目錄
(上)序
前言
第一章緒論1
1.1超導現象及其主要特性1
1.2實用化的超導材料3
1.2.1工程應用中的幾種超導材料3
1.2.2新一代超導材料的開發(fā)研制6
1.3超導材料與結構變形依賴性的多物理場耦合特性7
1.3.1超導材料的電磁熱本構的非線性多場耦合7
1.3.2超導電磁本構特征量的應變依賴性8
1.3.3超導熱穩(wěn)定性——失超9
1.3.4超導結構的跨尺度性與力—電—磁—熱多物理場耦合特性11
1.3.5超導磁體結構設計與運行中的力學變形反問題13
1.4高性能超導磁體結構的主要電磁裝置14
1.4.1國際熱核聚變實驗反應堆15
1.4.2醫(yī)用核磁共振成像系統(tǒng)16
1.4.3加速器強場超導磁體17
1.4.4超導電機18
1.4.5超導懸浮列車19
1.5超導磁體研制設計的關鍵力學挑戰(zhàn)——功能性與安全性21
1.6本書的主要內容23
參考文獻24
第二章超導材料的極低溫基礎力學與物理實驗及實驗裝置研制33
2.1超導應變的主要測量方法33
2.1.1應變片測量原理及特性33
2.1.2低溫Bragg光柵光纖應變測試方法39
2.2高溫超導帶材橫向脫層強度測量方法47
2.2.1高溫超導帶材脫層強度測量的基本原理48
2.2.2主要測量儀器及測量技術49
2.2.3測試結果與數據處理模式52
2.3極端多場環(huán)境下超導材料力學性能測量裝置55
2.3.1研制的常溫—低溫的變溫力—熱耦合性能測試裝置55
2.3.2測試裝置的各分系統(tǒng)介紹56
2.3.3機械加載模式及夾具接頭58
2.3.4制冷系統(tǒng)與試件變溫技術58
2.3.5低溫/變溫下超導材料力學性能測試及主要結果59
2.4研制的國際首臺電—磁—熱—力全背景場加載測試裝置及其主要功能63
2.4.1裝置研制過程及主要性能指標63
2.4.2測量裝置各分系統(tǒng)主要功能64
2.4.3變溫、電流加載與5T背景磁場的加磁調控65
2.4.4系統(tǒng)集成及全自動調控與信號采集68
2.4.5主要功能性測量結果71
2.5超導力學與物理量測量的磁光法75
2.5.1測量原理介紹75
2.5.2磁光顯微系統(tǒng)構成及圖像處理76
2.5.3磁通崩塌的原位測量81
2.6利用研制測量裝置的基礎實驗測量89
2.6.1不同變形模式下超導帶材的臨界電流退化測量89
2.6.2超導材料低溫/變溫環(huán)境下的熱傳膨脹系數的實驗測量96
2.7超導帶材力學拉伸實驗測量的主要結果100
2.7.1試樣及實驗準備100
2.7.2測試對比及結果101
2.7.3不同低溫下超導帶材拉伸性能的測量結果102
2.8超導材料的力學與物理性能數據庫簡介105
2.8.1需求背景105
2.8.2參數數據庫主要模塊105
2.8.3已有超導材料的數據106
2.8.4超導數據庫拓展的構想114
參考文獻115
第三章超導電—磁—熱—力的基本方程118
3.1電磁場基本方程118
3.1.1超導電磁場的Maxwell方程組118
3.1.2超導材料電磁物理的主要非線性本構方程119
3.2超導塊材(或磁體等效)的熱傳導基本方程123
3.2.1熱傳導參數的溫度相關性124
3.2.2超導塊材的非線性熱交換系數及其熱交換方程125
3.2.3超導塊材或磁體內部生熱的主要來源及其危害126
3.3力學變形分析的基本方程130
3.3.1應變對超導物理本構關系退化影響的基本方程130
3.3.2超導塊材連續(xù)介質力學的基本方程131
3.3.3超導股線跨尺度的力學基本方程133
3.3.4超導CICC導體的力學基本方程143
3.3.5超導磁體線圈的力學基本方程153
參考文獻157
第四章多場相互作用的非線性計算方法165
4.1超導電磁場的數值計算方法165
4.1.1基本數值方法165
4.1.2非線性電磁場的計算技術177
