10 m钇钡铜氧高温超导带材的研究

由于钇钡铜氧超导体(YBCO)在液氮温区(77K)具有非常高的不可逆场,用这种材料制成的带材在高场中具有很强的高载流能力,使得它在电力应用,如传输电缆、电机、储能和磁体等诸多方面具有广阔的应用前景。本文在具有双轴织构的10m级NiW合金基带上动态、连续地制备了具有Y2O3,YSZ,CeO2等多层隔离层的YBCO涂层导体;研究了膜的生长条件及各层膜之间的取向关系等,成功地制备出10m长双轴取向的CeO2/YSZ/Y2O3隔离层,Y2O3,YSZ和CeO2的!扫描半高宽沿长度方向都分布在7°～8.2°范围内,平均值分别为7.69°,7.75°和7.93°,表明整个长带具有均匀一致的立方织构。扫描电子显微镜和俄歇电子探针观测了表面微结构和界面状态,结果显示Y2O3,YSZ和CeO2表面致密连续,无微裂纹;其上生长的YBCO具有C轴和平面内双轴取向,临界转变温度Tc达88K,最大临界电流Ic达40A/cm-width(77K,0T)。     

GM制冷机环境下高温超导体的失超行为

对高温超导体Bi2223/Ag带材在GM制冷机工作环境(30~70 K)下的失超行为进行了实验研究.建立一套GM制冷机条件下超导体失超传播特性的测试装置,使用LabVIEW语言编写了实验测试系统的控制程序,对高温超导体在不同工作条件下的失超传播速度进行测量.失超传播速度随温度的升高而加快,随电流的增加而增大.温度越高,电流越大,超导稳定性越差,失超传播越容易产生,实验结果符合理论分析.     

添加剂对电泳法制备YBa2Cu3O7-δ超导涂层的影响

第二代高温超导带材YBa2Cu3O7-δ(YBCO)具有高载流能力、高不可逆场、低交流损耗和高转变温度,成为当前的热点研究对象.采用低成本的电泳沉积技术在Hastelloy合金上成功制备了YBCO超导层.添加剂对电泳液的稳定性及涂层性能有着重要影响.实验研究了添加剂(种类选择及添加量)与YBCO超导层的关系.结果表明,添加005gPVB时所制备的样品具有较好的超导电性,其临界电流密度可达100A/cm2(0T,77K).     

二维函数光子晶体波导带隙和电场分布的调制

在二维函数光子晶体波导中, 研究介质柱介电常数对带隙结构的调制, 以及波导中加入点缺陷时, 点缺陷介质柱介电常数对电场分布和光传播方向的调制. 结果表明： 当二维函数光子晶体波导中不含点缺陷时, 改变波导中介质柱介电常数的参数b和k值, 可调节波导的禁带数目、 禁带位置、 缺陷模的数目和位置;  当二维函数光子晶体波导中含点缺陷时, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数b和k值, 可改变电场分布和光的传播方向.       

氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材在超导储能装置的应用

高温超导磁储能系统具有功率密度大、响应快和寿命长等优势,在新能源电网和新能源电动船舶等领域具有潜在的应用前景.二代高温超导带材具有优越的载流能力、较高的工作温度以及相对较低的制备成本,在超导储能装置得领域到了广泛应用.对氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材特性介绍的基础上,分析储能装置对其的性能要求,阐述一代高温超导储能磁体研究现状,并结合10 MJ储能磁体的设计进行具体案例分析.     

Bi-2223/Ag超导带失超传播的数值模拟

对Bi-2223／Ag超导带的失超传播过程进行了研究．建立了导热冷却条件下的超导带失超模型,用数值模拟的方法来研究超导带的失超传播特性．通过对导热偏微分方程的有限差分数值求解,获得了失超过程中超导带温度的空间、时间分布,并由此获得失超传播速度及其变化规律,同时分析了可导致失超传播的最小起始失超长度以及与导线承载电流的关系．计算所得失超传播速度在3～6mm／s之间,并且发现失超传播在某一电流值以下被截止的现象．     

高温超导体热稳定性的数值仿真及实验

超导体的最小触发能量(MQE)和最小传播电流(I_(min))是描述超导体稳定性和自我保护能力的两个重要参数.应用有限元方法(FEM)对高温超导体Bi2223/Ag带材的热稳定性进行了数值仿真,并与实验进行了对比.研究表明,通过建立合适的热分析模型,用计算机能够方便地模拟出超导体在失超过程中由超导态转变到正常态的温度变化过程,进而估算出最小触发能量和最小传播电流,结果发现数值仿真与实验结果基本一致.这对高温超导体的实际应用有重要的理论意义和参考价值.     

