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期刊信息/Journal information
力学学报（英文版）
力学学报（英文版）

双月刊

0567-7718

010-62536271

100080

北京北四环西路15号中科院力学所

力学学报（英文版）/Journal Acta Mechanica Sinica(English Series)CSCDCSTPCD北大核心EISCI
查看更多>>是中国力学学会主办的学术期刊，刊登力学和相关交叉学科在理论研究、实验研究及在国民经济中具有创新性的优秀论文，反映力学学科的学术水平，是力学界同仁科学活动的知已和朋友。
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    Multifaceted progress in high-field superconducting magnet mechanics

    Xingzhe WangSeungyong Hahn
    1-3页
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    计算超导螺线管磁体中电磁应力的解析方法

    Jeonghwan ParkKibum ChoiYufan YanJaemin Kim...
    4-20页
    查看更多>>摘要：在高场磁体中,压缩磁径向应力比拉伸应力更受青睐,原因是它能降低磁体绕组内的整体峰值磁应力.这对于无绝缘高温超导(NI HTS)磁体尤为重要,因为压缩径向应力能够产生良好的匝间接触,这对于无绝缘高温超导线圈中的电流共享以及随之而来的自保护行为至关重要.根据关键磁体设计参数(如目标中心场、背景磁场、内外绕组直径和外部径向堆叠),我们给出了可以从解析上确定高场超导磁体具有压缩径向应力的电磁-力学条件.本文提出的方法可以识别干绕线圈中径向匝间接触行为的3种不同模式:(1)完全分离;(2)完全接触;以及(3)混合模式(即部分分离和接触).文章随后提出一种使用完全压缩径向应力电磁-力学条件来计算干绕线圈中应力分布的解析方法.并通过有限元分析示例验证了解析方法与数值方法的良好一致性.文章结果可以帮助磁体工程师在早期设计阶段更好地概览高场超导磁体的电磁-力学行为.

    Compressive radial stressElectromagnetic stressSuperconducting magnetTurn-to-turn contact

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    无绝缘REBCO饼型线圈变形引起的特性电阻变化

    So Noguchi
    21-26页
    查看更多>>摘要：近年来稀土钡铜氧化物(REBCO)饼型线圈在高磁场产生中的变形引起了人们的关注.一些考虑线圈变形的电流模拟显示了线圈变形可能影响屏蔽电流分布的可能性.屏蔽电流会产生强大的电磁力,对REBCO饼型线圈造成机械损伤.然而,线圈变形也可能影响无绝缘(NI)REBCO饼型线圈的接触电阻,通常称为"特性电阻".NI特性电阻是NI REBCO饼型线圈稳定性的一个重要因素.因此,有必要研究随着线圈形状变形的NI接触电阻.本文展示了外部场充电和NI线圈充电期间NI特性电阻的变化.

    High field magnetNo-insulation winding techniqueREBCO pancake coilCharacteristic resistance

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    引入超导带材堆叠块体的混合眼型高温超导磁体的力学特性分析

    廖恒沛袁炜嘉张玟
    27-37页
    查看更多>>摘要：高温超导磁体具有零电阻特性,通过适当的磁化过程,就可以在没有外部电源的情况下保持强磁场.使用商用高温超导带制造的眼型高温超导磁体已经证明了其具有稳定的强磁场捕获能力,并且相对于传统超导块材,其尺寸更加灵活.然而,在场冷磁化过程中,由洛伦兹力引起应力应变可能会对磁体造成损伤.因此,在本论文的研究中,建立并验证了三维数值计算模型,以研究混合眼型高温超导磁体中的应力和应变.计算了场冷磁化下磁体的应力分布,并讨论了样品的固定方法对应力集中和应变的影响.研究还发现,增强中心捕获磁场的高温超导带材堆叠块体在磁化过程中受到不平衡的洛伦兹力,这是由于眼型磁体的不对称捕获磁场而导致的,此不平衡力产生在高温超导堆叠中的不对称应力分布.这些发现为眼型高温超导磁体的机械行为提供了重要的见解,可以指导其设计的优化,以适应各种应用,如核磁共振、磁悬浮和高温超导电机等.

