使用改进的形状优化方法设计高均匀度的超导MRI磁体

针对设计带铁磁的超导磁共振成像磁体,提出了一种确定类的优化算法来优化极靴的形状以达到匀场的目的。这种方法集合了灵敏度分析、形状优化的理论和有限元方法计算非线性铁磁材料极靴的配置,来改善两个极靴之间大体积成像区的磁场均匀度。需要指出的是,本优化方法不受极靴初始形状的限制,均可以快速收敛。我们通过一个紧凑型的1.2T双平面磁共振磁体,展示了这种方法。     

有限元法模拟Nb_3Sn线材的应变分布

Nb3Sn超导磁体正常运行时,复合超导线材将受到大的机械载荷(如温度载荷、轴向拉伸和电磁力),其超导电性可能发生可逆和不可逆的退化。针对Nb3Sn线材经高温热处理后冷却到4.2K所产生的热应变,对复合线材结构建立详细的三维有限元分析模型,解决了一维模型不能详细模拟应变分布的问题,从微观尺度仿真了导体内部的应变分布,阐明了导体不同组份材料上热应变分布的特点。在此基础上,进一步分析了对Nb3Sn复合导线施加轴向拉力时,内部Nb3Sn芯丝上由压应变向拉伸应变的转换过程。     

超导空心球形转子变形分析

超导空心球形转子的非球形误差将产生干扰力矩、引起漂移误差降低仪表精度。针对转速和温度引起超导空心球形转子的非球形误差进行分析,将超导空心球形转子模型直接从CREO中导入到有限元分析软件ANSYS,并对超导空心球形转子进行有限元变形仿真。通过对仿真结果进行分析,得出超导空心球形转子离心变形量和温度变形量,阐明了超导空心球形转子特有的变形规律,为补偿和减小转子的动态变形提供了理论依据,也为该特殊结构的空心薄壁转子的设计和优化提供了重要依据。     

磁场对传导冷却超导磁体系统制冷机的影响

用于传导冷却超导磁体系统的GM制冷机处于强磁场环境中,由于二级蓄冷器的填充材料其性能随外部磁场大小而变化;而且冷头电机本身是永磁电机,电机性能受磁场影响更明显.因此,为了不影响制冷机的性能,需要详细地分析制冷机附近的磁场分布,将制冷机布置在低场区域;但是,高场磁体系统本身磁场强度高、温度裕度低,为了降低磁体运行时的热点温度,不可能将制冷机布置在距离磁体较远的区域,这时就需要对制冷机采取屏蔽措施.本文以正在建造的8T传导冷却超导磁体系统为例,研究了磁场对制冷机位置的影响,并分析了铁磁屏蔽对制冷机附近磁场的屏蔽效果.     

用于高功率微波器件的永磁体的设计和测试

报道了用于高功率相对论返波管振荡器的永磁体的设计和试制。以Halbach阵列结构为基础, 通过选择高性能的永磁材料, 调整磁钢的充磁方向、排列方式和尺寸, 优化设计了可用于某相对论返波管振荡器的永磁体结构, 其均匀区磁场强度0.98 T。采用粒子模拟方法, 进行了永磁体与返波管振荡器的一体化设计, 设计结果表明:器件输出功率超过1 GW, 设计的永磁体能够满足器件对磁场强度和位形的要求。对永磁体进行了试制和测试, 测试结果为:均匀区磁场0.88 T, 均匀区长110 mm, 磁体重量约306 kg。     

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     

1.5T MRI超导磁体低温容器的拉杆设计与校核

1.5T MRI磁体系统冷重约为4吨,为提高该系统稳定性,采用环氧跑道拉杆结构.分析了磁体正常运行时拉杆上承受的重力、冷缩力,运输过程中的动载力,以及拉杆安装过程中施加的预紧力.在分析的基础上,对拉杆的材料、安装角度进行了选取,并结合漏热对横截面积进行了优化.