基于弯轴超导线圈绕线机的导线力学行为研究

摘要

随着超导技术的迅猛发展，超导技术于高能物理、通讯运输、医学影像等诸多区域的利用越加广泛。高性能的超导磁体被人们越来越多的应用，高性能绝热稳定的超导磁体主要被应用于核磁共振成像和核磁共振谱仪。作为超导技术核心的超导线圈技术，因为其难以估量的应用价值，获得世界各科研组织的重视。针对超导磁体进行研究开发时，超导线圈绕制质量的好坏直接影响产品超导性能的高低。因此，世界各国越来越重视研制出高性能的超导线圈绕线机。
　　在研究和制造超导磁体系统时，超导磁体性能的好坏受到超导线圈绕制工艺水平的影响。因此，针对超导磁体在缠绕过程中的力学分析便很有必要。本文的主要研究内容如下：
　　1.以实际工艺过程及理论推导为基础，针对绕线工艺进行力学分析。通过理论力学知识分析线圈绕制的实际工艺情况和相关的约束条件，并按照绕制约束条件推导相应理论公式。通过理论计算得到线圈稳定绕制的硬性条件，在此基础之上，按照绕制原理推导线圈绕制理论公式。同时，推导针对轴对称线圈绕制的约束条件。
　　2.研究用于绕制非轴对称截面的参数设置，提出控制卷截面参数的要求。研究调节卷截面参数的方法，介绍对称芯模和锥型芯模卷截面参数方程及其稳定条件。
　　3.从非轴对称芯模的结构出发，研究非轴对称芯模上测地线稳定的外在环境要求，提出柱面上的相关联方程。同时，分析其自由性以及线圈截面和柱面在几何上的关系式，从而得到改进的理论公式。
　　4.依托弯轴超导线圈绕线机的工作特点，对实际绕制过程中的力学特性进行分析。分析线圈绕制张力系统的基本原理，并对绕制张力和超导线圈在线轮上的受力情况进行研究。通过分析造成绕线波动的三个因素，为超导线圈的稳定绕制提供了理论依据。针对超导弯轴线圈绕制过程中的力学性能进行研究，提出区别于直轴的超导弯轴线圈绕制应力的力学理论模型，并根据此力学理论模型分析绕制预紧力对导线径向应力和环向应力的作用和影响，为今后超导磁体弯轴绕线机的设计和应用提供了必要的理论依据。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 基于超导线圈绕线机的导线绕制工艺特点

1.4 本文的主要研究内容

第2章 轴对称超导线圈的缠绕方法

2.1 引言

2.2 超导线圈绕制的基本原理

2.3超导线圈稳定绕制条件的建立

2.4超导线圈稳定缠绕路径的研究

2.5 本章小结

第3章 非轴对称超导线圈的缠绕方法

3.1 引言

3.2 旋转曲面拟测地线的基础理论及数学模型

3.3 非对称线圈缠绕曲面样条的基础理论

3.4 本章小结

第4章 弯轴超导线圈绕制路径的研究

4.1 引言

4.2 弯轴截面测地线的性质及稳定性

4.3 线圈芯模两端缠绕理论研究

4.4 本章小结

第5章 弯轴超导线圈绕线机的导线力学行为研究

5.1 引言

5.2 弯轴超导线圈绕线机的绕制原理

5.3 弯轴超导线圈绕线机的导线力学分析

5.4 超导线圈绕制过程稳定性分析

5.5弯轴超导线圈绕制预紧力的力学理论研究

5.6 本章小结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

致谢

附录A攻读硕士研究生期间发表的论文