一种基于有限元分析超导股线接触仿真方法与流程

本发明涉及超导领域，特别涉及一种基于有限元分析超导股线接触仿真方法。

背景技术：

大型超导导体如CICC超导导体，卢瑟福超导导体等工作于大电流和高磁场的环境下，由于受电磁力的作用，将导致超导股线之间相互挤压接触，由于低温超导股线Nb3Sn、高温超导股线Bi2212、MgB2等都是脆性材料，受过大的应力将导致超导股线的临界性能产生严重的退化现象。为了研究超导股线受电磁力作用对超导股线的性能影响，需开展分析接触作用导致超导股线的应力应变分布情况。

国际上对超导股线所受轴向应变、弯曲应变和接触压力的单线的实验研究已经做了一定的工作；国内也开展了Nb3Sn超导股线的受弯曲应变和轴向应变下性能影响相关实验研究；以及通过数值计算的方法对超导股线的接触行为进行分析；但是通过有限元的方法分析超导股线低温下由于平板压缩导致的受力分析还未完善。

技术实现要素：

本发明提出一种基于有限元分析超导股线接触仿真方法，采用有限元的方法进行超导股线接触分析，能够快速直观的得出超导股线的受力分布，易于分析得出由于接触作用对股线的影响。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于有限元分析超导股线接触仿真方法，包括以下步骤：

步骤(1)，建立超导股线内部结构的平面二维模型；

步骤(2)，建立用于接触分析的平板二维模型结构，上平板和下平板将超导股线内部结构夹持在中间；

步骤(3)，设置用于接触分析的平板二维模型的材料属性；

步骤(4)，对超导股线的平面二维模型及平板二维模型进行网格划分，对于平板与超导股线接触区域采取更加细化划分；

步骤(5)，对平板二维模型施加不同的应力载荷；

步骤(6)，对下端的平板二维模型施加固定约束条件，并施加超导股线区域对称轴上节点的位移X方向为0；

步骤(7)，通过有限元软件进行仿真分析，得出超导股线与平板接触条件下的应力应变分布及超导股线与超导股线接触下的应力应变分布。

可选地，所述超导股线的平面二维模型包括外层无氧铜层、内层钽阻隔层、超导股线及其外围包覆的Nb₃Sn区域，内层钽阻隔层与Nb₃Sn区域之间用青铜填充。

可选地，所述材料属性，包括弹性模量、泊松比以及接触单元、接触面、目标面及摩擦系数。

可选地，通过有限元软件Ansys进行仿真分析。

本发明的有益效果是：

通过有限元软件Ansys进行仿真分析，得出施加在平板上不同的应力载荷条件下，超导股线与平板接触导致的应力应变分布以及超导股线与超导股线接触导致的应力应变分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于有限元分析超导股线接触仿真方法的流程图；

图2为本发明超导股线内部结构的平板二维模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明是通过有限元的方法，通过建立超导股线详细的二维模型，采用有限元方法对超导股线由于平板压缩作用产生应力应变进行仿真分析，用于研究超导股线由于受压接触条件的受力分析。

下面结合说明书附图对本发明的基于有限元分析超导股线接触仿真方法进行详细说明。

本发明提出的一种基于有限元分析超导股线接触仿真方法，包括以下步骤：

步骤(1)，建立超导股线内部结构的平面二维模型，如图2所示，超导股线的平面二维模型包括外层无氧铜层1、内层钽阻隔层2、超导股线3及其外围包覆的Nb₃Sn区域，内层钽阻隔层2与Nb₃Sn区域之间用青铜4填充；

步骤(2)，建立用于接触分析的平板二维模型结构，上平板6和下平板7将超导股线内部结构夹持在中间；

步骤(3)，设置用于接触分析的平板二维模型的材料属性，包括弹性模量、泊松比以及接触单元、接触面、目标面及摩擦系数；

步骤(4)，对超导股线的平面二维模型及平板二维模型进行网格划分，对于平板与超导股线接触区域采取更加细化划分；

步骤(5)，对平板二维模型施加不同的应力载荷；

步骤(6)，对下端的平板二维模型施加固定约束条件，并施加超导区域对称轴上节点的位移X方向为0；

步骤(7)，通过有限元软件Ansys进行仿真分析，得出超导股线与平板接触条件下的应力应变分布及超导股线与超导股线接触下的应力应变分布。

本发明采用有限元方法对超导股线由于平板压缩条件下接触行为进行仿真分析，得出施加在平板上不同的应力载荷条件下，超导股线与平板接触导致的应力应变分布以及超导股线与超导股线接触导致的应力应变分布。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。