论文部分内容阅读
运行的超导磁体在低温强磁场下必然受到强大的电磁力和热应力的作用。电磁力和热应力会使超导线圈发生变形导致失超的发生，进而使超导线破坏。针对以上问题本文基于有限元方法，运用ADINA、ANSYS和OPERA等有限元软件，围绕中科院近代物理研究所的两个超导项目：FAIR(Facility for Antiproton and Ion Research)超级碎片分离装置(Super-FRS)超导二极磁铁样机研制项目和兰州Penning离子阱(Lanzhou Penning Trap，简称LPT)超导磁体研制项目，开展了超导磁体在低温强磁场下的电磁力、热应力的数值模拟研究，给出了数值模拟的结果，并与实验应变测量中的结果进行了对比分析。
本文着重对以下三个方面做了数值模拟分析：
运用ADINA和OPERA软件，对Super-FRS二极磁体样机进行分析，得到了电磁力和热应力在磁体系统及其支撑结构中的分布规律，结果表明铁芯及线圈盒长边中部采用加固结构时，其最大应力出现在长边中部的很小区域，最大应力在安全应力范围内，磁体能正常运行在额定电流下。
在模拟FAIR项目Super-FRS超导二极磁体样机失超的过程中，结合有限元ADINA软件的二次开发功能，研究了失超过程中的瞬态热应力，并提出了一种探测失超的方法，模拟结果表明该磁体在失超过程中产生的热应力对磁体的机械稳定影响不大，此外，在模拟分析过程中得到了该磁体失超时的声波频率。
在兰州Penning离子阱超导磁体的研究中，运用有限元软件ADINA的非线性接触分析进行了电磁应力及其支撑骨架的研究，计算结果表明，该磁体最大变形和最大应力均低于允许的范围。将计算模拟的结果与已研制的5T超导试验线圈实验测量的应变结果进行对比发现两个结果能够较好的符合。