    HTS ring magnetsHTS tapesMechanical behaviourStress distributionLorentz force

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    CORC电缆中超导带材在缠绕、弯曲和扭曲变形下的应变分析

    彭昱昊苟晓凡
    38-48页
    查看更多>>摘要：CORC(conductor on round core)超导电缆是一种基于REBCO(rare-earth barium copper oxide)导体的高温超导电缆,已经成为迄今为止最灵活的高温超导(HTS)导体之一.然而,由于超导REBCO陶瓷材料的脆性,临界电流表现出敏感的应变依赖性,即临界电流与应变密切相关.该材料的应变一旦超过临界值,就会引发明显的衰减.除此之外,由于带材缠绕和电缆绞合后的复杂变形,切实存在一个实际性的挑战,即如何准确预测电缆超导带材在各种变形下的轴向应变.在本文中,我们建立了分析模型,可以用来准确计算CORC电缆的超导带材在电缆内芯上缠绕、电缆弯曲和扭曲变形等实际条件下的轴向应变.并且通过比较分析结果与有限元数值结果和实验数据,验证了分析模型,即超导带的临界电流随CORC电缆的核心直径而变化.在轴向应变结果的基础上,进一步确定了临界参数,即超导层的轴向应变恰好达到临界应变时的参数,如临界核心直径、临界弯曲直径和临界绞距等.对CORC电缆中REBCO超导带材的应变分析研究将有助于CORC电缆的加工和进一步设计高水平的超导线圈和磁体.

    CORC cableSuperconductor REBCO tapeStrain analysisWindingBending and twist deformations

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    多芯绞扭Nb3Sn超导股线弹塑性损伤和临界电流不可逆退化的细观力学建模

    景泽张雨
    49-60页
    查看更多>>摘要：Nb3Sn被广泛接受是实现高场超导磁体的关键材料.然而,Nb3Sn是脆性材料且其超导性能具有应变敏感性.在强磁场应用中,Nb3Sn股线会受到显著的弹塑性应变甚至损伤,导致其载流能力下降.本文基于细观力学方法建立了三维平均场均匀化模型,研究多芯绞扭Nb3Sn超导股线的弹塑性损伤行为和临界电流的不可逆退化.计算股线在单调和循环载荷作用下的等效应力-应变曲线以及Nb3Sn内部的应变分布.采用辅以损伤引起退化的应变不变量标度律来表征临界电流的不可逆退化.研究发现,绞扭对股线弹塑性损伤行为和应变导致的临界电流退化起着重要作用.随着绞扭节距的增大,复合股线的刚度增大,应变极限(超过该极限时芯丝开始损伤)急剧减小.累积残余应变和芯丝的损伤共同导致超导股线临界电流的不可逆退化.实验观察到的"断崖式不可逆退化"是由于Nb3Sn芯丝的损伤造成的.从力学的角度,短绞节距是缓解应变引起超导股线临界电流不可逆退化的良好选择.

    Superconducting strandMean-field homogenizationIncremental micromechanics schemeIrreversible degradationElastoplastic damageStress and strain

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    第四代ECR(电子回旋共振)离子源高场Nb3Sn磁体1/2长度样机的研制

    孙良亭吴巍吴北民陈玉泉...
    61-77页
    查看更多>>摘要：中国科学院近代物理研究所正在研发第四代ECR(电子回旋共振)离子源FECR(first 4th generation ECR ion source).以20 kW/45 GHz微波加热运行为目标,需要研制Nb3Sn超导磁体以实现对所加热等离子体的有效磁场约束.作为首台采用Nb3Sn超导磁体技术的ECR离子源,FECR的主磁场线圈由4套独立的轴向螺线管线圈与1套径向六极线圈所构成,且均采用单股Nb3Sn线绕制而成,这给线圈的加工、冷体装配、磁体的失超保护等环节带来一系列挑战.为使磁体能在高场、高应力作用下安全稳定运行,项目采用基于铝壳体结构与bladder & key的预紧应力控制技术,完成了一套半尺寸冷体样机的研发.该样机已完成4.2 K低温测试.本项研究的核心关键问题与挑战是如何在复杂的高精度机械装配与高电流强磁场励磁过程中实现对易碎Nb3Sn导线的有效保护.本篇文章中,我们将阐述如何设计、研制、装配及测试工作于复杂磁场与应力环境的高性能Nb3Sn六极磁铁.针对于单个六极线圈的测试,我们设计研发了一种称为"Mirror"结构的测试工装.论文中会详细论述基于壳层结构与bladder & key的装配预紧技术在半尺寸样机上的应用效果.同时,论文对在半尺寸样机上观察到的强烈磁通跳跃现象和它对失超探测保护的严峻挑战问题及相关解决或规避方案进行相关论述.

