超伝導導体と層間絶縁物の複合構造による非線形挙動の研究

超导导体与层间绝缘体复合结构非线性行为研究

• 批准号: 08750127
• 负责人: 田村 仁
• 金额: $ 0.64万
• 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: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750127/
• 关键词: 超伝導導体; 極低温構造材料; 絶縁物; 超伝導コイル; 接触要素

強磁場利用機器は超伝導性能を生かすために、極低温下で使用される場合が多いため、構造材料の極低温下での材料の物性値および性質の変化について注目されている。また、超伝導コイルを構成する導体、層間絶縁物が受ける力は一般に圧縮力であり、これらの組み合わせ構造に依存する力学的挙動の解明が重要である。超伝導コイルは超伝導導体と絶縁物のそれぞれ複合部材どうしが組み合わされたものであり、その剛性、強度といった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。本研究では、超伝導導体と絶縁物の使用温度すなわち、極低温下で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の機械的強度実験を行い、これと並行して異方性を考慮した弾性解析を実施することにより、上記の項目を実験的、解析的に明らかにした。実験は実際に大型ヘリカル装置の超伝導ヘリカルコイルで使用されている超伝導導体と絶縁物を用意し、これらを6列並べたものをさらに6段積み重ねた構造のサンプルを製作し圧縮荷重による荷重と変位の関係を測定した。この構造は実際のコイル構造を模擬して決定した。実験は常温および液体ヘリウム中で行った。実験結果より荷重と変位の間には荷重が高くなるほど剛性が高くなる傾向があり、この非線形性は超伝導導体と絶縁物間の接触率による影響であるとの仮定のもとに有限要素法による解析を行った。モデルには初期には非接触状態の接点が変位により、ある要素の接点間を結ぶ線を突き抜けた場合に、接触力に相当する反力がその接点に発生する方法によった。この結果実験と解析はよく一致し、コイル構造における導体と絶縁物間の接触が全体の剛性に与える影響が明らかになった。

由于使用强磁场的设备通常在极端低温的温度下使用以利用其超导性，因此在极度低温温度下的物理性质和结构材料的特性的变化引起了人们的注意。此外，构成超导线圈的导体和层间绝缘子的力通常是压缩力，重要的是要澄清取决于这些结构结构的机械行为。超导线圈是超导导体和绝缘体的组合，其机械行为（例如刚度和强度）并不像单个材料结构那样容易。在这项研究中，为了阐明超导导体和绝缘体的机械强度，即在极高的低温温度下的机械行为，我们对超导导体和绝缘体的机械强度进行了实验，并同时考虑了上述元素和分析。进行了实验，以准备大型螺旋装置超导螺旋线圈中使用的超导导体和绝缘体，然后通过将六行的六行堆叠在一堆六行中，然后测量了由于压缩负载而导致的载荷和位移之间的关系，从而制作了结构的样本。通过模拟实际线圈结构来确定该结构。实验是在室温和液态氦中进行的。基于实验结果，负载和位移之间的负载越高，往往更加刚性，而非线性是超导导体和绝缘体之间接触率的效果，并且使用有限元方法进行了分析。该模型使用一种方法，其中最初处于非接触状态的接触被取代，并且在接触点处生成了与接触相对应的反应力。结果与实验和分析非常吻合，揭示了导体与线圈结构中绝缘体之间接触对整体刚度的影响。

项目成果

Hitoshi Tamura: "Analysis of non linear rigidity for surperconducting coil pack experiment" Fusion Engineering and Design. (to appear).

Hitoshi Tamura：“超导线圈组实验的非线性刚度分析”融合工程与设计。