高压下Nb_(3)Sn单晶的超导相转变

研究高压下Nb_(3)Sn单晶的超导相转变行为对探究力学变形诱导的材料超导性能弱化机理有重要意义。通过分子动力学模拟研究了Nb_(3)Sn单晶在高压下的原子尺度变形和晶体结构变化,在此基础上,建立了高压下Nb_(3)Sn单晶的超导相转变模型,模型预测结果与实验观测结果吻合较好。结果表明:静水压作用下,Nb_(3)Sn单晶体发生了明显的晶格畸变,但晶体结构保持完整;压力诱导的费米面上电子态密度的变化在高压下Nb_(3)Sn单晶体超导相转变中起主导作用。所得研究结果为研究高压下Nb_(3)Sn多晶体以及复合多晶体的相转变行为奠定了基础,同时有助于进一步认识Nb_(3)Sn材料超导性能的弱化机理。

Nb_(3)Sn复合超导体中复杂形貌晶粒及晶界的力学变形分析

Nb_(3)Sn复合超导体中的晶粒具有复杂的形貌,本文基于密排纤维增强复合材料的相关理论与多晶体有限元分析方法,建立Nb_(3)Sn复合超导体中晶粒及晶界变形的尺度耦合计算模型,该模型能较为真实地反映细观尺度下Nb_(3)Sn复合超导体的结构特征;利用该模型研究Nb_(3)Sn复合超导体在轴向拉伸与压缩加载模式下柱状晶区和等轴晶区的微观局部应力以及晶粒与晶界变形特征,并分析荷载下Nb_(3)Sn复合超导体中沿晶界的弹性变形变化特点。研究结果表明:在拉压加载条件下,Nb_(3)Sn多晶体的Mises等效应力表现出非均匀分布的特征,Nb_(3)Sn等轴晶晶界处以及柱状晶区域与等轴晶交界处为主要的应力集中区域;局部应力与加载应力的比值范围集中在0.11~1.28并沿晶界波动变化,变化幅值依赖于晶粒形貌和复合材料结构。相关结果有助于理解和揭示极低温环境下Nb_(3)Sn复合超导体的变形和其超导电性能力学效应的起源。

静水压作用下Nb3Sn多晶体超导临界温度退化的耦合模型

Nb3Sn超导材料主要用于强磁场超导磁体的制造.力学变形诱导的其超导临界性能退化给强磁场超导磁体装置的电磁性能指标和安全运行造成了极其不利的影响.针对静水压作用下,Nb3Sn单晶体和多晶体表现出的不同退化行为,论文基于Maki De Gennes(MDG)关系式,建立了描述Nb3Sn单晶体变形-超导临界温度耦合响应的本构关系,并借助于多晶体有限元方法,对静水压作用下Nb3Sn多晶体超导临界温度退化响应进行了预测,预测结果与实验结果定性吻合.模型实现了从Nb3Sn单晶体到Nb3Sn多晶体变形-超导临界温度退化响应曲线的一致性预测.研究结果有助于提高对Nb3Sn高场超导材料变形-超导电性能耦合行为的认识,为发展描述运行工况下Nb3Sn超导材料力-电磁-热多物理场多尺度耦合行为的建模与数值计算方法提供了一定的基础;同时,相关结果对于特殊工况下高场超导磁体性能的评估和高应变耐受性超导材料的制备也具有一定的指导作用.