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

• 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

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。

In machines that utilize strong magnetic fields using ultrasonic transducers, powerful electromagnetic forces act on them, and the explanation of the mechanical effects of this electromagnetic force on structural materials and materials has attracted attention. High magnetic fields are used in many applications at extremely low temperatures, and the properties of constituent materials change at extremely low temperatures. Superconductor is composed of a composite structure of a plurality of materials, and an insulating material between conductors is mainly used as a reinforced composite material. It is easier to evaluate the mechanical behavior of composite materials than to evaluate the structure of a material. The mechanical properties of the superconductors and the mechanical properties of the insulating materials should be considered in the evaluation of the strength of the superconductors and the direction of the electromagnetic force. This research aims to clarify the mechanical behavior of this kind of superconducting conductor and insulating material at extremely low temperatures. It also aims to conduct practical compression tests on superconducting conductors and insulating materials at extremely low temperatures. The rigidity of the insulating material in the thickness direction of the insulating material is unknown. In fact, the insulating material is bonded to the insulating material. The insulating material is tensioned and the conductor is compressed. To verify the correctness of the test method and the operation at room temperature. The results of the analysis are compared with those of the calculation of the stiffness of the dielectric material. The finite element method is used to analyze the anisotropy, stiffness and strength of the mechanical load of the composite conductor, and to evaluate the combination and quantification of the mechanical load. In the future, liquid temperature test progress, extremely low temperature test performance evaluation The calculation of electromagnetic force in the case of load is carried out in the development process. The evaluation method of electromagnetic force is discussed in detail.