二维光子晶体波导传输分析

光子晶体是一种新兴的光学结构,其优异的光学特性可以用于制造各类光子晶体器件。本文在完整的光子晶体中引入缺陷,构造出光子晶体波导。将时域有限差分方法应用于二维光子晶体缺陷特性的分析,设计了L型、U型、直线点缺陷型等几种光子晶体波导结构,对其时域能量传输特性进行了分析,其研究结果为光子晶体传输器件的设计和制作提供了一定的理论依据。     

高温超导无绝缘线圈的电-磁-力耦合行为研究

基于有限元H方法,考虑力学变形对二代高温超导REBCO(稀土-钡-铜-氧)带材临界电流密度的影响,构建了高温超导无绝缘线圈的二维电-磁-力耦合模型．通过在自场充电条件下与常规的等效电路模型结果进行对比,验证了模型的可靠性;对高背景磁场下线圈的磁化和充电过程进行模拟,分析了线圈的电磁及力学行为,得到了耦合条件下线圈中临界电流密度的分布．结果表明：磁化和充电过程中电流密度、偏转角、环向应变和环向应力的方向均相反;与磁化电流反向的感应电流在背景磁场稳定而充电尚未开始时已出现．与顺序求解的结果相比,考虑力学变形的影响会导致临界电流密度的分布不再具有对称性,且靠近线圈上端的区域的临界电流密度较小;此外,当忽略力学变形的影响时,数值结果会高估线圈的屏蔽磁场．     

具有缺陷态的二维光子晶体通讯波长滤波器的结构优化设计

采用平面波展开法分别模拟设计了理想和带有点缺陷与线缺陷的二维光子晶体能带结构;进一步构建具有点缺陷和线缺陷联合结构滤波器,通过改变介质折射率、介质柱半径和背景材料折射率,使点缺陷的滤波中心波长处于光子晶体禁带中的1.31和1.55μm两个主要通迅波长.同时,采用时域有限差分算法模拟滤波器的传播和滤波频谱特性,结果显示,该结构滤波器的滤波频谱中心波长刚好分别位于1.31和1.55μm,透射峰尖锐,显现出优良的滤波特性.     

空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验

空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.     

化学镀Ni-P层对铜焊接性能的影响

铜具有良好的导电导热性,在电子工业上已得到广泛的应用,但过高的导热率会导致焊接时出现焊接缺陷。通过表面处理,可以改善铜的焊接性能。由化学镀技术在纯铜导线表面沉积Ni-P层,研究镀层对铜材焊接性能的影响。结果表明,化学镀Ni-P层含Ni和Ni3P相,微观组织均匀致密。Ni-P镀层的存在改善了锡层与铜基材的结合性能,Sn/Cu界面无明显缺陷。经化学镀Ni-P处理后,铜的抗氧化能力得到了提高,改善了锡焊料在铜表面的润湿性。     

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径ra,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.     

铁基超导线材实用化研究进展

铁基超导体是一种新型的实用化高温超导材料,具有极高的上临界场、高转变温度、较小的各向异性、高传输电流密度等优点,能够采用成本较低的粉末装管法制备成超导线带材.目前,通过引入轧制织构和加压烧结致密化等工艺,铁基超导带材的传输临界电流密度在10 T磁场下已超过105A/cm2的实用化门槛,表明其在强电高场领域具有较强的应用潜力.与带材相比,线材具有更加对称的截面形状,能够更方便地进行电缆绞制,从而降低导线的电磁耦合效应,提高载流的均匀性和稳定性,满足高场应用需求.本文对铁基超导线材的发展与现状进行评述,对线材制备过程中的前驱粉制备、冷加工工艺、热处理技术等进行系统介绍,并对影响线材传输性能的微观结构和磁通钉扎特性进行详细阐述,其中包括不同金属包套的线材以及多芯线材.最后,对铁基超导线材的研究进行总结,并对未来的发展趋势进行展望.     

