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超导磁体结构中的若干损伤和断裂问题研究

超导股线， 高温超导涂层导体， 高温超导线圈， 损伤演化，脱层

超导磁体不仅在新型的可控聚变能源、粒子加速器\对撞机等大科学工程装置， 而且在医疗、电力、交通、信息等民生领域都具有十分广泛的应用。然而由于超导磁体的极端使役条件（极低温，强磁场、高电流），超导材料的脆性和应变敏感性以及超导磁体结构的多尺度、特征多层级结构特征，使得超导磁体在制备、性能和安全性方面均面临着巨大的挑战， 而这些挑战实质与超导材料和磁体结构内部的损伤和断裂等问题密切相关。本文分别以组成超导磁体结构的基本结构单元—多丝绞扭超导股线、高温超导涂层导体以及高温超导线圈力-电学行为为例，介绍了超导磁体结构中的若干损伤和断裂力学问题的研究进展。在考虑超导丝束的绞扭几何特征和超导材料的脆性损伤演化特征，建立了跨尺度多丝绞扭复合股线非线性有效性能的表征模型，能够准确预测循环载荷下超导股线的非线性有效材料性能，并解释了相关实验特征及机理；建立了高温超导涂层导体的层离演化和高温超导线圈的性能退化模型，揭示了超导带材各层的几何尺寸、热残余应力等对其剥离强度的影响规律；弄清了线圈的匝数，线圈中带材间树脂的浸渍厚度对其应力水平和性能退化的影响规律等。