一種低溫和磁場(chǎng)下超導帶材的拉彎扭綜合加載裝置

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超導技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高溫超導帶及其堆疊結構在液氦溫區(～77K)的低溫條件以及背景磁場(chǎng)下的拉彎扭綜合加載裝置，尤其涉及在低溫條件和背景磁場(chǎng)下對超導帶及其堆疊結構進(jìn)行拉伸載荷、彎曲載荷、扭轉載荷、拉扭復合載荷、拉彎復合載荷、彎扭復合載荷以及拉彎扭復合載荷的施加，并且能分別控制其復合載荷的加載速率。

背景技術(shù)

高溫超導帶材的發(fā)展經(jīng)歷了第一代高溫超導帶材和第二代高溫超導帶材，第一代高溫超導帶材主要是以BSCCO為代表的鉍系帶材，第二代高溫超導帶材則主要是以YBCO為代表的稀土鋇銅氧體系，較之一代，二代高溫超導帶材電流密度更高，交流損耗低，成本遠低于一代。

相比于低溫超導線(xiàn)材(Nb3Sn/NbTi)，REBCO(Rare-Earth1Ba2Cu3O7-x)二代高溫超導帶材有更高的臨界磁場(chǎng)、臨界電流、比熱和熱導率，這些優(yōu)點(diǎn)使高溫超導電纜被認為是未來(lái)聚變堆磁體的備選磁體，極大的激發(fā)了眾多物理和材料工作者的研究熱情。近年來(lái)，研發(fā)和設計基于二代高溫超導帶材的超導結構和超導裝置成為了高場(chǎng)超導磁體(受控核聚變磁體、高能加速器磁體、高磁場(chǎng)核磁共振譜儀、強磁場(chǎng)裝置-散裂中子源等)應用研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。新型高溫超導電纜通常是由REBCO二代復合高溫超導帶材經(jīng)過(guò)堆疊、絞扭，然后繞制成不同的結構，其性能的優(yōu)劣是影響磁體系統能否安全運行的關(guān)鍵因素。

目前，高溫超導電纜結構在裝配和工作過(guò)程中，會(huì )受到軸向拉力、橫向電磁力以及熱循環(huán)作用。這些載荷作用于超導帶材后，當載荷超過(guò)超導層材料的強度極限時(shí)，超導帶材破壞，其輸運性能發(fā)生不可逆退化。因此，電纜結構的優(yōu)化設計和超導帶材的力-電-磁性能是電纜研發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題，電纜結構和超導帶材力-電-磁性能的優(yōu)良與否決定了電纜輸運能力強弱。對超導帶材力-電性能的研究主要集中在拉伸、彎曲及扭轉載荷作用的情形。因此，設計一種由順磁性材料組成的能實(shí)現在低溫環(huán)境和背景磁場(chǎng)下對超導帶及其堆疊結構施加拉伸載荷、彎曲載荷、扭轉載荷、拉扭復合載荷、拉彎復合載荷、彎扭復合載荷以及拉彎扭復合載荷的裝置，對于研究超導帶及其堆疊結構力-電-磁性能、優(yōu)化新型高溫超導電纜的結構設計、提高新型高溫超導電纜的性能具有十分重要的意義。

綜上所述，現有技術(shù)存在的問(wèn)題是：在現有的實(shí)驗儀器和設備中，可以實(shí)現在液氮溫區和背景磁場(chǎng)下對超導帶及其堆疊結構施加單一的拉伸、扭轉、彎曲載荷，但同時(shí)能施加這幾種復合載荷的實(shí)驗設備還比較少，且這些設備體積較大、操作不便、對液氮冷卻劑的浪費較大。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種低溫和磁場(chǎng)下超導帶材的拉彎扭綜合加載裝置，旨在解決上述背景技術(shù)中所提出的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現的，一種低溫和磁場(chǎng)下超導帶材的拉彎扭綜合加載裝置，包括主架體、盛放液氮的泡沫箱、拉扭綜合加載裝置、彎曲加載裝置、第一加載軸、第二加載軸、第一錐齒輪、第二錐齒輪和輸入端操縱手柄，所述泡沫箱置于主架體的下方，所述拉扭綜合加載裝置通過(guò)連接桿吊掛于主架體的下方，并使拉扭綜合加載裝置浸入盛有液氮的泡沫箱中，所述第一加載軸的下端與拉扭綜合加載裝置連接，上端與輸入端操縱手柄連接，所述第一加載軸上設有第一錐齒輪，所述第一錐齒輪與第二加載軸的一端通過(guò)第二滑移齒輪連接，所述第二加載軸的另一端連接有第二錐齒輪，所述第二錐齒輪與彎曲加載裝置連接，所述彎曲加載裝置固定于主架體上，所述第二加載軸通過(guò)主架體上設置的固定架可轉動(dòng)的固定

技術(shù)負責人： 劉洋 ; 高原文 土木工程與力學(xué)學(xué)院