Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chiết xuất lực tiếp xúc giữa các hạt không trong suốt và không quang đàn hồi dưới lực điện từ
Tóm tắt
Lực tiếp xúc liên quan đến phản ứng cơ học của các sợi siêu dẫn dưới tác động của một lực cơ thể điện từ lớn, điều này rất quan trọng cho sự an toàn của cấu trúc nam châm trong lò phản ứng nhiệt hạch эксперимент đoàn (ITER). Do cấu trúc phức tạp của dây dẫn cáp trong ống (CICC), thành phần đơn vị của nam châm ITER, và môi trường vận hành cực kỳ khắc nghiệt, nghiên cứu về lực tiếp xúc giữa các sợi do lực điện từ gây ra đang tiến triển chậm. Trong nghiên cứu này, một mô hình lý thuyết hai chiều (2D) dựa trên phương pháp yếu tố hạt được xây dựng để tính toán các lực tiếp xúc giữa một số hạt ferromagnetic không trong suốt và không quang đàn hồi được đặt trong một trường điện từ không đồng nhất. Trong thí nghiệm, các biến dạng tiếp xúc của những hạt này có thể được thu thập bằng phương pháp tương quan hình ảnh kỹ thuật số. Chúng tôi cũng đề xuất một phương pháp tương tự như phương pháp bình phương tối thiểu để tính toán lực điện từ của các hạt khác nhau. Tiếp theo, các đặc điểm phân phối và thống kê của các chuỗi lực tiếp xúc và góc tiếp xúc được trình bày. Phương pháp được đề xuất trong bài báo này được coi là phù hợp cho việc phân tích lực tiếp xúc của mặt cắt ngang các sợi siêu dẫn trong CICC của ITER dưới tác động của một lực điện từ ngang. Cuối cùng, mô hình lý thuyết 2D này được tổng quát cho trường hợp ba chiều (3D), và khung toán học ngắn gọn được trình bày.
Từ khóa
#lực tiếp xúc #siêu dẫn #điện từ #lực cơ thể #phỏng đoánTài liệu tham khảo
Nabara Y, Nunoya Y, Isono T, et al. Examination of Japanese mass-produced conductors for ITER toroidal field coils. IEEE Trans Appl Supercond. 2012;22(3):4804804.
Nabara Y, Hemmi T, Kajitani H, et al. Examination of conductors for ITER central solenoids. IEEE Trans Appl Supercond. 2013;23(3):4801604.
Yagai T, Kudo H, Hamano K, et al. Investigation of frictional force applied to strands surrounded by other strands and tribological analysis of contact surface in CIC conductor. IEEE Trans Appl Supercond. 2014;24(3):1–4.
Yue Donghua, Zhang Xingyi, Zhou Youhe. Buckling behavior of Nb\(_{3}\)Sn strand caused by electromagnetic force and thermal mismatch in ITER cable-in-conduit conductor. IEEE Trans Appl Supercond. 2017;27:8400911.
Brumfiel G. Cable test raised fears at fusion project. Nature. 2011;471:150.
Devred A, Jong C, Mitchell N. Strain redistribution effects on current-sharing measurements on straight samples of large Nb\(_{3}\)Sn cable-in-conduit conductors. Supercond Sci Technol. 2012;25(5):054009.
Devred A, Bessette D, Bruzzone P, et al. Status of conductor qualification for the ITER central solenoid. IEEE Trans Appl Supercond. 2013;23(3):6001208.
Breschi M, Devred A, Casali M, et al. Results of the TF conductor performance qualification samples for the ITER project. Supercond Sci Technol. 2012;25(9):095004.
Yue Donghua, Zhang Xingyi, Zhou Youhe. Theoretical analysis for the mechanical behavior caused by electromagnetic cycle in ITER Nb\(_{3}\)Sn cable-in-conduit conductors. Acta Mech Sin. 2018;34(4):614–22.
Martovetsky N, et al. Test of the ITER central solenoid model coil and CS insert. IEEE Trans Appl Supercond. 2002;12(1):600.
Mitchell N. Mechanical and magnetic load effects in Nb\(_{3}\)Sn cable-in-conduit conductors. Cryogenics. 2003;43(3–5):255–70.
Mitchell N. Summary, assessment and implications of the ITER model coil test results. Fusion Eng Des. 2003;66–68(03):971–93.
Mitchell N. Operating strain effects in Nb\(_{3}\)Sn cable-in-conduit conductors. Supercond Sci Technol. 2005;18(12):S396–404.
Mitchell N. Assessment of conductor degradation in the ITER CS insert coil and implications for the ITER conductors. Supercond Sci Technol. 2006;20(1):25.
Nijhuis A, Ilyin Y. Transverse load optimization in Nb\(_{3}\)Sn CICC design; influence of cabling, void fraction and strand stiffness. Supercond Sci Technol. 2006;19(9):945–62.
Nijhuis A. A solution for transverse load degradation in ITER Nb\(_{3}\)Sn CICCs: verification of cabling effect on Lorentz force response. Supercond Sci Technol. 2008;21(5):054011.
Zhai Y, Bird MD. Florida electro-mechanical cable model of Nb\(_{3}\)Sn CICCs for high-field magnet design. Supercond Sci Technol. 2008;21(11):115010.
Zhai Y. Electro-mechanical modeling of Nb\(_{3}\)Sn CICC performance degradation due to strand bending and inter-filament current transfer. Cryogenics. 2010;50(3):149–57.
Zhu J, Luo W, Zhou Y, et al. Contact mechanical characteristics of Nb\(_{3}\)Sn strands under transverse electromagnetic loads in the CICC cross-section. Supercond Sci Technol. 2012;25(12):125011.
Jia Shuming, Wang Dengming, Zheng Xiaojing. Numerical simulation of the mechanical properties of the Nb\(_{3}\)Sn CICCs under transverse cyclic loads. IEEE Trans Appl Supercond. 2014;24(1):8400706.
Jia Shuming, Wang Dengming, Zheng Xiaojing. Multi-contact behaviors among Nb\(_{3}\)Sn strands associated with load cycles in a CS1 cable cross section. Physica C. 2015;508(15):56–61.
Shuming Jia, Dengming Wang, Xiaojing Zheng. Numerical investigation on transverse heat transfer properties in cross section of full size Nb\(_{3}\)Sn CICC ITER conductor. AIP Adv. 2015;5(5):057124.
Cheng X, Zhang X, Liu C, et al. Experimental investigation on the contact mechanical characteristics of superconducting strands in the CICC cross-section. IEEE Trans Appl Supercond. 2017;27:8400806.
Andrade José E, Lim KW, Avila CF, et al. Granular element method for computational particle mechanics. Comput Methods Appl Mech Eng. 2012;241–244(3):262–74.
Hurley R, Marteau E, Ravichandran G, et al. Extracting inter-particle forces in opaque granular materials: beyond photoelasticity. J Mech Phys Solids. 2014;63(1):154–66.
Yamaguchi I. A laser-speckle strain gauge. J Phys E Sci Instrum. 2000;14(11):1270.
Bing P. High-accuracy two-dimensional digital image correlation measurement system using a bilateral telecentric lens. Acta Opt Sin. 2013;33(4):0412004.
Zhu G, Zhang R. Circle detection using Hough transform. Comput Eng Des. 2008;6:158–60.
Pan B, Xie H. Full-field strain measurement based on least-square fitting of local displacement for digital image correlation method. Acta Opt Sin. 2007;27(11):1980–6.
Gou XF, Yang Y, Zheng XJ. Analytic expression of magnetic field distribution of rectangular permanent magnets. Appl Math Mech. 2004;25:297–306.