極低温下での超伝導導体と層間絶縁物の強度評価

超导导体和层间绝缘体在极低温下的强度评估

基本信息

批准号：
06750106
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：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750106/
关键词：
超伝導絶縁物複合材料極低温有限要素法

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、強大な電磁力が作用しており、この電磁力が構造材に及ぼす影響の力学的挙動の解明が注目されている。また、強磁場利用機器は、極低温下で使用される場合が多く、極低温下での構成材料の性質の変化についても注目されている。超伝導コイルを構成する超伝導導体は複数材料の複合構造をしており、導体間の絶縁材は主にガラス繊維強化複合材が使用される。超伝導コイルはこれらの複合部材どうしが組み合わされたものであり、その力学的挙動の評価は単一材料の構造物に比べて容易ではなく、複合則による等価剛性だけでは、定量的な評価が難しくなっている。超伝導コイルの強度を評価するには、構成する部材使用温度における機械的な物性値、超伝導体単一の機械的強度、絶縁物の機械的な物性値およびコイル構造を考慮した剛性、電磁力の大きさと方向をすべて知る必要がある。本研究では、このような超伝導導体と絶縁物の極低温下での力学的挙動を明らかにすることであり、実際の超伝導導体と絶縁物を用意し、極低温下で圧縮試験を行った。絶縁物は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、超伝導導体に絶縁物を張り付けたものに対して導体単体と同様の圧縮および曲げ試験を実施した。実験は常温で実施し、試験方法の妥当性と常温での挙動を確認した。実験によって得られたデータから、超伝導導体、絶縁物の剛性を算出し、解析結果との比較を行った。解析は異方性を考慮した有限要素法によって行い、複合超伝導導体の機械的な負荷による剛性、強度を実験と照らし合わせ、定量的に評価した。今後、液体ヘリウム温度での試験を進め、極低温下での挙動を評価する。また、電磁力が負荷した場合の挙動についての計算を行うプログラムを開発中である。実際の超伝導コイルの健全性評価には電磁力を考慮した評価法を詳細に検討する。

使用超导磁体将强电磁力应用于设备上，并引起注意以阐明该电磁力对结构材料的影响的机械行为。此外，使用强磁场的设备通常在极端低温的温度下使用，并且在极度低温温度下的组成材料的性质变化也引起了人们的注意。组成超导线圈的超导导体具有由多个材料组成的复合结构，玻璃纤维增强的复合材料主要用作导体之间的绝缘材料。超导线圈是这些复合构件的组合，其机械行为并不像单个材料结构那样容易，并且使用基于复合法的同等刚度，很难使用定量评估。为了评估超导线圈的强度，有必要了解组成构件温度下的所有机械性能值，单个超导体的机械强度，绝缘体的机械性能以及刚度的机械性能以及刚度的刚度，并考虑了线圈结构，以及电子电磁力的幅度和方向。这项研究旨在阐明这种超导导体和绝缘子在极低低温的温度下的机械行为，并准备了实际的超导导体和绝缘子，并在极高的低温温度下进行了压缩测试。单独的绝缘体在板厚方向上的刚度尚不清楚，并且通过键合等将绝缘体粘结到实际线圈上，因此，当绝缘体连接到超导导体时，压缩和弯曲测试的方式与单独的导体时的方式相同。实验是在室温下进行的，并确认了在室温下测试方法和行为的有效性。超导导体和绝缘体的刚度是根据通过实验获得的数据计算得出的，并与分析结果进行了比较。使用各向异性使用有限元方法进行了分析，并定量评估了由于机械载荷与实验相比，复合超导导体的刚度和强度。将来，将在液态氦气温度下进行测试，以评估其在极低温的温度下的行为。此外，当前正在开发一个程序，该程序在应用电磁力时对行为进行计算。为了评估实际超导线圈的合理性，将详细检查一种评估方法，该方法考虑了电磁力。