NbTi/Cu多芯復合超導線集束拉拔數值模擬

趙圣澤，劉 君 ，吳金平，張菁麗，郭荻子，羅媛媛，楊 帆，唐文亭

(1.西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016)(2.西安理工大學, 陜西 西安 710048)

0 引 言

NbTi合金具有高強度和良好的超導性能，且原材料及制造加工成本低，是目前全球實際應用最廣泛和用量最大的超導材料，常以NbTi/Cu多芯復合超導線材形式廣泛應用于粒子對撞機、核磁共振成像、磁懸浮、受控熱核聚變等高技術領域[1-2]。在這些領域，對反映超導線材內部電流分布均勻性的電阻轉變指數n值、臨界電流密度和銅超比(基體Cu與NbTi芯絲面積比)等性能有很高的要求(如在磁場強度4 T條件下，n值應大于40)。目前，常用多道次集束拉拔法(bundling and drawing process)制備超導線材[3-5]，而加工過程中易出現芯絲畸變，導致超導線性能惡化，甚至出現失超，使用穩定性和安全性下降。畸變還會引起芯絲應力集中，造成后續拉拔減徑過程中出現斷芯缺陷甚至整體線材斷絲。因此，研究NbTi/Cu多芯復合超導線集束拉拔過程畸變機理，是獲得高質量多芯復合超導線及提高成品率所迫切需要解決并富有挑戰性的關鍵問題，也是本領域的前沿課題。

采用生產實驗方法研究費時費力且成本昂貴，故以有限元法為基礎的計算機輔助數值模擬方法迅速成長起來，國內外眾多專家學者據此進行了大量的研究。Peng等[6]運用彈塑性有限元對制備Nb3Sn多芯復合超導線集束拉拔過程進行數值模擬，研究了組合體拉拔過程中應力-應變分布規律，并用韌性斷裂準則預測了不同位置產生開裂的可能性。……