Szupravezető tekercsben ébredő hőfeszültségek végeselemes analízise
A szupravezetés jelenségének 1911-es felfedezése óta több mint 100 év telt el. Ezalatt az idő alatt a technológiát több területen alkalmazni kezdték, például orvosi diagnosztikában (MRI) vagy kísérleti fizikában (részecskegyorsítók). A szélesebb körű felhasználás azonban még várat magára, hiszen a legmodernebb, magas hőmérsékletű szupravezetőket is 80 K körüli hőmérsékleten kell tartani a kedvező hatás eléréséhez. Ennek megfelelően a jelenlegi kutatások az anyagok fejlesztése mellett újabb felhasználási módok keresését és optimalizálását célozza.
Dolgozatomban egy szobahőmérsékleten, feltekert állapotban feszültségmentesnek tekintett szupravezető szalagból készült tekercsben a lehűlés hatására ébredő feszültségeket vizsgáltam. Erre azért van szükség, mert az alapanyagban található kerámiaréteg bizonyos feszültségek felett degradálódik, így veszít szupravezető tulajdonságából.
A tekercsben ébredő feszültségek végeselemes modellezéséhez Comsol-t használtam, melyben kiindulásként egy kétdimenziós, tengelyszimmetrikus modellt alkalmaztam, amivel sikerült reprodukálni a szakirodalom szerinti radiális feszültségeket. Ennek a modellnek a bővítését és pontosítását követően tértem át háromdimenziós modellre. A háromdimenziós modell bevezetése azért előnyös, mert ennek segítségével a későbbiekben akár a feltekercselés során ébredő feszültségeket is lehet modellezni.
A végeselemes vizsgálatok során különös figyelmet fordítottam a háló elemméretének és az elemeken belüli interpolációhoz szükséges formafüggvények fokszámának eredményre gyakorolt hatására, és az adott feladathoz optimális hálót is meghatároztam. Fontos pontja továbbá dolgozatomnak az anyagi paraméterek keresése, és annak vizsgálata, hogy ezek milyen mértékben hatnak a szimuláció eredményeként kapott feszültségekre.
A szimulációk eredményeként kijelenthető, hogy a szupravezető tekercs csak a lehűtés miatti kontrakció következtében létrejött feszültségek eredményeként várhatóan nem szenved károsodást, mivel a benne ébredő radiális feszültségek nem érik el a szakirodalomi 10 MPa-t. Fontos továbbá, hogy két különböző forrásból származó hőtágulási adatokkal lefuttatva ugyanazt a modellt, kifejezetten nagy eltéréseket lehet felfedezni a radiális feszültség érékekben, amiből arra lehet következtetni, hogy pontos hőtágulási adatok ismerete nélkül nem tudunk semmi biztosat kijelenteni.
szerző
-
Mizsák Péter Árpád
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Pálfalvi Attila
óraadó adjunktus, Műszaki Mechanikai Tanszék
