超導(dǎo)電磁固體力學(xué)（上）

目錄
(上)序
前言
第一章緒論1
1.1超導(dǎo)現(xiàn)象及其主要特性1
1.2實(shí)用化的超導(dǎo)材料3
1.2.1工程應(yīng)用中的幾種超導(dǎo)材料3
1.2.2新一代超導(dǎo)材料的開(kāi)發(fā)研制6
1.3超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)變形依賴(lài)性的多物理場(chǎng)耦合特性7
1.3.1超導(dǎo)材料的電磁熱本構(gòu)的非線(xiàn)性多場(chǎng)耦合7
1.3.2超導(dǎo)電磁本構(gòu)特征量的應(yīng)變依賴(lài)性8
1.3.3超導(dǎo)熱穩(wěn)定性——失超9
1.3.4超導(dǎo)結(jié)構(gòu)的跨尺度性與力—電—磁—熱多物理場(chǎng)耦合特性11
1.3.5超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的力學(xué)變形反問(wèn)題13
1.4高性能超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)的主要電磁裝置14
1.4.1國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆15
1.4.2醫(yī)用核磁共振成像系統(tǒng)16
1.4.3加速器強(qiáng)場(chǎng)超導(dǎo)磁體17
1.4.4超導(dǎo)電機(jī)18
1.4.5超導(dǎo)懸浮列車(chē)19
1.5超導(dǎo)磁體研制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵力學(xué)挑戰(zhàn)——功能性與安全性21
1.6本書(shū)的主要內(nèi)容23
參考文獻(xiàn)24
第二章超導(dǎo)材料的極低溫基礎(chǔ)力學(xué)與物理實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)裝置研制33
2.1超導(dǎo)應(yīng)變的主要測(cè)量方法33
2.1.1應(yīng)變片測(cè)量原理及特性33
2.1.2低溫Bragg光柵光纖應(yīng)變測(cè)試方法39
2.2高溫超導(dǎo)帶材橫向脫層強(qiáng)度測(cè)量方法47
2.2.1高溫超導(dǎo)帶材脫層強(qiáng)度測(cè)量的基本原理48
2.2.2主要測(cè)量?jī)x器及測(cè)量技術(shù)49
2.2.3測(cè)試結(jié)果與數(shù)據(jù)處理模式52
2.3極端多場(chǎng)環(huán)境下超導(dǎo)材料力學(xué)性能測(cè)量裝置55
2.3.1研制的常溫—低溫的變溫力—熱耦合性能測(cè)試裝置55
2.3.2測(cè)試裝置的各分系統(tǒng)介紹56
2.3.3機(jī)械加載模式及夾具接頭58
2.3.4制冷系統(tǒng)與試件變溫技術(shù)58
2.3.5低溫/變溫下超導(dǎo)材料力學(xué)性能測(cè)試及主要結(jié)果59
2.4研制的國(guó)際首臺(tái)電—磁—熱—力全背景場(chǎng)加載測(cè)試裝置及其主要功能63
2.4.1裝置研制過(guò)程及主要性能指標(biāo)63
2.4.2測(cè)量裝置各分系統(tǒng)主要功能64
2.4.3變溫、電流加載與5T背景磁場(chǎng)的加磁調(diào)控65
2.4.4系統(tǒng)集成及全自動(dòng)調(diào)控與信號(hào)采集68
2.4.5主要功能性測(cè)量結(jié)果71
2.5超導(dǎo)力學(xué)與物理量測(cè)量的磁光法75
2.5.1測(cè)量原理介紹75
2.5.2磁光顯微系統(tǒng)構(gòu)成及圖像處理76
2.5.3磁通崩塌的原位測(cè)量81
2.6利用研制測(cè)量裝置的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)測(cè)量89
2.6.1不同變形模式下超導(dǎo)帶材的臨界電流退化測(cè)量89
2.6.2超導(dǎo)材料低溫/變溫環(huán)境下的熱傳膨脹系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量96