    Superconducting magnetsSextupole coilNb3Sn wireECRMirror structureBladder-and-key technologyFlux jump

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    Nb3Sn六极复合超导磁体测试全过程的实时分布式应变检测:从组装到励磁

    王省哲杨韬略关明智辛灿杰...
    78-88页
    查看更多>>摘要：六极Nb3Sn超导磁体系统是第四代电子回旋共振离子源(FECR)中的核心部件.这些超导磁体处于高磁场、超低温以及高应力的极端运行环境,由此关联的磁体应力/应变特征和行为的精确表征对于确保系统可靠性和最优功能实现极具重要意义.传统的单点应变测量技术仅能实现局部小区域的测量,并且存在显著的电磁干扰等,这些局限性严重影响了测量精度和可靠性,使得大型复杂超导磁体极端多场下的力学测量面临着诸多挑战.本文建立了低温极端多场下的光纤测量新技术,可实现六极复合超导磁体的实时、分布式应变测量.该测量系统基于光频域反射技术(OFDR)和高空间分辨率分布式光纤技术,首次实现了超导磁体系统的组装、冷却、励磁及失超全过程中应变状态的实时监测.相关结果有效揭示了超导磁体在整个运行过程中的全局应变特性,如磁体内部全局应变状态的非对称分布现象等.本文研究对于超导磁体研制中的实时和全局力学性能监测和评估提供了有效途径.

    Superconducting magnetsCryogenic temperatureStrain profileDistributed and real-time measurementRayleigh-scattering-based DOFS

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    TNT深海爆炸效应的相似律研究

    岳军政吴先前黄晨光
    89-98页
    查看更多>>摘要：研究炸药在深海爆炸的威力特征对于提高深海设备的生存能力和作战能力至关重要.本文通过数值模拟和相似分析,考虑实际深水条件,研究了 1千克三硝基甲苯(TNT)在不同水深(1～10千米)下的爆炸力学效应.系统分析了不同水深爆炸的冲击波超压、正压脉冲、气泡脉动以及能量分布.数值模拟结果表明,水深对冲击波超压峰值的影响很小.然而,冲击波正压脉冲、冲击波能量、最大气泡半径、气泡能量以及气泡脉动周期随着水深的增加而显著减小.此外,对TNT深海爆炸冲击波进行了相似分析,揭示了关键的无量纲影响参数,并得到了冲击波超压和正压脉冲的相似律.通过拟合数值模拟结果,提出了无量纲公式,为预测不同水深条件下TNT爆炸冲击波超压峰值和正压脉冲提供了有效方法.

    Deep-sea explosionPeak overpressurePositive overpressure pulseNumerical simulationScaling law

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    基于深度学习的车载炮驾驶室表面冲击载荷快速预测方法

    周梦笛钱林方曹从咏陈光宋...
    99-112页
    查看更多>>摘要：在车载炮驾驶室拓扑优化设计和刚强度分析计算中,需要明确大量的、不同射击条件下的冲击载荷.如何快速获取驾驶室表面的冲击载荷是车载炮设计中尚未解决的难题之一.本文将深度学习方法引入到驾驶室表面冲击载荷的求解中,基于卷积-多维特征LSTM神经网络,提出了一种驾驶室表面冲击载荷快速预测方法,实现了不同发射条件下驾驶室表面冲击载荷计算,求解速度接近实时级别.算例结果表明,深度学习模型的求解精度与传统CFD仿真精度相当,但求解耗时在毫秒级,大大提高了计算效率,具备离线训练、在线计算的潜力.且当驾驶室形貌特征轻微变化时,本文模型依然适用.本文成果可快速为驾驶室刚强度校核和拓扑优化提供载荷条件,有助于缩短车载炮研发周期,为车载炮系统的数字孪生模型构建奠定了基础.

    Vehicle-mounted howitzer designImpact loadShock waveDeep learningFast method

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