光脉冲在含色散缺陷-维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在-维光子晶体中的动力演化．若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速．最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果．     

电流非均匀分布对磁绝缘感应电压叠加器电子鞘层的影响

磁绝缘感应电压叠加器(MIVA)感应腔注入电流空间非均匀分布对次级磁绝缘电子鞘层和功率流传输产生影响.本文基于磁绝缘稳态二维层流模型,分析了电流非均匀分布对MIVA次级电子鞘层的影响规律.电流非均匀分布对磁绝缘电子鞘层影响较大,但对电荷质心和磁绝缘流阻抗影响较小.对于给定磁绝缘参数(线电压V_0=4.1 MV、最小阳极电流I_(amin)=132 kA),当阴极电流不均匀系数δ_c约35%时,电子鞘层不均匀系数ζ约79.4%,流阻抗减小了5.6%;当δ_c增大至69.5%时,电子鞘层偏心导致阴-阳间隙局部短路.在磁绝缘最小阳极电流I_(amin)相同时,线电压V_0越低,电流非均匀分布的影响程度越显著.当线电压V_0由4.2 MV降低至1.4 MV时,引发间隙局部短路的阴极电流不均匀系数由69.5%降低至35%.     

光脉冲在含色散缺陷一维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在一维光子晶体中的动力演化.若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速.最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果.     

非均匀温度分布区中的声波传播有限元模型

非均匀温度分布的空气介质将对声波的传播产生扰动.为了精确描述非均匀介质中的声传播特性,采用有限元法研究了声波的频率、入射角以及非均匀介质的温度分布特性对声传播的影响,着重分析计算了斜入射声波的传播问题,探讨了提高非均匀介质对声波反射系数的方法.仿真结果表明,声波在非均匀温度区中的传播特性主要由介质温度分布参数和声波入射角决定,其反射系数近似为声波穿越非均匀介质长度的周期函数.当入射声波参数和非均匀介质的温度分布特性之间满足一定条件时,声波将在介质界面上发生强烈反射,甚至全反射,这为声波传播路径的有效控制提供了灵活的技术手段.     

含粘弹性层纤维增强层合板的热屈曲及阻尼特性分析

对含粘弹性层纤维增强层合板的热屈曲及阻尼特性进行了分析研究。采用经典冯·卡门平板理论和哈密顿原理推导得出结构运动学方程,进而得出临界热屈曲温度的求解公式,通过求解本征值问题,得到结构固有频率和阻尼比。在恒温下分析了粘弹性层厚度和铺设方式对结构阻尼比的影响。在不同温度场下研究了粘弹性层厚度和铺设方式对结构热屈曲行为的影响。着重分析了非均匀温度分布对结构热屈曲和阻尼比的影响。数值结果分析表明,不论均匀温度场还是非均匀温度场,弹性层总厚度一定的情况下,层合板临界热屈曲温度随粘弹性层厚度增大而增大,且基本呈现正比例关系。恒温时,层合板阻尼比随粘弹性层厚度增大而增大。临界热屈曲温度、固有频率、阻尼比除了受纤维铺层影响较大外,同时受层合板上温度分布的影响较大。     

单层网壳结构非线性稳定的随机缺陷模态法研究

采用随机缺陷模态法对凯威特–联方型单层网壳进行非线性稳定分析,研究了随机缺陷空间样本数量、矢跨比等因素对网壳结构稳定极限荷载的影响,并将随机缺陷模态法计算结果与一致缺陷模态法计算结果进行了对比.结果表明:采用概率统计方法对该网壳进行稳定分析时,随机缺陷样本数量应不小于90;对于矢跨比较大的单层网壳结构,采用一致缺陷模态法计算稳定临界荷载的概率可靠度较低,需要采用随机缺陷模态法加以验证;当网壳结构的矢跨比小于1/6时,两种初始缺陷分布方法计算出的稳定承载力较为接近.