2.7超導(dǎo)帶材力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)量的主要結(jié)果100
2.7.1試樣及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備100
2.7.2測(cè)試對(duì)比及結(jié)果101
2.7.3不同低溫下超導(dǎo)帶材拉伸性能的測(cè)量結(jié)果102
2.8超導(dǎo)材料的力學(xué)與物理性能數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介105
2.8.1需求背景105
2.8.2參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要模塊105
2.8.3已有超導(dǎo)材料的數(shù)據(jù)106
2.8.4超導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)拓展的構(gòu)想114
參考文獻(xiàn)115
第三章超導(dǎo)電—磁—熱—力的基本方程118
3.1電磁場(chǎng)基本方程118
3.1.1超導(dǎo)電磁場(chǎng)的Maxwell方程組118
3.1.2超導(dǎo)材料電磁物理的主要非線(xiàn)性本構(gòu)方程119
3.2超導(dǎo)塊材(或磁體等效)的熱傳導(dǎo)基本方程123
3.2.1熱傳導(dǎo)參數(shù)的溫度相關(guān)性124
3.2.2超導(dǎo)塊材的非線(xiàn)性熱交換系數(shù)及其熱交換方程125
3.2.3超導(dǎo)塊材或磁體內(nèi)部生熱的主要來(lái)源及其危害126
3.3力學(xué)變形分析的基本方程130
3.3.1應(yīng)變對(duì)超導(dǎo)物理本構(gòu)關(guān)系退化影響的基本方程130
3.3.2超導(dǎo)塊材連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本方程131
3.3.3超導(dǎo)股線(xiàn)跨尺度的力學(xué)基本方程133
3.3.4超導(dǎo)CICC導(dǎo)體的力學(xué)基本方程143
3.3.5超導(dǎo)磁體線(xiàn)圈的力學(xué)基本方程153
參考文獻(xiàn)157
第四章多場(chǎng)相互作用的非線(xiàn)性計(jì)算方法165
4.1超導(dǎo)電磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法165
4.1.1基本數(shù)值方法165
4.1.2非線(xiàn)性電磁場(chǎng)的計(jì)算技術(shù)177
4.2超導(dǎo)材料及結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算方法181
4.2.1有限差分法181
4.2.2考慮變參數(shù)的有限元法184
4.3多場(chǎng)相互作用的非線(xiàn)性計(jì)算流程187
4.3.1依照物理作用過(guò)程的分場(chǎng)降階遞推迭代法187
4.3.2考慮應(yīng)變對(duì)超導(dǎo)本構(gòu)影響的變剛度190
參考文獻(xiàn)191
第五章臨界電流測(cè)量方法與工程應(yīng)用的評(píng)估194
5.1超導(dǎo)塊材臨界電流的測(cè)量方法194
5.1.1磁滯回線(xiàn)測(cè)量法194
5.1.2電輸運(yùn)法197
5.2臨界電流計(jì)算舉例——超導(dǎo)線(xiàn)材及結(jié)構(gòu)198
5.2.1基本方程198
5.2.2電纜和線(xiàn)圈的臨界電流199
5.2.3等效模型評(píng)估大型線(xiàn)圈的臨界電流206
5.3臨界電流計(jì)算舉例——超導(dǎo)薄帶207
5.3.1帶材的不同橫截面模型207
5.3.2圓弧超導(dǎo)薄帶臨界電流209
5.3.3V型超導(dǎo)薄帶臨界電流211
5.3.4U型超導(dǎo)薄帶臨界電流213
5.4超導(dǎo)磁體臨界電流評(píng)估與失超的電學(xué)檢測(cè)方法215
參考文獻(xiàn)218
第六章超導(dǎo)塊材與超導(dǎo)薄膜物理特征的理論預(yù)測(cè)221
6.1超導(dǎo)塊材裂紋尖端電流的“-1”次冪奇異性221
6.1.1基本方程222
6.1.2俘獲場(chǎng)與臨界電流分布225
