利用数值模拟对32 T REBCO超导磁体进行力学建模
超导电性
2025-02-18 v2 应用物理
摘要
高温REBCO超导带材在高场磁体中极具前景。在高磁场下存在强大的电机械力，因此存在机械损伤的风险。由于屏蔽电流较大且带材为复合结构，这些磁体的机械设计并不简单。此外，许多现有设计采用绝缘绕组。本文开发了一种新颖的二维轴对称有限元工具，在MATLAB中编程，假设位移场在线弹性范围内。将饼式线圈堆叠和大量REBCO带材匝近似为各向异性体空心圆柱。我们的结果与文献中的单轴应力实验一致，验证了体近似。在此，我们研究以下配置：首先将电流升至临界电流以下，并使用MEMEP模型计算屏蔽电流及其引起的力。作为案例研究，对32 T REBCO超导磁体进行了数值模拟。与以往仅关注径向和周向力学量的工作不同，我们通过包含每个饼式线圈的轴向和剪切力学量，对磁体进行了完整的力学分析。还计算并比较了无屏蔽电流时的力学量。结果表明，包含屏蔽电流感应场会显著影响力学量，尤其是剪切应力。后者可能成为某些磁体配置的关键量。此外，为了克服高应力，考虑并数值模拟了不同材料的刚性外包层，这显著降低了机械应力。所开发的基于有限元的模型能够有效计算任何通用超导磁体及其器件的力学行为。
引用
@article{arxiv.2401.01266,
title = {Modelling the mechanics of 32 T REBCO superconductor magnet using numerical simulation},
author = {Arpit Kumar Srivastava and Enric Pardo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.01266},
year = {2025}
}