一种背场磁体绕组的材料特性计算方法技术

本发明专利技术公开了一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其技术方案要点是：包括以下步骤：S01、建立参数化导体截面模型；S02、创建导体的三维有限元模型；S03、施加用于计算导体弹+性模量E

【技术实现步骤摘要】
一种背场磁体绕组的材料特性计算方法


[0001]本专利技术涉及材料特性计算方法，特别涉及一种背场磁体绕组的材料特性计算方法。

技术介绍

[0002]超导电缆经过多级绞缆并穿管绕制而成的背场磁体绕组，高温超导材料无阻和高临界电流密度的特性，使其成为电力应用的一个技术突破口。但是目前高温超导材料的材料属性求解依旧是一个未解的难题。

技术实现思路

[0003]针对
技术介绍
中提到的问题，本专利技术的目的是提供一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，以解决
技术介绍
中提到的问题。
[0004]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0005]一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0006]S01、建立参数化导体截面模型；
[0007]S02、创建导体的三维有限元模型；
[0008]S03、施加用于计算导体弹性模量E
x
和泊松比PR
xy
,PR
xz
的边界条件；
[0009]S04、计算导体的弹性模量E
x
和泊松比PR
xy
,PR
xz
；
[0010]S05、施加用于计算导体弹性模量E
y
和泊松比PR
yz
的边界条件；
[0011]S06、计算导体的弹性模量E
y
和泊松比PR
yz
；
[0012]S07、施加用于计算导体弹性模量E
z
的边界条件；
[0013]S08、计算导体的弹性模量E
z
；
[0014]S09、施加用于计算导体剪切模量G
xy
的边界条件；
[0015]S10、计算导体剪切模量G
xy
；
[0016]S11、施加用于计算导体剪切模量G
xz
的边界条件；
[0017]S12、计算导体剪切模量G
xz
；
[0018]S13、施加用于计算导体剪切模量G
yz
的边界条件；
[0019]S14、计算导体剪切模量G
yz
。
[0020]作为优选，所述S01包括：
[0021]S011、基于ANSYS参数化语言定义可变参数来描述导体绝缘层厚度、铠甲宽度、高度、厚度以及倒角半径，为创建导体绝缘层和铠甲做准备；
[0022]S012、在笛卡尔坐标系和柱坐标系下根据导体各组件的尺寸参数创建导体的关键点，然后通过自底向上的建模方法分别创建导体截面的线模型和面模型。
[0023]作为优选，所述S02包括：
[0024]S021、对导体的面模型进行布尔运算使其所有子面的拓扑结构满足映射网格划分要求；
[0025]S022、对导体铠甲和绝缘部件分别定义弹性模量、剪切模量、泊松比等材料特性；
[0026]S023、定义MESH200单元，对导体的面模型进行映射网格划分生成二维面网格模型；
[0027]S024、创建垂直于导体截面的扫掠线，通过扫掠网格划分生成三维导体有限元模型。
[0028]作为优选，所述S03包括：
[0029]S031、分别选择满足x＝0,y＝0,z＝0的三组节点，并分别施加固定约束；
[0030]S032、分别选择x,y,z坐标等于绝缘体宽度，高度和长度的三组节点，并分别施加自由度耦合约束；
[0031]S033、选择x坐标等于绝缘体宽度的一组节点，并施加1MPa的压力载荷；
[0032]所述S04包括：
[0033]S041、求解施加边界条件后的有限元模型；
[0034]S042、提取导体x,y,z方向的平均变形并计算对应的线应变SN
x
,SN
y
,SN
z
；
[0035]S043、选择x坐标等于绝缘体宽度的一组节点，并提取节点的平均应力S
x
；
[0036]S044、计算S
x
/SN
x
,SN
y
/SN
x
,SN
z
/SN
x
，并将其分别赋给变量E
x
,PR
xy
,PR
xz
。
[0037]作为优选，所述S05包括：
[0038]S051、删除所述S033中的载荷边界条件；
[0039]S052、选择y坐标等于绝缘体高度的一组节点，并施加1MPa的压力载荷；
[0040]所述S06包括：
[0041]S061、求解施加边界条件后的有限元模型；
[0042]S062、提取导体平均变形并计算对应的线应变SN
y
,SN
z
；
[0043]S063、选择y坐标等于绝缘体高度的一组节点，并提取节点的平均应力S
y
；
[0044]S064、计算S
y
/SN
y
,SN
y
/SN
z
，并将其分别赋给变量E
y
,μ
yz
。
[0045]作为优选，所述S07包括：
[0046]S071、删除所述S051中的载荷边界条件；
[0047]S072、选择z坐标等于绝缘体长度的一组节点，并施加1MPa的压力载荷；
[0048]所述S08包括：
[0049]S081、求解施加边界条件后的有限元模型；
