極低温下での複合超伝導導体の強度評価

复合超导导体低温强度评估

基本信息

批准号：
05750104
负责人：
田村仁
金额：
$ 0.58万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750104/
关键词：
超伝導導体超伝導マグネット GFRP 複合材料有限要素法剛性

项目摘要

超伝導マグネットを利用した強磁場利用機器には、大電流と強磁場の相互作用による強大な電磁力が作用し、この電磁力が構造材に及ぼす影響と力学的挙動の解明が注目されている。このため、強磁場を発生するコイルの使用温度である極低温下での材料の強度の評価が重要である。超伝導導体は超伝導素線、安定化材、強度メンバ等の複合構造であり、その比率、配置は多種にわたる。導体間の絶縁材も繊維強化複合材が使用され、コイルはこれらの複合部材が組み合わされているため、その力学的挙動の評価は容易ではなく、従来の複合則による等価剛性では定量的な評価が困難である。本研究ではこれらのコイルの構成部材の強度を実験的、理論的に評価することを目的とし、実際の超伝導コイルに使用される超伝導導体およびコイルの一部を模擬したコイルパックの実験およびその解析を行った。コイルパックの実験では大型ヘリカルコイルで使用される超伝導導体と絶縁物を使用し、極低温下で圧縮試験を行った。この実験の結果を評価するために、コイルパックで用いた超伝導導体単体の常温での圧縮試験を実施し、導体のみの剛性を評価した。さらに、これらの実験結果を詳細に評価するために、材料の異方性を考慮した有限要素法による数値解析した。超伝導コイルで使用される絶縁物はおもにGFRPなどの繊維強化複合材料が使用されており、板厚方向の絶縁物単体での剛性が未知であること、実際のコイルには絶縁物が接着などにより接合することから、超伝導導体と絶縁物をそれぞれモデル化し、超伝導導体、絶縁物の剛性と力学的挙動を算出した。また、実験で得られた剛性と比較して、導体の構成、配置による剛性を定量的に評価することに成功した。得られた剛性、強度のデータベースは実際の超伝導コイルの設計に生かすことのできる形でまとめることができた。

由于大电流和强磁场的相互作用，使用超导磁体将强电磁力应用于设备上，并且正在注意这种电磁力对结构材料的影响以及机械行为的阐明。因此，重要的是要在极低的温度下评估材料的强度，即使用产生强磁场的线圈的温度。超导导体是复合结构，例如超导电线，稳定器，强度成员等，这些材料的比率和排列也有所不同。导体之间的绝缘材料也是由纤维增强的复合材料制成的，并且由于这些复合构件在线圈中合并，因此根据常规复合法律的刚性很难评估其机械行为，并且很难进行定量评估。这项研究旨在通过实验和理论上评估这些线圈组件的强度，并对模拟超导导体以及实际超导线圈中使用的一部分线圈的线圈包进行实验和分析。在线圈包实验中，使用了用于大螺旋线圈中的超导导体和绝缘体，并在极低的温度下进行了压缩测试。为了评估该实验的结果，在室温下进行了压缩测试，以用于在线圈包中使用的超导导体，以评估单独的导体的刚度。此外，为了详细评估这些实验结果，使用有限元方法进行了数值分析，并考虑了材料的各向异性。超导线圈中使用的绝缘体主要由纤维增强的复合材料（例如GFRP）制成，仅厚度方向上绝缘子的刚度是未知的，并且绝缘子通过粘结等粘合到实际的线圈，因此超导导体和绝缘体的模型和机械构成了超级固定器，并构成了刚性的机械行为。此外，与实验中获得的刚度相比，我们成功地评估了由于导体的构建和排列而导致的刚性。所得的刚性和强度数据库可以以一种可用于设计实际超导线圈的方式进行编译。