[发明专利]一种降低高场超导磁体线圈应力的方法

权利要求书

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，a_nm，b_nm为球谐函数展开系数，

r，θ，∅为球坐标系中任意点的坐标，

P_nm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。

2.根据权利要求1所述的一种降低高场超导磁体线圈应力的方法，其特征在于：所述步骤A中根据成像区及杂散场的大小来选择相应的磁体尺寸中，在满足空间布置约束和杂散场约束的前提下，主要考虑成像区的磁场均匀度。

3.根据权利要求1所述的一种降低高场超导磁体线圈应力的方法，其特征在于：所述步骤E中超导线圈电磁应力满足应力设计标准，该标准通常取决于超导线圈复合材料承受电磁力时的力学性能。