4.2超導材料及結構的力學計算方法181
4.2.1有限差分法181
4.2.2考慮變參數的有限元法184
4.3多場相互作用的非線性計算流程187
4.3.1依照物理作用過程的分場降階遞推迭代法187
4.3.2考慮應變對超導本構影響的變剛度190
參考文獻191
第五章臨界電流測量方法與工程應用的評估194
5.1超導塊材臨界電流的測量方法194
5.1.1磁滯回線測量法194
5.1.2電輸運法197
5.2臨界電流計算舉例——超導線材及結構198
5.2.1基本方程198
5.2.2電纜和線圈的臨界電流199
5.2.3等效模型評估大型線圈的臨界電流206
5.3臨界電流計算舉例——超導薄帶207
5.3.1帶材的不同橫截面模型207
5.3.2圓弧超導薄帶臨界電流209
5.3.3V型超導薄帶臨界電流211
5.3.4U型超導薄帶臨界電流213
5.4超導磁體臨界電流評估與失超的電學檢測方法215
參考文獻218
第六章超導塊材與超導薄膜物理特征的理論預測221
6.1超導塊材裂紋尖端電流的“-1”次冪奇異性221
6.1.1基本方程222
6.1.2俘獲場與臨界電流分布225
6.1.3裂尖電流奇異性理論預測的實驗驗證233
6.2磁—熱相互作用的磁通跳躍理論模型及其預測結果238
6.2.1非線性磁—熱耦合的基本方程240
6.2.2數值計算方法241
6.2.3對三類典型實驗特征的統(tǒng)一定量預測247
6.2.4磁通跳躍場對參數的敏感性252
6.3超導薄膜的磁通崩塌255
6.3.1基本方程256
6.3.2快速Fourier變換及耦合方法257
6.3.3數值結果與討論259
參考文獻266
第七章力學變形對臨界電流降低的退化機理研究272
7.1考慮應變能的修正Ginzburg-Landau方程及其臨界電流的退化272
7.1.1含應變能耦合的修正Ginzburg-Landau方程272
7.1.2力電耦合基本方程273
7.1.3應變對臨界電流影響的理論預測與實驗結果的定性對比274
7.2應變使臨界電流降低的位錯模型及機理276
7.2.1晶界應變能的位錯模型277
7.2.2超導臨界電流隨晶界位錯變化的應變表征公式278
7.2.3理論預測與實驗結果的對比279
7.3Bi系新一代超導材料在不同變形模式下臨界電流退化的唯象模型280
7.3.1考慮超導絲線斷裂的應變表征280
7.3.2超導帶材在拉壓、彎、扭下的臨界電流退化表征281
7.3.3三種變形模式下臨界電流隨應變退化的統(tǒng)一表征290
7.3.4唯象模型對不同變形模式實驗結果的預測290
參考文獻297
第八章超導結構的交流損耗及其失超的應變檢測301
8.1超導電纜的交流損耗301
8.1.1基本方程301
8.1.2鐵磁基底對圓形超導電纜交流損耗的影響306
8.1.3軟鐵磁性襯底對在徑向磁場下電纜交流損耗的影響311
8.2交流損耗測量的新方法317
8.2.1交流損耗的主要實驗測試方法317
8.2.2絕熱溫升法交流損耗的實驗新方法323
8.2.3電測法檢測交流損耗的實驗測量340
8.3交流損耗測量的應用舉例342
8.3.1YBCO涂層導體焊接接頭交流損耗測試342
8.3.2含裂紋YBCO涂層導體交流損耗測試348
8.3.3超導材料受橫向壓力交流損耗測試352
8.4超導材料及磁體結構失超的應變檢測新技術354
8.4.1基于溫升熱應變的應變檢測原理356
8.4.2失超的應變檢測新判據——應變率357
8.4.3應變失超檢測方法在超導磁體中的應用舉例358
參考文獻365
目錄
(下)第九章超導線絞纜復合材料結構的多場耦合力學
第十章超導帶材及其復合材料結構的力學行為分析
第十一章超導磁體多場耦合非線性力學的理論模型及定量分析
第十二章高溫超導塊材的力學行為理論分析
第十三章高溫超導薄膜力學
第十四章高溫超導懸浮動力學