，脉冲充磁具有结构简单和费用 低廉的特点。虽然单脉冲充磁后高温超导块材的捕获场只有场冷却充磁捕获场的一半，但 是通过使用一些多脉冲技术，块材的捕获场可达到场冷却捕获场的90%。高温超导块材是 脆性陶瓷材料，其机械强度（尤其是抗拉强度）较小，而块材在制作过程中其内部不可避免 地会有微裂纹、微空隙的出现。在矩形高温超导块材脉冲充磁过程中，作用在块材上的洛伦 兹力有可能导致其破坏，从而使超导电性局部或整体退化。矩形高温超导块材的最大捕获 磁场受到材料力学特性的限制。 由于现有对矩形高温超导块材在脉冲磁场作用下应力的计算中超导本构关系多 选择临界态模型，而临界态模型给出的是块材内部准静态磁通运动时的磁场分布，因此应 用临界态模型求解块材中电磁力所致应力的计算中，都没有包含外磁场的变化速度对应力 大小和分布的影响。然而在实际进行矩形高温超导块材脉冲充磁中发现充磁速度过快可能 导致块材破裂，即充磁速度影响块材内部应力的大小和分布。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够反映脉冲磁场变场速度对矩形高温超导块材应 力影响的计算方法，使得矩形高温超导块材内部应力的大小和分布与脉冲磁场变场速度具 有定量关系。 为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案： -种脉冲充磁过程中矩形高温超导块材应力的计算方法，该方法包括如下步骤：A.当外磁场由初始值0开始增加时，磁通线进入到超导体内，矩形块材内部区域 分为磁通活动区和磁通非活动区；用 X(l表示进入块材内部的磁通涡旋线的最前端坐标位 置，则X(l <x<w区域为磁通活动区域，而0 <x<X(l为磁通非活动区域，矩形块材沿x方 向的厚度为2w;同时考虑超导Bean模型和黏性磁通流动，得到块材内部磁场的分布为：【主权项】1. ，其特征在于，该方法包括 如下步骤： A.当外磁场由初始值O开始增加时，磁通线进入到超导体内，矩形块材内部区域分为 磁通活动区和磁通非活动区；用Xtl表示进入块材内部的磁通涡旋线的最前端坐标位置，则 Xtl < X < w区域为磁通活动区域，而O < X < Xtl为磁通非活动区域，矩形块材沿X方向的 厚度为2w ;同时考虑超导Bean模型和黏性磁通流动，得到块材内部磁场的分布为：SM Ba(t) = μ 〇 U0t, X0=W- u0t 其中，Ba(t)为外磁场磁感应强度，J。是临界电流密度（按照Bean模型，其为常数）， u C1为恒定的黏性磁通流动速度，Π 是磁通运动时的黏性系数，Φ C1是磁通量子数，为真 空中的磁导率； Β.对步骤A*Ba(t)的表达式两边关于时间t求导数，得到外磁场的变化速度为dBa / dt= μ ^ [Jtl+ ( η % / Φ J u ^，外磁场变化速度dBa/dt将与磁通流动速度u ^相关；对于不 同磁通流动速度u ^，如果η和Cjitl为常量，则随着Utl的增大，dBa / dt也增大； C. 将步骤A中B(x，t)和Ba(t)的表达式带入矩形高温超导块材应力计算一般的表达 另，得到外磁场增加过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布； D. 当外磁场由Bm减小时，同样用Xtl代表磁通涡旋线方向发生反转的最前端，即 O彡X彡Xtl区域内磁场没有发生变化，称为磁通非活动区域；X(I〈X彡w的区域磁场发生了变 化，称为磁通活动区域；同时考虑超导Bean模型和黏性磁通流动，得到脉冲磁场减小过程 中矩形块材内部磁场的分布为：E. 对步骤D中Ba(t)的表达式两边关于时间t求导数，就可以得到外磁场下降速度为 dBa / (1?=-μ(ι u。，外磁场减小的速度dBa / dt将与磁通流动速度相 关。对于不同磁通流动速度u ^，如果η和t为常量，则随着u ^的增大，|dBa / dt I也 增大； F. 将步骤D中B(x，t)和Ba(t)的表达式带入矩形高温超导块材应力计算一般的表达，得到外磁场减小过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布。2. 