高温超导体动态应力强度因子的研究

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随着科技水平的发展,超导体得到了科学界的广泛关注,其涉及的领域也越来越多,例如在交通、电力行业中可以起到巨大作用。但随之而来的问题是超导体的各种性能在实际应用中受到了很大的限制。高温超导体属于II型超导体,在某些性能方面更容易被应用到实际生产生活中,尤其是它能在较高的温度下产生零电阻情况。在超高磁场下工作,高温超导体的力学性能不能被忽略,一定程度上决定了在生产生活中的应用。在众多学者的研究中,发现将高温超导体置于强磁场下,高温超导体的力学性能受到显著影响,所以本文主要从动态裂纹的角度出发,以长圆柱体和长矩形板高温超导体为模型研究以下内容:首先,基于Bean模型,建立含有贯穿中心裂纹的长圆柱体超导模型,考虑磁通的流动是受粘滞流影响的磁通粘性流动,将超导圆柱在零场冷却的情况下,置于下降的外磁场中,通过磁通随时间变化的方程,推导出洛伦兹体力随时间变化的关系,然后可以求出超导圆柱内体力随时间和半径的分布,最后通过平面应变理论和J积分方法得到动态应力强度因子随时间变化的完整过程。结果表明,磁通粘性流动速度的增大,显著的增大了动态应力强度因子,降低了高温超导体的力学稳定性。为了对比,建立含有边界裂纹的长圆柱体超导模型,在裂纹扩展的准静态情况下,研究磁通粘性流动对高温超导体边界裂纹的应力强度因子。最终发现,与中心裂纹比拟,磁通粘滞流动速度的增大,一样使应力强度因子的值增大。与中心裂纹不同的是,边界裂纹长度的增大,反而降低了应力强度因子,对高温超导体起到了保护的作用。其次,为了考虑多模型下裂纹的动态应力强度因子,首先建立含贯穿的中心裂纹长矩形板高温超导体模型,考虑超导体的磁通是受磁通粘滞流动影响,然后得到粘滞流动下的磁通分布方程和粘滞流动下的体力随时间的分布情况,最后通过有限元数值模拟方法得到在零场冷却磁化方式下的动态应力强度因子。结果表明,磁通粘滞流动速度的增大,对长矩形块状超导体的动态应力强度因子的影响是明显的。
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