[发明专利]一种降低高场超导磁体线圈应力的方法

摘要

本发明公开了一种降低高场超导磁体线圈应力的方法，在不改变线圈阶次的情况下，将难以满足应力需求的线圈进行拆分并进行电磁场优化，通过有限元分析方法进行应力的分析优化，最终达到线圈的电磁场和应力均满足设计需求，将电磁场设计目标和影响产品实现的高风险因素即轴向应力共同纳入优化设计过程，对高场MRI超导磁体设计起到了指导性作用。

主权项

1.一种降低高场超导磁体线圈应力的方法，其特征在于：包括以下步骤：A、进行磁体参数定义：首先根据成像区及杂散场的大小来选择相应的磁体尺寸，包括磁体的内径、外径和长度；B、对超导线圈进行电磁优化设计：将成像区的 DSV 磁场用球谐函数描述为：（式1），其中，anm，bnm为球谐函数展开系数，r，θ，∅为球坐标系中任意点的坐标，Pnm为勒让德多项式系数，通过式1求解磁场，得到基于harmonic系数表达的磁场，通过该系数计算出磁场的均匀度和杂散场，设定目标函数进行磁场的优化，使电磁场数据满足设计需求；C、对超导线圈进行应力优化分析：电磁设计满足后，优化设计相应支撑结构，计算线圈的电磁应力，电磁应力通过有限元方法求解位移φ的轴对称双调和函数可得：（式2），其中（式3），可得到方程的解为：（式4）；（式5）；（式6）；其中，所得结果式4为径向应力表达式，式5为周向应力表达式，式6为轴向应力表达式，线圈的电磁应力在圆柱坐标系下分解为径向应力、轴向应力和周向应力，一般径向应力比较小，周向应力通过在线圈上加预张力的方法进行控制，轴向应力采用优化切分方法进行有效控制，使超导线圈电磁应力满足应力设计标准；D、分析有限元方法求解得到的电磁应力结果，其结果若不满足线圈设计的应力标准，则进行步骤E，若满足仅进入步骤F；E、进行超导线圈结构优化：电磁应力结果不满足线圈设计的应力标准，进行线圈的结构调整或拆分，将一个线圈拆分为两个线圈后返回步骤B；F、超导线圈设计完成：电磁应力结果结果满足应力设计标准，此时超导线圈设计完成。