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《兰州大学》 2007年
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高温超导悬浮体面内移动时的静力特性研究

杨勇  
【摘要】: 在近二十年来,由于高温超导体在飞轮储能和磁浮轴承等方面的广泛应用而使得高温超导体和永磁体之间的相互作用越来越引起研究者的关注。目前,有关悬浮体受力的研究状况是:实验探索多于理论分析,悬浮力研究多于面内力研究。本文针对典型的高温超导-永磁悬浮系统,对悬浮体受到的力做了较为全面的研究,尤其是对磁通冻结-镜象模型的修正以及对悬浮力和面内力的数值模拟,得到了一些有意义的结果。 本文对磁通冻结-镜象模型进行了修正。通过引入竖向移动镜象磁偶极子和面内移动镜象磁偶极子,得到了一个磁偶极子悬浮于半无限超导体上方时受到的悬浮力和面内力的解析表达式。修正后的模型可以给出零场冷却下永磁体受到的面内力以及悬浮力曲线和面内力曲线上的磁滞特性,这是磁通冻结-镜象模型所不能反映的。根据修正后的模型,得到永磁体竖向移动时竖向刚度的解析表达式以及面内移动时面内刚度和交错刚度的解析表达式,研究了永磁体在任意位移下受到的面内力和悬浮力,并利用电流环之间的相互作用力公式定量计算了永磁体相对于超导体竖向移动时的悬浮力以及面内移动时的悬浮力和面内力。 本文对悬浮体受到的力进行了数值模拟。推导出矩形永磁体磁场分布的解析表达式,并将其推广到n块永磁体颠倒磁极并在一起时的情形,据此分析了一到三块永磁体外部空间磁场分布的主要特征。依据电流矢势法和有限元法建立了分析超导电磁场分布、静态悬浮特性的数值计算方法,通过与实验结果比较验证了该方法的可靠性。数值模拟永磁体受到的悬浮力、面内力和静磁刚度,结果显示移动历史对悬浮体受到的力和刚度有显著的影响。本文研究了悬浮体受到的面内力与超导体的初始冷却条件的关系,提出了高温超导悬浮系统面内稳定的临界初始冷却高度z_(c0)的概念。当初始冷却高度小于临界初始冷却高度z_(c0)时,面内力和面内位移方向始终相反,面内力为面内稳定悬浮的恢复力;当大于z_(c0)时,面内力有可能和面内位移方向一致,导致面内悬浮不稳定。本文讨论了超导体的初始冷却条件、永磁体的表磁强度、超导体临界电流密度、永磁体面内移动时的悬浮高度、永磁体和超导体的面积比和厚度比等悬浮系统参数对永磁体面内移动时所受到的悬浮力、面内力的影响以及对临界初始冷却高度z_(c0)的影响。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O511

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