超导电-磁-热-力多场耦合非线性力学的基础理论与实验研究

自上世纪初发现超导现象以来,针对超导材料在现代高新电磁装置中提出了许多概念设计或得到应用（如热核聚变反应堆等）。在这一应用研究过程中,超导材料及结构在低温环境与电磁场作用下的力学特性分析成为其安全性设计与功能性设计的基础性环节。由于超导物理自身固有的复杂性与非线性,其力学理论分析途径一直没有得到有效解决。本项目将主要针对超电磁系统的电-磁-热-力多场耦合力学行为,从超导宏观电磁物理、力学理论、计算方法等基本原理与分析方法出发全面开展其多场耦合非线性力学的理论建模、定量分析和实验研究。主要研究内容有:(1)超导复合材料结构的力学与物理参数表征；(2) 多场耦合非线性数值方法及高性能计算程序；(3)超导体及结构的力学特性分析（如悬浮动力稳定性、断裂破坏机制、弯曲变形及稳定性等）；（4）超导结构的交变损耗机制。通过这些基础性研究,可望为相关超导电磁结构或装置的设计提供坚实的基础。

项目“超导电-磁-热-力多场耦合非线性力学的基础理论与实验研究”主要针对新能源中的大型超导磁体结构设计与应用的国家重大需求，围绕研究计划与内容，深入开展了理论、实验和数值定量等方面工作，达到预期目标。实现了包括：(1)在超导材料与结构的力学性能表征方面取得了阶段性的进展与突破，较为系统开展并揭示了变形对超导电磁学特性的影响机制与规律，对于超导线材、股线直到磁体的力学检测方面初步形成并发展了具有一定创新性的力学分析途径与方法；(2)自行研制了一套低温/变温环境下超导材料力学性能测试系统，这是超导力学研究的基础，是目前国内缺乏的也是国际上不多的；(3)针对超导材料与结构多场耦合、跨尺度、非线性力学等基础科学问题，提出了非线性高精度的小波封闭解法，首次实现了从弱非线性到强非线性问题的统一解法，具有计算精度高、计算量小的优点。.项目执行期内，课题组在科研研究、人才培养、国际国内交流等方面取得了一系列重要进展与创新性成果。发表学术论文104篇（其中SCI论文93篇，影响因子大于2.0的41篇），学术会议论文50余篇次（其中国内、国际学术会议邀请报告近20篇次），发明与实用新型专利近20项（已授权美国发明专利1项、中国发明专利5项），软件著作权登记2项。培养博士研究生近15人（获得博士学位10人），硕士研究生15余人。课题组研究人员中2人入选教育部新世纪优秀人才、1人获全国优秀博士学位论文提名奖、1人先后荣获中国力学学会青年科技奖以及钱令希计算力学奖（青年奖）等。此外，在超导力学理论与实验方面的进展和成果也推动了项目负责人及骨干成功获批获批国家重大科研仪器设备研制专项1项、国家高等学校学科创新引智基地建设计划1项等。