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龙图腾网获悉兰州大学;北京特种机械研究所;山西省高速飞车实验室申请的专利一种超导线圈力-热耦合多尺度分析方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121257223B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-20发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511812737.8，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权一种超导线圈力-热耦合多尺度分析方法是由刘东辉;郭雨阳;周伟;张红生设计研发完成，并于2025-12-04向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种超导线圈力-热耦合多尺度分析方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种超导线圈力‑热耦合多尺度分析方法，通过构建一个顺序多尺度分析框架，用于研究线圈的力‑热耦合响应；具体为：建立NbTi股线的细观代表体积元RVE，并进行均质化处理获取等效正交各向异性材料参数，进而将其应用于跑道线圈的宏观有限元模型中；此外，通过开展考虑外部压力与电磁力载荷条件下不同接触设置的耦合分析，探究了不同外载条件下局部接触压力与温度变化之间的耦合关系，并确定了临界接触压力阈值，从而通过修改设计参数，使模型所有区域接触压力均低于临界接触压力阈值进行模型优化设计，为评估超导线圈的多尺度力‑热耦合行为提供了有效指导，也为磁体设计与稳定性优化提供了理论支持。

本发明授权一种超导线圈力-热耦合多尺度分析方法在权利要求书中公布了：1.一种超导线圈力-热耦合多尺度分析方法，其特征在于，包括以下步骤： S1:构建NbTi超导股线的RVE模型； S2:通过对步骤S1中获取的RVE模型在单轴拉伸和纯剪切载荷下的力学响应进行有限元计算，获取RVE模型的宏观应力-应变曲线，并基于计算得到的整体力学响应，采用等效正交各向异性线弹性本构关系对RVE模型的力学行为进行拟合与均质化，从而获取用于宏观尺度模拟的等效材料参数，包括三个方向的杨氏模量、泊松比和剪切模量； S3：基于步骤S2中获得的均质化材料参数，建立包含内部NbTi绕组和外部不锈钢约束结构的跑道型超导线圈宏观有限元模型，对跑道型超导线圈宏观有限元模型采用耦合的温度-位移分析单元进行离散，边界条件设置为：在对称面上施加对称约束，跑道型超导线圈底部施加轴向位移约束并进行两种接触设置，分别为：不锈钢-NbTi股线接触：定义不锈钢与NbTi股线间的接触对，其中包含摩擦与热传导属性；NbTi股线间接触：在不锈钢-NbTi股线间接触基础上，额外添加沿y轴、z轴方向的股线间接触对，接触设置公式采用通用接触与罚摩擦公式，摩擦系数取0.1； S4：对步骤S3中建立的模型分别施加外部压力载荷和电磁力载荷，施加外部压力载荷时，在跑道型超导线圈上表面施加沿轴向的单调递增压力，以模拟外部冲击或预紧力；再施加电磁力载荷，首先通过电磁场分析软件计算线圈在给定工作电流和匝数下产生的磁场分布与洛伦兹力体密度后，将获得的磁场分布与洛伦兹力体密度通过ABAQUS的子程序DLOAD将电磁力作为体载荷施加到跑道型超导线圈上，电磁力的计算方程如下： ；其中，F是洛伦兹力体密度矢量，单位为Nm3，J是电流密度矢量，单位为Am2，Jx、Jy、Jz分别是电流密度矢量在x、y、z三个坐标轴上的分量，B是磁感应强度矢量单位为T，Bx、By、Bz分别是电磁力在x、y、z三个坐标轴上的分量,是空间直角坐标系中x、y、z方向的单位矢量，电流密度矢量J分布和磁感应强度矢量B分布由电磁场分析软件计算； S5：对步骤S4中施加外部压力载荷和电磁力载荷的跑道型超导线圈进行力学-热耦合分析及临界阈值判定，在求解过程中，进行完全耦合的力学-热分析，通过有限元软件的热生成模块，将接触界面因相对滑动摩擦而耗散的机械能全部转化为热量，该热量作为内热源参与瞬态热传导计算，从而获得由摩擦引起的跑道型超导线圈温度场演化；并通过分析不同载荷和不同接触设置下的模拟结果，提取关键物理量的分布与演化，包括：Mises应力、接触压力、以及局部温度；通过Mises应力云图锁定需重点监测的接触压力-温度耦合区域，通过监测股线接触界面的接触压力与温度的耦合变化关系，识别出导致温度急剧上升至14K的接触压力即为临界接触压力阈值； S6：对跑道型超导线圈的设计参数进行优化，并再次进行步骤S3~S5的模拟仿真，直到建立的跑道型超导线圈模拟结果中所有区域的接触压力均低于临界接触压力阈值。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术，可联系本专利的申请人或专利权人兰州大学;北京特种机械研究所;山西省高速飞车实验室，其通讯地址为：730000 甘肃省兰州市城关区天水南路222号；或者联系龙图腾网官方客服，联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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