Nb_(3)Sn高场复合超导体临界性能力学变形效应的多尺度模拟

A15型Nb_(3)Sn超导体是制造高场(>10 T)超导磁体线圈的主要材料,被广泛应用于磁约束可控核聚变、高能物理等强磁场超导磁体装备制造领域.力学变形诱导的Nb_(3)Sn超导临界性能退化给高场超导磁体装备的电磁性能指标和安全稳定运行造成了极其不利的影响.鉴于Nb_(3)Sn超导体具有复杂的多尺度结构特征,不同尺度下变形与超导电性能耦合行为是相互关联的,本文建立了考虑微/细/宏观关联的非线性力电磁耦合本构模型,提出了从原子尺度A15晶体结构到超导体微结构到宏观非均质Nb_(3)Sn复合超导体的多尺度模拟模型.基于多晶体有限元方法,对静水压加载条件下Nb_(3)Sn多晶体超导临界温度衰退和单轴拉压加载条件下Nb_(3)Sn复合多晶体临界性能衰退行为进行了模拟预测,预测结果与实验观测结果定性吻合.该模型揭示了Nb_(3)Sn复合超导体变形-超导电性能多尺度耦合机理,实现对高场超导体力、电、磁、热耦合行为的预测,有助于提高对A15型金属间化合物高场超导复合材料力、电、磁、热多尺度耦合行为的认识和描述能力,为强磁场超导磁体的设计与制造提供有力的理论支撑.