高温超导带材的力学特性及其对超导电性的影响

批准号：

10972071

项目类别：

面上项目

资助金额：

40.0 万元

负责人：

苟晓凡

依托单位：

河海大学

学科分类：

多场耦合与智能结构力学

结题年份：

2012

批准年份：

2009

项目状态：

已结题

项目参与者：

张朝霞、帅映勇、史波涛、曾为成、沈强

关键词：

力学特性影响规律超导电性高温超导带材

项目摘要

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项目成果

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中文摘要

高温超导带材因其高效、低耗及环境友好而将逐步被应用于输电电缆、高场磁体以及磁共振成像等领域。高温超导带材一般是由氧化物陶瓷（超导芯）和金属或其合金（包套）经过多道工序制成。对此复杂结构材料而言，以下问题对其正常运行至关重要：i）在此带材制备、磁体绕制以及载流运行过程中，不可避免地会受到机械力和（或）电磁力作用。即需研究材料的整体力学特性如强度、变形与材料组分结构和外加载荷的关系；ii）带材变形与超导电性的关联及对其影响规律，即由于带材受力变形，材料内部结构发生变化，进而宏观上使得其超导电性（如临界电流密度）发生改变。为此，本项目将全面考虑该超导带材物理、材料及力学各种主要因素，采用细观力学及多尺度方法，构建从微观结构到宏观特性的理论分析框架，综合运用理论分析、实验验证与数值计算相结合的手段，探索其基本力学行为，尤其是对超导电性的影响规律，最终为其结构设计和工程应用提供理论依据。

英文摘要

高温超导Bi2Sr2Ca2Cu3Ox/Ag/Ag-alloy（简称Bi2223）复合结构材料，因其优异的电性能、低消耗及环境友好等特性呈现出广阔的应用前景。通常，这种复合结构由超导陶瓷纤维（超导芯）、软金属基体（通常为Ag）以及金属合金（包套，通常为Ag alloy）构成，并经过一系列复杂的热处理和机械加工程序制备而成。针对其关键力学及力-电-热耦合问题，本课题取得的主要研究成果为：i) 建立了研究超导带材临界电流随力学应变的变化关系(Ic-Strain relation)的理论模型；ii) 采用i)理论模型，研究了Bi2223超导复合带材在弯曲变形下，得到了中性轴偏移对Ic-Strain关系的影响规律; iii) 深入研究了Bi2223超导复合带材在制备以及工作过程中的热致残余应力/应变聚集过程，得到了残余应力/应变发生机理和影响规律; iV）采用广义自洽原理，准确预测了Bi2223/Ag/Ag-alloy复合材料结构的弹性模量以及相关材料力学常数； V）对于另一类比较重要的Bi2Sr2CaCu2Ox/Ag/Ag-alloy超导圆线材，在对其复杂微结构合理有效表征的基础上，构建了考虑复杂微结构影响的几何模型，并初步研究了基本的力学特性。以上研究为进一步探索超导复合结构力-电-热耦合特性奠定了基础，也为相关工程设计提供了理论支撑。

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Characterization of the Elastic Properties of Bi2223/Ag/Ag Alloy Composite Tapes by the Generalized Self-Consistent Approach