15 T NbTi/Nb3Sn超导磁体的设计

提出了一个冷孔直径150 mm、中心磁场为15 T的NbTi/Nb_3Sn超导磁体电磁结构。分析了超导磁体各线圈中磁场的分布规律,结合超导材料临界性能,得到了超导磁体的运行电磁裕度。针对线圈结构组份材料的机械性能,采用平均有限元法仿真了超导磁体的应力/应变,最大环向应力和应变分别为112 MPa和0.297%。该结果表明了超导Nb_3Sn线圈中的应力/应变处于合理水平。     

ITER极向场PF6低温超导磁体子系统TAIL设计与分析研究

运用有限元方法计算了ITER装置运行不同时刻极向场PF6超导磁体的电磁载荷,并确定磁感应强度最大的时刻,对该时刻进行相应的电磁分析;根据计算所得的电磁结果来计算装置在不同载荷工况下极向场PF6超导磁体关键部件TAIL的结构应力分布及变形情况,对关键部件绝缘子进行低温力学拉伸试验,对相应的结构分析结果进行力学校核并与实验测试结果进行对比分析.分析结果表明,现有TAIL的结构设计具有足够的强度来承受运行过程中的各种载荷工况,从而证明了结构设计的合理性.     

矢量磁位法求解轴对称超导悬浮系统的电流分布

矢量磁位是电磁涡流场常用的分析方法.本文利用矢量电位法建立了NdFeB永磁铁和超导体相互作用的电磁场数学方程.对在求解过程中采用Kim模型,通过伽辽金有限元离散,形成线性方程组,解出超导体电流密度分布.这些分析结果为改进超导悬浮系统提供了理论依据.     

超导磁体绕制预应力有限元分析北大核心CSCD

为保证绕组平整,导线排列紧凑,避免超导磁体运行时因导线过大移动而造成大的机械扰动,在绕制磁体过程中需要对超导线施加适当的绕制张力.超导磁体绕制过程中的预应力问题是一个非线性问题.每绕制一层导线,已绕制导线层中的预应力均会发生改变,磁体中预应力的分布很难用方程来近似表达.本文提出了研究超导磁体绕制应力的详细有限元模型,为导线建立独立模型,为每匝导线施加绕制张力,采用非线性结构分析,动态模拟绕制过程.基于该模型研究了传导冷却超导磁体的预应力,分析了绕制张力对环向应力和径向应力的影响.在该分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变特性,为高性能超导磁体的设计和建造提供理论指导.     

超导磁体绕制预应力有限元分析

为保证绕组平整,导线排列紧凑,避免超导磁体运行时因导线过大移动而造成大的机械扰动,在绕制磁体过程中需要对超导线施加适当的绕制张力.超导磁体绕制过程中的预应力问题是一个非线性问题.每绕制一层导线,已绕制导线层中的预应力均会发生改变,磁体中预应力的分布很难用方程来近似表达.本文提出了研究超导磁体绕制应力的详细有限元模型,为导线建立独立模型,为每匝导线施加绕制张力,采用非线性结构分析,动态模拟绕制过程.基于该模型研究了传导冷却超导磁体的预应力,分析了绕制张力对环向应力和径向应力的影响.在该分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变特性,为高性能超导磁体的设计和建造提供理论指导.     

Nb_3Sn超导临界温度随应变退化效应的分析模型研究

力学变形诱导的Nb_3Sn超导临界性能退化给超导磁体装置的电磁性能指标和安全运行造成了极其不利的影响.由于对Nb_3Sn超导临界性能应变退化效应认识的不足,目前仍缺乏统一适用于不同应变状态下的工程设计用一般本构模型.本文基于张量函数的表示理论和Nb_3Sn电子态密度Bhatt模型,建立了可以统一描述不同加载模式下Nb_3Sn费米面态密度变化的演化模型,并基于此给出了能够与不同实验结果吻合较好的刻画超导临界转变温度应变退化特征的分析模型.正作为国际热核聚变实验反应堆(ITER)、核磁共振(NMR)波谱仪以及高能物理(HEP)等超导磁体构件用超导材料之一,Nb_3Sn超导材料在高场超导磁体领域引起了广泛的研究关注[1-4].力学变形诱导的Nb_3Sn超导材料超导电性能(临界温度、上临界磁场、临界电流密度)退化,给超导磁体的安全稳定运行造成了极其不利的影响[4].针对Nb_3Sn超导材料变形-超导电性能耦合行为,Ekin进行了系列实验[5],实验结果表明,力学变     

