计算超导螺线管磁体中电磁应力的解析方法

在高场磁体中,压缩磁径向应力比拉伸应力更受青睐,原因是它能降低磁体绕组内的整体峰值磁应力.这对于无绝缘高温超导(NI HTS)磁体尤为重要,因为压缩径向应力能够产生良好的匝间接触,这对于无绝缘高温超导线圈中的电流共享以及随之而来的自保护行为至关重要.根据关键磁体设计参数(如目标中心场、背景磁场、内外绕组直径和外部径向堆叠),我们给出了可以从解析上确定高场超导磁体具有压缩径向应力的电磁-力学条件.本文提出的方法可以识别干绕线圈中径向匝间接触行为的3种不同模式:(1)完全分离;(2)完全接触;以及(3)混合模式(即部分分离和接触).文章随后提出一种使用完全压缩径向应力电磁-力学条件来计算干绕线圈中应力分布的解析方法.并通过有限元分析示例验证了解析方法与数值方法的良好一致性.文章结果可以帮助磁体工程师在早期设计阶段更好地概览高场超导磁体的电磁-力学行为.