電磁力を受ける超伝導コイルと層間絶縁物の力学的挙動

电磁力作用下超导线圈和层间绝缘的机械行为

• 批准号: 07750124
• 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: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750124/
• 关键词: 超伝導; 絶縁物; 複合材料; 極低温; 有限要素法; 接触要素

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。超伝導コイルを構成する超伝導導体の多くは超伝導の安定性を高めるとともに、超伝導素線の機械的な弱さを補強する意味で、異種材料との複合構造をしている。また、導体間の絶縁材は主にガラス線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が組み合わされたものであり、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い。さらに、超伝導導体は、超伝導素線、安定化材、強度メンバの比率、配置が多種にわたり、その力学的強度の説明は従来の複合則による等価剛性では、定量的な評価が難しくなっている。本研究では、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し、電磁力を受けた超伝導コイルの力学的挙動を明らかにするために、超伝導導体と絶縁物を実際のコイル形状を模擬したサンプルの機械的強度実験を行い、その結果をもとに、異方性を考慮した弾性解析を実施した。実験結果からコイルは圧縮負荷を受ける過程で荷重と変位の関係に非線形が生じ、負荷過程と除荷過程でヒステリシスを持つことが観測された。これは導体と絶縁物が完全に面接触しておらず、荷重が増加するに従ってこの接触状態が変化するためと考え、これを検証するために接触要素を用いた解析を行った。解析の結果、超伝導導体と層間絶縁物の圧縮過程での面圧がどのように変化しているか、荷重と変位の非線形性は指数関数を用いた近似式でよく表現できること、構成材料の弾性範囲内の変形ではそのモデルが持っている理想的な圧縮剛性とならないこと等が明らかになった。本研究の結果をもとに荷重を面圧から電磁力を考慮した物体力に変えた計算を行うことにより、複合超伝導導体の機械的な負荷による剛性、強度を事件と照らし合わせ、定量的に評価した。

The use of strong magnetic fields to influence the mechanical behavior of structural materials and materials has attracted much attention. Superconductor structure, multi-conductor stability, mechanical weakness of superconductors, heterogeneous materials and composite structures The insulation material between conductors is mainly used for linear reinforced composites. Composite materials are easier to assemble and mechanically evaluate than single materials. In addition, superconductors, superconductors, stabilizers, strength ratios, configurations, mechanical strength specifications, composite properties, equal stiffness, quantitative evaluation, etc. In this study, the mechanical behavior of superconductors and insulating materials at extremely low temperatures was investigated. The electromagnetic force was applied to the mechanical behavior of superconductors and insulating materials. The mechanical behavior of superconductors and insulating materials was simulated. The results were analyzed. The anisotropy was considered. The actual result shows that during the compression load, the relationship between the load and the position changes non-linearly, and the stiffness during the loading process and the unloading process is maintained and measured. The contact state of the conductor is completely changed. The analytical results show that the surface pressure of the superconducting conductor and the interlayer insulator changes, the nonlinear exponential relationship of the load position changes, and the ideal compression rigidity of the constituent material changes. The results of this study include the calculation of surface load, electromagnetic force, mechanical load, stiffness, intensity, and quantitative evaluation.