临界电流密度的非均匀性对超导薄板电磁力学特性的影响

高温超导材料因其高载流能力、低交流损耗等优点而备受科学界和工程技术领域的广泛关注,然而,在实际应用中出现的一系列电磁力学问题严重阻碍了其在工程技术领域的发展。基于此,该文开展了临界电流密度的非均匀性对矩形超导薄板内电学及力学特性影响的研究。考虑临界电流密度沿超导薄板宽度方向非均匀分布,给出了薄板内感应磁场及感应电流分布的解析表述,基于超导临界态Bean模型和弹性力学平面应力方法,得到了超导薄板内磁通钉扎力、应力、应变及磁致伸缩的解析表达式。计算结果表明,临界电流密度的非均匀性并不改变超导薄板内的磁通钉扎力、应力及应变沿板宽度方向的分布规律。然而,非均匀分布的临界电流密度促使薄板内的磁通线穿透深度增大,超导薄板内的最大压应力值增大,且最大压应力发生的位置随传输电流的增大向薄板中心靠近。当传输电流从最大值减小时,薄板内产生的最大拉应力值减小。临界电流密度非均匀分布时,薄板内发生的最大磁致伸缩量较均匀分布情形下显著减小,磁致伸缩曲线形态发生改变。因此,临界电流密度的非均匀性是超导材料力学和电学性能的研究中不可忽视的因素。