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非理想高温超导悬浮系统的多场及力学行为研究
| 论文题名： | 非理想高温超导悬浮系统的多场及力学行为研究 |
| 关键词： | 高温超导悬浮系统;永磁轨道;温度效应;悬浮力 |
| 摘要： | 高温超导悬浮系统由于其独特的自调节稳定性，已逐渐成为一种具有广泛应用前景的新型轨道交通模式。在制造、服役过程中，由于工艺技术、电磁场效应与温度效应等物理场因素不可避免的产生消耗与磨损，导致其自身存在各类缺陷。目前对于含缺陷的高温超导悬浮系统研究相对较少，本文重点关注多物理场下缺陷部分对非理想高温超导悬浮系统的影响规律，针对三种非理想永磁轨道模型，考虑温度效应计算分析了非理想高温超导悬浮系统的悬浮力变化，同时对含缺陷的超导块材在变化外磁场中的交流损耗以及升温现象进行数值仿真，主要内容与结论如下： 首先，基于矢量磁位A法，给出了磁通聚集型、表面置磁型与Halbach型三种理想永磁轨道的磁场理论模型。通过构造裂纹缺陷与杂质缺陷，仿真计算了不同垂向距离下缺陷大小对三种永磁轨道磁场的影响，结果表明：随轨道裂纹的增大，三种轨道磁场强度呈不同趋势变化，杂质含量对三种轨道磁场强度的影响基本呈线性规律。给出了不同缺陷对三种永磁轨道磁场强度的影响函数关系式，引入缺陷系数C，提出了非理想永磁轨道的磁场理论模型。 其次，考虑轨道缺陷与环境温度因素，建立了非理想高温超导悬浮系统仿真模型，计算了不同环境温度下，三种轨道的裂纹与杂质缺陷对超导悬浮系统悬浮力及磁滞效应的影响。结果表明：轨道缺陷会对超导体悬浮力产生劣化作用，温度与悬浮力大小呈反比例关系；缺陷部分会减小系统的磁滞效应，Halbach型轨道悬浮系统磁滞效应相较与其他两种轨道较小。 最后，基于磁场强度H法，考虑温度场传热方程与Jc?T本构关系，给出了二维超导体偏微分控制方程，建立了电-磁-热多场耦合求解模式，得到时变外磁场中非理想矩形超导体的电流密度分布、磁场分布、升温效应以及交流损耗特性。结果表明：裂纹缺陷与圆角缺陷致使超导块材中心电流密度通道呈单峰或双峰状分布；表面缺陷诱发超导体功率损耗与交流损耗增加，损耗与缺陷面积呈正比关系，含缺陷超导体相较于理想超导体在第三周期功率损耗出现明显的滞后效应。 |
| 作者： | 秦浩杰 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 赵宪锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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