資源描述：
《超導(dǎo)電機(jī)復(fù)合材料的電磁力學(xué)行為研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號：O34密級：公開研究生學(xué)位論文論文題目（中文）超導(dǎo)電機(jī)復(fù)合材料的電磁力學(xué)行為研究Investigationofelectromagneticand論文題目（外文）mechanicalbehaviorinsuperconductingrotatingmachineandcompositematerials研究生姓名楊俁學(xué)科、專業(yè)力學(xué)·固體力學(xué)研究方向電磁固體力學(xué)與智能結(jié)構(gòu)學(xué)位級別博士導(dǎo)師姓名、職稱周又和教授，雍華東教授論文工作起止年月2015年9月至2018年12月論文提交日期2018年10月論
2、文答辯日期2018年12月學(xué)位授予日期校址：甘肅省蘭州市原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。學(xué)位論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：日期：關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識產(chǎn)權(quán)歸屬蘭州大
3、學(xué)。本人完全了解蘭州大學(xué)有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)蘭州大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本人離校后發(fā)表、使用學(xué)位論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，第一署名單位仍然為蘭州大學(xué)。本學(xué)位論文研究內(nèi)容：□可以公開□不宜公開，已在學(xué)位辦公室辦理保密申請，解密后適用本授權(quán)書。（請?jiān)谝陨线x項(xiàng)內(nèi)選擇其中一項(xiàng)打“√”）論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：日期
4、：超導(dǎo)電機(jī)復(fù)合材料的電磁力學(xué)行為研究摘要超導(dǎo)電機(jī)是使用超導(dǎo)線材或帶材取代傳統(tǒng)導(dǎo)體而制造的電機(jī)，相比于傳統(tǒng)電機(jī)具有高效率、低重量、低體積的優(yōu)勢。高溫超導(dǎo)材料具有零電阻等優(yōu)異的電磁性能，在電力傳輸、熱核聚變反應(yīng)堆、超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)儲能設(shè)備等領(lǐng)域都有十分廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)電機(jī)中超導(dǎo)材料的非線性電磁特性使得數(shù)值模擬變得更加復(fù)雜和困難。超導(dǎo)材料通常運(yùn)行在高磁場下并傳輸較大電流，其產(chǎn)生的交流損耗會增加冷卻系統(tǒng)的工作負(fù)荷；在電磁體力和外加機(jī)械載荷的作用下超導(dǎo)材料可能發(fā)生變形甚至破壞，因此交流損耗和力學(xué)響應(yīng)
5、是制約超導(dǎo)應(yīng)用的兩個重要因素，需要建立更加有效的數(shù)值模型來對其交流損耗及力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行研究。本文針對超導(dǎo)電機(jī)復(fù)合材料在工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，研究了高溫超導(dǎo)復(fù)合帶材、線材以及電纜在外加磁場/傳輸電流情形下的臨界電流、交流損耗及應(yīng)力應(yīng)變；建立了一種新的全超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)數(shù)值模型，計(jì)算分析了超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的交流損耗以及應(yīng)力分布。首先，針對Bi2223復(fù)合帶材在外加機(jī)械載荷下?lián)p耗的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。建立了彎曲應(yīng)變下帶材發(fā)生破壞的理論模型,考慮了Bi2223復(fù)合超導(dǎo)帶材的熱殘余應(yīng)變。使用有限元方法計(jì)算了帶材
6、在不同外加磁場及傳輸電流下的電磁場分布和損耗，探究了外加彎曲應(yīng)變對于損耗的影響。同時還分析了不同磁場和電流條件下，Bi2223帶材芯絲幾何結(jié)構(gòu)對于損耗的影響。其次，研究了Bi2223復(fù)合帶材芯絲組分比對于其電磁和力學(xué)行為的影響。基于臨界態(tài)模型和自場效應(yīng)，使用迭代方法計(jì)算了帶有不同芯絲組分比的Bi2223復(fù)合帶材自場下的臨界電流，并利用變分不等式得到了電流及磁場的分布。通過二尺度展開法計(jì)算了不同芯絲組分比下的復(fù)合帶材的均勻化等效彈性模量。結(jié)合有限元方法計(jì)算出帶材在磁場下產(chǎn)生的磁致伸縮和應(yīng)力-應(yīng)變分布，并
7、討論了帶材中容易發(fā)生破壞的區(qū)域。再次，針對高溫超導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的電磁及力學(xué)行為進(jìn)行了研究。在超導(dǎo)電機(jī)中通常將線材或帶材繞制成電纜或線圈結(jié)構(gòu)，因此復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)給計(jì)算增加了難度。分別研究了幾種復(fù)雜結(jié)構(gòu)如多芯結(jié)構(gòu)的Bi2212超導(dǎo)圓線、電纜以及陣列結(jié)構(gòu)的REBCO超導(dǎo)帶材的電磁/力學(xué)行為。使用了基于臨界態(tài)模型的最小磁能方法計(jì)算了這幾種結(jié)構(gòu)在不同外磁場/傳輸電流條件下的電流和磁場分布。給出了電I磁體力作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變分布，探討了不同磁場/電流條件下結(jié)構(gòu)中應(yīng)力變化規(guī)律和峰值位置。分析了幾何結(jié)構(gòu)對于超導(dǎo)體電磁
8、/力學(xué)行為的影響。最后，建立了一種新的全超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)數(shù)值模型并對旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的電磁和力學(xué)行為進(jìn)行了分析。由于單一的數(shù)值計(jì)算方法較難研究帶有旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電機(jī)，本文基于T-Aformulation和移動網(wǎng)格方法建立了一種新的數(shù)值模型。模型采用各向異性臨界電流密度和冪次律E-J模型，引入了虛擬帶材以計(jì)算超導(dǎo)線圈在磁場下的感應(yīng)電流。將模型與現(xiàn)有的數(shù)值模型進(jìn)行對比以驗(yàn)證其有效性，結(jié)果吻合得較好。結(jié)合有限元方法，以電磁體力作為載荷計(jì)算出超導(dǎo)線圈的應(yīng)力分布。針對全超導(dǎo)
