高应变率作用下Nb3Sn复合超导体临界性能退化响应机理分析

菅长旭 杜侨依 丁贺 肖革胜 刘志芳 乔力

菅长旭, 杜侨依, 丁贺, 肖革胜, 刘志芳, 乔力. 高应变率作用下Nb3Sn复合超导体临界性能退化响应机理分析[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20251200
引用本文: 菅长旭, 杜侨依, 丁贺, 肖革胜, 刘志芳, 乔力. 高应变率作用下Nb3Sn复合超导体临界性能退化响应机理分析[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20251200
JIAN Zhangxu, DU Qiaoyi, DING He, XIAO Gesheng, LIU Zhifang, QIAO Li. Analysis of High-Strain-Rate Deformation Induced Degradation of Critical Properties in Nb3Sn Superconductors[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20251200
Citation: JIAN Zhangxu, DU Qiaoyi, DING He, XIAO Gesheng, LIU Zhifang, QIAO Li. Analysis of High-Strain-Rate Deformation Induced Degradation of Critical Properties in Nb3Sn Superconductors[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20251200

高应变率作用下Nb3Sn复合超导体临界性能退化响应机理分析

doi: 10.11858/gywlxb.20251200

Analysis of High-Strain-Rate Deformation Induced Degradation of Critical Properties in Nb3Sn Superconductors

  • 摘要: Nb3Sn超导材料因其优异的超导性能,被广泛应用于粒子加速器的超导谐振腔、核聚变与高能物理领域的超导磁体装置中。在失超和快速励磁等极端工况下,超导材料常承受高应变率的动态载荷,进而引发复杂的电磁-热-力多场耦合效应,最终导致其超导临界性能发生不可逆退化。本研究基于分子动力学模拟的结果,以连续介质力学和超导物理理论为框架。研究了高应变率拉伸条件下Nb3Sn复合超导体的弹塑性力学行为、塑性功热耗散引起的绝热温升以及损伤演化对超导临界性能的影响。基于弹塑性变形解耦理论,将变形分解为弹性和塑性两部分,定量分析了Nb基体塑性功热耗散引起的温升演变规律,并基于密度泛函理论,分析了绝热温升与变形损伤对Nb3Sn复合超导体临界性能的影响。研究结果表明:低温高应变率拉伸条件下,铌基体的塑性变形主要由全位错滑移主导,而Nb3Sn涂层由于其A15晶体结构的本征脆性,发生脆性断裂。温升主要源于塑性功的热转化,随着塑性应变的累积,温度随之升高。力-热耦合效应显著加剧超导临界性能退化;变形损伤主要表现为非晶化和裂纹扩展,引发电子结构的不可逆转变,进而导致超导临界性能的退化。本研究有助于理解高应变率作用下Nb3Sn复合超导体的变形-温升-性能退化关联机制,对超导腔与磁体的优化设计具有理论指导意义。

     

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  • 网络出版日期:  2025-12-11

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