[发明专利]基于分割建模的CICC导体正交各向异性材料特性赋予方法

说明书

一种基于分割建模的CICC导体正交各向异性材料特性赋予方法，属于CICC超导磁体正交各向异性材料特性赋予技术领域。本发明解决了现有技术中对大型CICC超导磁体进行正交各向异性材料特性赋予过程中，因对单胞匝间绝缘层整体建模而影响材料特性的赋予结果准确性的问题。步骤为：创建背场磁体线圈单胞模型，将线圈的单胞切割为2个水平段、2个竖直段以及4个圆弧段；然后将单胞模型进行水平和竖直方向阵列；再对所有水平段及竖直段的匝间绝缘层施加材料特性；再将工作平面平移至圆弧段匝间绝缘层A2的圆心，提取具有相同拓扑结构的相邻单胞匝间绝缘圆弧段的面编号以及该圆弧面的圆心坐标Ⅱ，完成工作平面平移，完成相应圆弧面材料特性的赋予。

技术领域

本发明涉及一种基于分割建模的CICC导体正交各向异性材料特性赋予方法，属于CICC超导磁体正交各向异性材料特性赋予技术领域。

背景技术

大型CICC超导磁体单胞(即单匝)的断面结构如图2所示，它包括导体电缆1、导体铠甲层2及匝间绝缘层3，其中的匝间绝缘层采用玻璃纤维增强塑料。由于玻璃纤维增强塑料具有正交各向异性的材料特性，匝间绝缘层结构为单层纤维交织并在其厚度方向上层状堆叠而成，所以位于导体铠甲(不锈钢或者无氧铜)左右两边的竖向匝间绝缘(图1，A1和A5)、上下两边的水平匝间绝缘(图1，A3和A7)以及位于四个圆角的圆弧段匝间绝缘(图1，A2、A4、A6和A8)的材料特性在相同坐标系下是有所差异的。

现有技术中对于大型CICC超导磁体正交各向异性材料特性赋予过程中，单胞的匝间绝缘通常以一个整体的形式建模，即对单胞匝间绝缘层整体进行正交各向异性材料特性的赋予，这样不仅工作量巨大，还将会直接导致正交各向异性材料特性的赋予结果不够准确，使有限元模型与正交各向异性材料的成型模型不够吻合，严重影响超导磁体的力学性能计算精度。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中对大型CICC超导磁体进行正交各向异性材料特性赋予过程中，因对单胞匝间绝缘层整体建模而影响材料特性的赋予结果准确性的问题，进而提供了一种基于分割建模的CICC导体正交各向异性材料特性赋予方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于分割建模的CICC导体正交各向异性材料特性赋予方法，它包括如下步骤：

步骤一、基于ANSYS-APDL创建包含电缆、铠甲层及匝间绝缘层的背场磁体线圈单胞模型，将匝间绝缘层切割为2个水平段、2个竖直段以及4个圆弧段；

步骤二、将步骤一创建的单胞模型进行水平方向和竖直方向阵列，获得绕组模型；

步骤三、基于笛卡尔坐标系分别对所有背场磁体匝间绝缘层的水平段及竖直段的匝间绝缘层施加正交各向异性材料特性；

步骤四、将工作平面平移至圆弧段匝间绝缘层A2的圆心，提取与圆弧段绝缘A2具有相同拓扑结构的相邻单胞匝间绝缘圆弧段的面编号以及该圆弧面的圆心坐标Ⅱ，完成工作平面平移，生成新的局部坐标系，完成相应圆弧面A2正交各向异性材料特性的赋予；

步骤五、重复步骤四，完成匝间绝缘层圆弧段A4、A6、A8以及与匝间绝缘层圆弧段A4、A6、A8具有相同拓扑结构的其它单胞匝间绝缘层圆弧段正交各向异性材料特性的赋予。

进一步地，步骤三中，对所有上部水平段、所有下部水平段、所有右侧竖直段及所有左侧竖直段分别施加正交各向异性材料特性。