Nb3Sn超導(dǎo)股線臨界特性的應(yīng)變依賴性及標(biāo)度關(guān)系研究.pdf

1、A15相Nb3Sn超導(dǎo)股線因其具有良好的超導(dǎo)性能，被廣泛應(yīng)用于多種大尺度的高場超導(dǎo)磁體（大于13T）中。然而，由于Nb3Sn的超導(dǎo)臨界特性（臨界溫度cT、上臨界場Bc2、臨界電流Ic）強(qiáng)烈依賴于應(yīng)變，因此在發(fā)生應(yīng)變時(shí)，磁體系統(tǒng)會(huì)發(fā)生性能退化。這些應(yīng)變通常來源于系統(tǒng)冷卻過程中的機(jī)械載荷（由于復(fù)合材質(zhì)中熱收縮的差異）以及操作（由于產(chǎn)生洛倫茲力）。因此，了解超導(dǎo)臨界參數(shù)的應(yīng)變依賴性至關(guān)重要，尤其是臨界電流。
　　標(biāo)度關(guān)系（標(biāo)度律）是描述

2、臨界電流密度隨磁場、溫度、應(yīng)變關(guān)系的基本理論。計(jì)算Nb3Sn超導(dǎo)股線中的臨界電流密度的關(guān)鍵是標(biāo)度理論中描述應(yīng)變依賴性的“應(yīng)變依賴函數(shù)”。在過去的幾十年，許多從理論或?qū)嶒?yàn)角度提出的標(biāo)度依賴函數(shù)模型被廣泛提出。然而，目前還沒有一種公認(rèn)的模型能從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面都能很好的詮釋上臨界場的應(yīng)變依賴性。
　　本文根據(jù)Migdal-Eliashberg理論并結(jié)合第一性原理計(jì)算結(jié)果首先給出了最常見的單軸應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)變依賴標(biāo)度模型的簡單表征形式。從

3、McMillan方程出發(fā)，通過平均聲子頻率和電聲耦合參數(shù)，得到了將單軸應(yīng)變?chǔ)臿聯(lián)系到臨界溫度Tc的方法。由于平均聲子頻率ωln和電聲耦合參數(shù)λ隨單軸應(yīng)變?chǔ)臿的“鐘形”變化關(guān)系可用拋物關(guān)系近似，根據(jù)McMillan方程將臨界溫度Tc和單軸應(yīng)變?chǔ)臿聯(lián)系起來。再根據(jù)上臨界場和臨界溫度的關(guān)系，進(jìn)而得到上臨界場Bc2隨單軸應(yīng)變的變化關(guān)系（本文應(yīng)變值均以百分比表示）。通過這種方法，得到了新的Nb3Sn的應(yīng)變依賴函數(shù)以及標(biāo)度律。
　　按照應(yīng)變張

4、量不變量觀點(diǎn)，根據(jù)臨界溫度、平均聲子頻率、電聲耦合參數(shù)分別隨應(yīng)變變化關(guān)系的一致性，得到了應(yīng)變依賴函數(shù)的新全量不變量模型。全量不變量模型和二次模型都能很好擬合不同規(guī)格Nb3Sn股線的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果，并且與其他已有標(biāo)度模型相比，具有更簡單的表達(dá)形式。此外，全量不變量模型對(duì)上臨界場Bc2隨應(yīng)變的測量結(jié)果具有更好的外推能力。
　　此外，本文還應(yīng)用有限元方法研究了Nb3Sn超導(dǎo)股線在受到橫向載荷作用下的力學(xué)性能?？紤]了壓元接觸面形狀對(duì)股線力學(xué)