超导线圈绕制过程的力学行为研究

为了增加超导线圈中导线的占空比, 提高超导磁体正常运行时的机械稳定性, 通常在超导线圈绕制过程中施加一定的绕制张紧力. 绕制张紧力的大小会对超导磁体的失超特性和退化性能产生重要的影响, 因此有必要对绕制过程中的机械应力进行详细的分析. 本文仔细地分析了绕制过程中导线的受力情况, 进行了一些合理的假设和近似, 提出了研究超导线圈绕制应力的理论模型, 并根据轴对称结构的弹性力学方程式推导了计算超导线圈应力应变分布的理论公式. 基于该模型分别研究了单一绕组的超导线圈和双绕组的超导线圈的绕制应力, 分析了绕制张紧力和绕组的各向异性特性对径向应力和环向应力的影响. 在该理论模型分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变行为, 为高性能超导线圈的设计和建造提供理论指导. 关键词： 超导线圈 机械稳定性 绕制张力 应力     

用于46 T全超导磁体装置的26 T REBa2Cu3O7-δ高温超导内插磁体电磁设计研究

REBa2Cu3O7-δ(REBCO)高温超导带材具有良好的电磁性能和机械强度,现已成为开发极高场超导磁体的重要基础材料.本文基于T-A 方程提出了一种极高场REBCO 内插磁体的参数化设计方法,该方法在计算中考虑了超导屏蔽电流对磁体中心场强和应变分布的影响,采用分步优化的方式从内向外依次确定各超导线圈的结构参数,每个线圈的优化过程相对独立.基于该设计方法,本文给出了46T全超导磁体中26TREBCO 内插磁体的电磁设计方案,确定了主要线圈参数和工作电流.该内插磁体由4个线圈同轴嵌套串联组成,每个线圈都由REBCO带材绕制而成的双饼线圈(Double Pancake, DP)堆叠而成.基于当前模型计算结果,在给定的20T背景场中,当内插磁体工作电流达到290A时,磁体中心场强可达46T;高温超导线圈中最大环向应变为0.61%,仍然处于危险区域.     

HL-2Mװ�û�����Ȧ���������

为环向场线圈防倾覆结构及其它支撑部件的设计提供依据,采用有限元实体模型分析方法,通过电磁-结构耦合计算对HL-2M装置的环向场线圈进行电磁力分析。计算结果表明,在目前的防倾覆结构和一般的运行情况下,环向场线圈所受最大剪切应力约为7.2MPa,在材料许用应力范围之内。     

超导开关研究和应用综述

超导开关是实现超导磁体闭环运行的关键部件,也称为持续电流开关(PCS),使超导磁体具有极高的磁场稳定度,广泛应用于核磁共振成像(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、磁浮列车、超导储能系统等技术领域. 文中介绍了超导开关的工作原理和结构组成,综述了用于超导磁体的三类主要超导开关的研究发展现状,比较分析了各自的特点和优势,为...     

基于近似解析法的超导储能磁体设计

降低超导储能磁体的研制成本一直是控制超导磁储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES) 总成本的重要手段之一. 本文考虑在一定磁体结构参数范围内, 磁体产生的最大磁场值可以采用级数进行 表示, 磁体的电感值可以采用线性函数表示, 给出了超导储能磁体磁场能量的近似解析表达式, 提出了一种基于近 似解析法的超导储能磁体设计方法. 该方法以储能磁体的线材用量最小作为设计目标, 在给定超导线材参数和临界电流特性曲线, 以及磁体储能总量要求的情况下, 依据此方法可快速的得到成本最优时所对应的磁体结构参数.将近似解析法优化和采用传统的有限元软件 Ansys 仿真优化进行对比分析, 结果表明采用近似解析法进行磁体优化更加方便快捷, 节省了大量计算时间.     