[0050]S082、提取导体平均变形并计算对应的线应变SN
z
；
[0051]S083、选择z坐标等于绝缘体长度的一组节点，并提取节点的平均应力S
z
；
[0052]S084、计算S
z
/SN
z
，并将其赋给变量E
z
。
[0053]作为优选，所述S09包括：
[0054]S091、删除边界条件；
[0055]S092、选择x＝0的绝缘体表面的一组节点，并施加位移约束UX＝0,UY＝0；
[0056]S093、选择
x
坐标等于绝缘体宽度的一组节点，并对该组节点x的方向自由度进行耦合；
[0057]S094、选择z＝0的绝缘体表面的一组节点，并施加位移约束UZ＝0；
[0058]S095、选择z坐标等于绝缘体长度的一组节点，并对该组节点z的方向自由度进行耦合；
[0059]S096、选择z＝0的绝缘体表面的节点，从该节点组中选择节点坐标为(0,0,0)的节点，并将该节点的编号赋给变量na，从该节点组中选择(y＝0,z＝0)，且x坐标等于绝缘体宽度的节点，并将该节点的编号赋给变量nb，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其特征在于：包括以下步骤：S01、建立参数化导体截面模型；S02、创建导体的三维有限元模型；S03、施加用于计算导体弹性模量E
x
和泊松比PR
xy
,PR
xz
的边界条件；S04、计算导体的弹性模量E
x
和泊松比PR
xy
,PR
xz
；S05、施加用于计算导体弹性模量E
y
和泊松比PR
yz
的边界条件；S06、计算导体的弹性模量E
y
和泊松比PR
yz
；S07、施加用于计算导体弹性模量E
z
的边界条件；S08、计算导体的弹性模量E
z
；S09、施加用于计算导体剪切模量G
xy
的边界条件；S10、计算导体剪切模量G
xy
；S11、施加用于计算导体剪切模量G
xz
的边界条件；S12、计算导体剪切模量G
xz
；S13、施加用于计算导体剪切模量G
yz
的边界条件；S14、计算导体剪切模量G
yz
。2.根据权利要求1所述的一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其特征在于：所述S01包括：S011、基于ANSYS参数化语言定义可变参数来描述导体绝缘层厚度、铠甲宽度、高度、厚度以及倒角半径，为创建导体绝缘层和铠甲做准备；S012、在笛卡尔坐标系和柱坐标系下根据导体各组件的尺寸参数创建导体的关键点，然后通过自底向上的建模方法分别创建导体截面的线模型和面模型。3.根据权利要求1所述的一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其特征在于：所述S02包括：S021、对导体的面模型进行布尔运算使其所有子面的拓扑结构满足映射网格划分要求；S022、对导体铠甲和绝缘部件分别定义弹性模量、剪切模量、泊松比等材料特性；S023、定义MESH200单元，对导体的面模型进行映射网格划分生成二维面网格模型；S024、创建垂直于导体截面的扫掠线，通过扫掠网格划分生成三维导体有限元模型。4.根据权利要求1所述的一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其特征在于：所述S03包括：S031、分别选择满足x＝0,y＝0,z＝0的三组节点，并分别施加固定约束；S032、分别选择x,y,z坐标等于绝缘体宽度，高度和长度的三组节点，并分别施加自由度耦合约束；S033、选择x坐标等于绝缘体宽度的一组节点，并施加1MPa的压力载荷；所述S04包括：S041、求解施加边界条件后的有限元模型；S042、提取导体x,y,z方向的平均变形并计算对应的线应变SN
x
,SN
y
,SN
z
；S043、选择x坐标等于绝缘体宽度的一组节点，并提取节点的平均应力S
x
；
S044、计算S
x
/SN
x
,SN
y
/SN
x
,SN
z
/SN
x
，并将其分别赋给变量E
x
,PR
xy
,PR
xz
。5.根据权利要求4所述的一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其特征在于：所述S05包括：S051、删除所述S033中的载荷边界条件；S052、选择y坐标等于绝缘体高度的一组节点，并施加1MPa的压力载荷；所述S06包括：S061、求解施加边界条件后的有限元模型；S062、提取导体平均变形并计算对应的线应变SN
y
,SN
z
；S063、选择y坐标等于绝缘体高度的一组节点，并提取节点的平均应力S
y
；S064、计算S
y
/SN
y
,SN
y
/SN
z
，并将其分别赋给变量E
y
,μ
yz
。6.根据权利要求5所述的一种背场磁体绕组的材料特性计算方法，其特征在于：所述S07包括：S071、删除所述S051中的载荷边...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪献伟，何庆，李秀莲，蒋琴仙，谢文涛，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：