圓柱狀高溫超導(dǎo)體的力學(xué)性質(zhì)理論研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)體具有的易碎性限制了其在工程中的廣泛應(yīng)用，因而在高溫超導(dǎo)體的實(shí)際應(yīng)用中還存在很多重要的力學(xué)問題值得研究。根據(jù)高溫超導(dǎo)體受電磁力作用的受力機(jī)制，本文研究了含有中心橢圓孔的圓柱狀超導(dǎo)體內(nèi)應(yīng)力和位移的分布。而作為力學(xué)性質(zhì)研究的一個(gè)重要方面，超導(dǎo)體在電磁力作用下的裂紋問題也得到了詳細(xì)的研究。 首先，基于Bean臨界態(tài)模型和有限元方法，研究了具有不同形狀的橢圓孔的超導(dǎo)體內(nèi)應(yīng)力和位移的分布。討論了橢圓孔長(zhǎng)短軸之比對(duì)超導(dǎo)體內(nèi)應(yīng)力和位移

2、分布的影響，并分析了不同磁場(chǎng)條件對(duì)應(yīng)力和位移分布的影響。由于應(yīng)力集中的影響，隨著橢圓孔長(zhǎng)短軸之比的增大，超導(dǎo)體內(nèi)徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力只在孔附近顯著增大，而位移變化都很??；隨著外磁場(chǎng)的減小，徑向應(yīng)力和位移的最大值先增大后減小，而環(huán)向應(yīng)力的最大值不斷增大。 其次，基于Kim臨界態(tài)模型和有限元方法，選取不同的無量綱參數(shù)p，研究了相同的超導(dǎo)模型中應(yīng)力和位移的分布。討論了參數(shù)p對(duì)超導(dǎo)體內(nèi)應(yīng)力和位移分布的影響，并將Bean和Kim兩種模型所得

3、到的結(jié)果進(jìn)行了比較。Kim模型下參數(shù)p較大時(shí)（p在0．1以上），隨著參數(shù)p的增大，超導(dǎo)體內(nèi)徑向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力以及位移都不斷增大，而且都在孔附件區(qū)域變化較小，在遠(yuǎn)離孔的區(qū)域卻變化較大。而在參數(shù)p較小時(shí)（p在0．1以下），參數(shù)p的值對(duì)應(yīng)力和位移結(jié)果基本沒有影響。另外，Kim模型下參數(shù)p較小時(shí)的計(jì)算結(jié)果與Bean模型中的計(jì)算結(jié)果非常接近。 最后，基于裂紋對(duì)電流形成理想阻礙作用的假定，考慮零場(chǎng)冷情形，分別利用Bean和Kim臨界態(tài)模型研

4、究了含有中心貫穿裂紋的圓柱狀超導(dǎo)體中裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子與外磁場(chǎng)及裂紋長(zhǎng)度之間的變化關(guān)系。計(jì)算過程中利用了復(fù)變函數(shù)方法和邊界配置方法。當(dāng)外磁場(chǎng)較大超導(dǎo)體內(nèi)同時(shí)受到壓應(yīng)力和拉應(yīng)力時(shí)，在裂紋長(zhǎng)度較小的情況下，應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋長(zhǎng)度增大逐漸增大，裂紋長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子起著決定性影響；而在裂紋長(zhǎng)度較大的情況下，應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋長(zhǎng)度增大開始逐漸減小，由外磁場(chǎng)和裂紋長(zhǎng)度共同決定的合力對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子起著更重要的作用。當(dāng)外磁場(chǎng)較小超導(dǎo)體內(nèi)只受到拉應(yīng)