本發(fā)明涉及超導(dǎo)領(lǐng)域，特別涉及一種基于有限元分析超導(dǎo)股線接觸仿真方法。

背景技術(shù)：

大型超導(dǎo)導(dǎo)體如CICC超導(dǎo)導(dǎo)體，盧瑟福超導(dǎo)導(dǎo)體等工作于大電流和高磁場(chǎng)的環(huán)境下，由于受電磁力的作用，將導(dǎo)致超導(dǎo)股線之間相互擠壓接觸，由于低溫超導(dǎo)股線Nb3Sn、高溫超導(dǎo)股線Bi2212、MgB2等都是脆性材料，受過大的應(yīng)力將導(dǎo)致超導(dǎo)股線的臨界性能產(chǎn)生嚴(yán)重的退化現(xiàn)象。為了研究超導(dǎo)股線受電磁力作用對(duì)超導(dǎo)股線的性能影響，需開展分析接觸作用導(dǎo)致超導(dǎo)股線的應(yīng)力應(yīng)變分布情況。

國(guó)際上對(duì)超導(dǎo)股線所受軸向應(yīng)變、彎曲應(yīng)變和接觸壓力的單線的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)做了一定的工作；國(guó)內(nèi)也開展了Nb3Sn超導(dǎo)股線的受彎曲應(yīng)變和軸向應(yīng)變下性能影響相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究；以及通過數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)超導(dǎo)股線的接觸行為進(jìn)行分析；但是通過有限元的方法分析超導(dǎo)股線低溫下由于平板壓縮導(dǎo)致的受力分析還未完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種基于有限元分析超導(dǎo)股線接觸仿真方法，采用有限元的方法進(jìn)行超導(dǎo)股線接觸分析，能夠快速直觀的得出超導(dǎo)股線的受力分布，易于分析得出由于接觸作用對(duì)股線的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于有限元分析超導(dǎo)股線接觸仿真方法，包括以下步驟：

步驟(1)，建立超導(dǎo)股線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平面二維模型；

步驟(2)，建立用于接觸分析的平板二維模型結(jié)構(gòu)，上平板和下平板將超導(dǎo)股線內(nèi)部結(jié)構(gòu)夾持在中間；

步驟(3)，設(shè)置用于接觸分析的平板二維模型的材料屬性；

步驟(4)，對(duì)超導(dǎo)股線的平面二維模型及平板二維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)于平板與超導(dǎo)股線接觸區(qū)域采取更加細(xì)化劃分；

步驟(5)，對(duì)平板二維模型施加不同的應(yīng)力載荷；

步驟(6)，對(duì)下端的平板二維模型施加固定約束條件，并施加超導(dǎo)股線區(qū)域?qū)ΨQ軸上節(jié)點(diǎn)的位移X方向?yàn)?；

步驟(7)，通過有限元軟件進(jìn)行仿真分析，得出超導(dǎo)股線與平板接觸條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布及超導(dǎo)股線與超導(dǎo)股線接觸下的應(yīng)力應(yīng)變分布。

可選地，所述超導(dǎo)股線的平面二維模型包括外層無(wú)氧銅層、內(nèi)層鉭阻隔層、超導(dǎo)股線及其外圍包覆的Nb₃Sn區(qū)域，內(nèi)層鉭阻隔層與Nb₃Sn區(qū)域之間用青銅填充。

可選地，所述材料屬性，包括彈性模量、泊松比以及接觸單元、接觸面、目標(biāo)面及摩擦系數(shù)。

可選地，通過有限元軟件Ansys進(jìn)行仿真分析。

本發(fā)明的有益效果是：

通過有限元軟件Ansys進(jìn)行仿真分析，得出施加在平板上不同的應(yīng)力載荷條件下，超導(dǎo)股線與平板接觸導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)變分布以及超導(dǎo)股線與超導(dǎo)股線接觸導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)變分布。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種基于有限元分析超導(dǎo)股線接觸仿真方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明超導(dǎo)股線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平板二維模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明是通過有限元的方法，通過建立超導(dǎo)股線詳細(xì)的二維模型，采用有限元方法對(duì)超導(dǎo)股線由于平板壓縮作用產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行仿真分析，用于研究超導(dǎo)股線由于受壓接觸條件的受力分析。

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的基于有限元分析超導(dǎo)股線接觸仿真方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明提出的一種基于有限元分析超導(dǎo)股線接觸仿真方法，包括以下步驟：

步驟(1)，建立超導(dǎo)股線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平面二維模型，如圖2所示，超導(dǎo)股線的平面二維模型包括外層無(wú)氧銅層1、內(nèi)層鉭阻隔層2、超導(dǎo)股線3及其外圍包覆的Nb₃Sn區(qū)域，內(nèi)層鉭阻隔層2與Nb₃Sn區(qū)域之間用青銅4填充；

步驟(2)，建立用于接觸分析的平板二維模型結(jié)構(gòu)，上平板6和下平板7將超導(dǎo)股線內(nèi)部結(jié)構(gòu)夾持在中間；

步驟(3)，設(shè)置用于接觸分析的平板二維模型的材料屬性，包括彈性模量、泊松比以及接觸單元、接觸面、目標(biāo)面及摩擦系數(shù)；

步驟(4)，對(duì)超導(dǎo)股線的平面二維模型及平板二維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)于平板與超導(dǎo)股線接觸區(qū)域采取更加細(xì)化劃分；

步驟(5)，對(duì)平板二維模型施加不同的應(yīng)力載荷；

步驟(6)，對(duì)下端的平板二維模型施加固定約束條件，并施加超導(dǎo)區(qū)域?qū)ΨQ軸上節(jié)點(diǎn)的位移X方向?yàn)?；

步驟(7)，通過有限元軟件Ansys進(jìn)行仿真分析，得出超導(dǎo)股線與平板接觸條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布及超導(dǎo)股線與超導(dǎo)股線接觸下的應(yīng)力應(yīng)變分布。

本發(fā)明采用有限元方法對(duì)超導(dǎo)股線由于平板壓縮條件下接觸行為進(jìn)行仿真分析，得出施加在平板上不同的應(yīng)力載荷條件下，超導(dǎo)股線與平板接觸導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)變分布以及超導(dǎo)股線與超導(dǎo)股線接觸導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)變分布。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。