6.1.3裂尖電流奇異性理論預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證233
6.2磁—熱相互作用的磁通跳躍理論模型及其預(yù)測(cè)結(jié)果238
6.2.1非線(xiàn)性磁—熱耦合的基本方程240
6.2.2數(shù)值計(jì)算方法241
6.2.3對(duì)三類(lèi)典型實(shí)驗(yàn)特征的統(tǒng)一定量預(yù)測(cè)247
6.2.4磁通跳躍場(chǎng)對(duì)參數(shù)的敏感性252
6.3超導(dǎo)薄膜的磁通崩塌255
6.3.1基本方程256
6.3.2快速Fourier變換及耦合方法257
6.3.3數(shù)值結(jié)果與討論259
參考文獻(xiàn)266
第七章力學(xué)變形對(duì)臨界電流降低的退化機(jī)理研究272
7.1考慮應(yīng)變能的修正Ginzburg-Landau方程及其臨界電流的退化272
7.1.1含應(yīng)變能耦合的修正Ginzburg-Landau方程272
7.1.2力電耦合基本方程273
7.1.3應(yīng)變對(duì)臨界電流影響的理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的定性對(duì)比274
7.2應(yīng)變使臨界電流降低的位錯(cuò)模型及機(jī)理276
7.2.1晶界應(yīng)變能的位錯(cuò)模型277
7.2.2超導(dǎo)臨界電流隨晶界位錯(cuò)變化的應(yīng)變表征公式278
7.2.3理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比279
7.3Bi系新一代超導(dǎo)材料在不同變形模式下臨界電流退化的唯象模型280
7.3.1考慮超導(dǎo)絲線(xiàn)斷裂的應(yīng)變表征280
7.3.2超導(dǎo)帶材在拉壓、彎、扭下的臨界電流退化表征281
7.3.3三種變形模式下臨界電流隨應(yīng)變退化的統(tǒng)一表征290
7.3.4唯象模型對(duì)不同變形模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)290
參考文獻(xiàn)297
第八章超導(dǎo)結(jié)構(gòu)的交流損耗及其失超的應(yīng)變檢測(cè)301
8.1超導(dǎo)電纜的交流損耗301
8.1.1基本方程301
8.1.2鐵磁基底對(duì)圓形超導(dǎo)電纜交流損耗的影響306
8.1.3軟鐵磁性襯底對(duì)在徑向磁場(chǎng)下電纜交流損耗的影響311
8.2交流損耗測(cè)量的新方法317
8.2.1交流損耗的主要實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法317
8.2.2絕熱溫升法交流損耗的實(shí)驗(yàn)新方法323
8.2.3電測(cè)法檢測(cè)交流損耗的實(shí)驗(yàn)測(cè)量340
8.3交流損耗測(cè)量的應(yīng)用舉例342
8.3.1YBCO涂層導(dǎo)體焊接接頭交流損耗測(cè)試342
8.3.2含裂紋YBCO涂層導(dǎo)體交流損耗測(cè)試348
8.3.3超導(dǎo)材料受橫向壓力交流損耗測(cè)試352
8.4超導(dǎo)材料及磁體結(jié)構(gòu)失超的應(yīng)變檢測(cè)新技術(shù)354
8.4.1基于溫升熱應(yīng)變的應(yīng)變檢測(cè)原理356
8.4.2失超的應(yīng)變檢測(cè)新判據(jù)——應(yīng)變率357
8.4.3應(yīng)變失超檢測(cè)方法在超導(dǎo)磁體中的應(yīng)用舉例358
參考文獻(xiàn)365
目錄
(下)第九章超導(dǎo)線(xiàn)絞纜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)耦合力學(xué)
第十章超導(dǎo)帶材及其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為分析
第十一章超導(dǎo)磁體多場(chǎng)耦合非線(xiàn)性力學(xué)的理論模型及定量分析
第十二章高溫超導(dǎo)塊材的力學(xué)行為理論分析
第十三章高溫超導(dǎo)薄膜力學(xué)
第十四章高溫超導(dǎo)懸浮動(dòng)力學(xué)