14T全身超导MRI磁体的技术挑战——大规模应用强场超导磁体未来十年的发展目标之一

本文首先综述了大规模应用的超导磁体,依赖并推动铌三锡Nb3Sn导线技术进步,向更强磁场发展的趋势.着重分析了超高场14 T全身MRI磁体的挑战性技术.选择青铜Nb3Sn导线,采用Nb3Sn线圈和NbTi线圈相结合的混合结构,对14 T全身MRI磁体进行了电磁概念设计和热稳定性及失超保护仿真分析,并简要阐述了14 T全身MRI磁体在应力、接头和匀场方面的关键问题.根据分析结果认为:1)Nb3Sn导线是14 T全身MRI磁体需要面临的首要挑战性问题—作为最佳选择的青铜Nb3Sn导线,其现有产品的性能指标离14 T全身MRI磁体的要求尚存在有一定的差距;2)14 T全身MRI磁体的失超保护涉及线圈的铜超比设计、运行电流同线圈电感的协调配置、被动保护的分段策略和主动保护的失超触发控制以及主动屏蔽结构磁体在失超过程中的逸散磁场限制等多个十分复杂的环节,是最具挑战性的综合性技术.     

Design of a conduction-cooled 4 T superconducting racetrack for a multi-field coupling measurement system

A conduction-cooled superconducting magnet producing a transverse field of 4 T has been designed for a new generation multi-field coupling measurement system,which will be used to study the mechanical behavior of superconducting samples at cryogenic temperatures and intense magnetic fields.A compact cryostat with a two-stage GM cryocooler is designed and manufactured for the superconducting magnet.The magnet is composed of a pair of flat racetrack coils wound by NbTi/Cu superconducting composite wires,a copper and stainless steel combinational former and two Bi_2Sr_2CaCu_2O_v superconducting current leads.The two coils are connected in series and can be powered with a single power supply.In order to support the high stress and attain uniform thermal distribution in the superconducting magnet,a detailed finite element(FE) analysis has been performed.The results indicate that in the operating status the designed magnet system can sufficiently bear the electromagnetic forces and has a uniform temperature distribution.     

YBCO高温超导磁体临界电流密度快速确定方法

基于绘图法基本原理,以及YBCO高温超导带材的临界电流特性,采用有限元电磁场分析软件AnsoftMaxwell建立了空心圆柱磁体模型.根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流密度随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场的分布.基于以上工作提出了一种利用Ansoft电磁场分析软件快速确定YB-CO高温超导带材临界电流密度的方法.     

先进超导导体测试装置设计分析

针对聚变工程大型超导导体样品在高场下的性能测试需求,设计了内径0.6m、磁场13T的背景磁体系统。磁体系统由6层12个分离式超导线圈组成,线圈采用常规的螺线管结构,由外至内分别使用NbTi、Nb₃Sn和YBCO三种超导材料绕制而成;在直径500mm的测试区域范围内产生最高达13.22T的背景磁场,均匀性不低于95%。介绍了磁体线圈主要设计参数,用有限元软件完成电磁、结构分析。结果表明,设计合理可靠,能够满足导体测试装置的需求。     

Modeling the static fringe field of superconducting magnets

The resonance frequency-space and the frequency gradient-space relations are evaluated analytically for the static fringe magnetic field of superconducting magnets used in the NMR diffusion measurements. The model takes into account the actual design of the high-homogeneity magnet coil system that consists of the main coil and the cryoshim coils and enables a precise calibration of the on-axis magnetic field gradient and the resonance frequency inside and outside of the superconducting coil.     

振动线准直技术的原理和研究概述

振动线准直技术是一种通过直接测量空间磁场分布情况来进行磁铁设备准直的方法,其原理完全不同于目前国内正在使用的基于磁铁机械结构进行准直的方法。振动线方法具有很高的准直精度和灵敏性,可以用于单个磁铁磁中心测量、磁铁准直标定和多块磁铁磁中心准直等。主要介绍了振动线准直技术的原理、起源和国际上的应用研究概况。     

永磁体结构对高温超导推力轴承静态特性的影响

基于商用电磁场有限元软件以及M e issner效应假设,提出了对由块状高温超导体和永磁体组成的高温超导推力轴承静态特性进行分析的方法,分析了永磁体的结构对高温超导推力轴承悬浮力的影响。结果发现:永磁体的结构及磁极排列方式对高温超导推力轴承悬浮力的影响很大,适当地选择永磁体的结构和磁极排列方式可以显著地提高高温超导推力轴承的悬浮力。     

基于ANSYS的超导磁体机械结构的应力应变分析

为合理设计超导磁体机械结构,保证磁体正常运行,机械结构的应力分析在磁体设计中起到非常重要的作用.借助于ANSYS有限元分析软件,给出一了个5T超导磁体机械结构的受力分析,讨论了超导磁体内部电磁力对不同材料的机械结构所产生的应力和应变.结果表明,由磁体内部电磁力引起的机械结构的最大应力和应变,出现在磁体芯筒的中间部位,最...