SUPER-FRS/CR超导磁体力学性能分析

中国签订了为德国FAIR国际大科学工程加工SUPER-FRS/CR超导二极磁铁样机的合作备忘录。该超导二极磁铁属于常温铁芯、低温线圈的超导磁铁，该磁铁的磁场强度0.15～1.6T，偏转角度15°，偏转半径8125mm，磁场精度要求±1×10-4，磁铁总重量约50吨。磁铁铁芯采用0.5mm的硅钢片叠压成型，由中科院近代物理研究（IMP）所计算、设计制造，线圈采用4.2K液氦浸泡式超导线圈，由合肥等离子体所设计制造（IPP）。 超导磁体的力学性能分析一直是超导磁体的基础问题。本文利用有限元分析方法，借助有限分析工具ANSYS、ADINA、OPERA等，分析了超导磁体的电磁场，着重模拟计算了SUPER-FRS/CR超导二极磁铁的电磁力作用；模拟了降温过程，计算了杜瓦、线圈热应力的作用；并对SUPER-FRS/CR超导线圈进行地震载荷作用的模拟。对以上不同的受力作用所遵循的不同的机械设计准则，进行不同的分析，最后计算结果证明设计的结构是安全、可靠的。由于超导线圈的结构复杂，导致在线圈拐角的地方应力有些集中，但是并不影响结构的可靠性。 本文还介绍了超导实验线圈的一些工艺设计，例如超导线圈的绕制，低温材料的选择，电流引线的设计工艺，以及VPI工艺。并对实验磁体进行了一系列的低温性能测试，例如短样测试、降温实验等，获得了一些重要的低温实验参数。这些参数将为以后超导磁体的研制提供宝贵的依据