如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述矩形高温超导块材为大尺寸单畴 RE-Ba-Cu-O高温超导块材。【专利摘要】。该方法同时考虑超导Bean临界态模型和磁通的黏性流动，计算脉冲充磁过程中外磁场由0增加到最大值BM的过程中，磁通密度分布关系式；得出外磁场增加速度与矩形块材内部黏性磁通流动速度之间的定量关系；得到外磁场增加过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布。脉冲外磁场由最大值BM减小到0的过程中，得到外磁场减小过程中矩形块材内部磁通密度分布的关系式；推导了外磁场减小速度与矩形块材内部黏性磁通流动速度之间的定量关系；得到外磁场减小过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布。与临界态模型计算矩形高温超导块材应力的计算方法相比，该方法能反映外磁场变化速度对矩形块材内部应力大小和分布特征的影响。【IPC分类】G06F19-00【公开号】CN104750961【申请号】CN201310747023【专利技术人】杨勇 【申请人】北京有色金属研究总院【公开日】2015年7月1日【申请日】2013年12月30日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种脉冲充磁过程中矩形高温超导块材应力的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：A.当外磁场由初始值0开始增加时，磁通线进入到超导体内，矩形块材内部区域分为磁通活动区和磁通非活动区；用x0表示进入块材内部的磁通涡旋线的最前端坐标位置，则x0≤x≤w区域为磁通活动区域，而0≤x≤x0为磁通非活动区域，矩形块材沿x方向的厚度为2w；同时考虑超导Bean模型和黏性磁通流动，得到块材内部磁场的分布为：B(x,t)=00≤x≤x0Ba(t)-μ0[Jc+(ηυ0/φ0)](w-x)x0<x≤w]]>这里Ba(t)=μ0[Jc+(ηυ0／φ0)]υ0t，x0=w‑υ0t其中，Ba(t)为外磁场磁感应强度，Jc是临界电流密度(按照Bean模型，其为常数)，υ0为恒定的黏性磁通流动速度，η是磁通运动时的黏性系数，φ0是磁通量子数，μ0为真空中的磁导率；B.对步骤A中Ba(t)的表达式两边关于时间t求导数，得到外磁场的变化速度为dBa／dt=μ0[J0+(ηυ0／φ0)]υ0，外磁场变化速度dBa/dt将与磁通流动速度υ0相关；对于不同磁通流动速度υ0，如果η和φ0为常量，则随着υ0的增大，dBa／dt也增大；C.将步骤A中B(x，t)和Ba(t)的表达式带入矩形高温超导块材应力计算一般的表达式得到外磁场增加过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布；D.当外磁场由BM减小时，同样用x0代表磁通涡旋线方向发生反转的最前端，即0≤x≤x0区域内磁场没有发生变化，称为磁通非活动区域；x0<x≤w的区域磁场发生了变化，称为磁通活动区域；同时考虑超导Bean模型和黏性磁通流动，得到脉冲磁场减小过程中矩形块材内部磁场的分布为：B(x,t)=BM-μ0Jc(w-x)0≤x≤x0Ba(t)+μ0[Jc+(ηυ0/φ0)](w-x)x0≤x≤w]]>这里Ba(t)=BM‑μ0[Jc+(ηυ0／φ0)]υ0t，x0=w‑[Jc+(ηυ0/φ0)]υ0t／[2Jc+(ηυ0／φ0)]；E.对步骤D中Ba(t)的表达式两边关于时间t求导数，就可以得到外磁场下降速度为dBa／dt=‑μ0[Jc+(ηυ0／φ0)]υ0，外磁场减小的速度dBa／dt将与磁通流动速度υ0相关。对于不同磁通流动速度υ0，如果η和φ0为常量，则随着υ0的增大，|dBa／dt|也增大；F.将步骤D中B(x，t)和Ba(t)的表达式带入矩形高温超导块材应力计算一般的表达式得到外磁场减小过程中与黏性磁通流动速度相关的应力分布。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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