時間域におけるYBCO超伝導体の磁気シールド・シミュレーション

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650297
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 神谷 淳 山形大学, 工学部, 助教授 (00224668)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横野 隆史 埼玉短期大学, 講師 (10331365) ; 湯浅 哲也 山形大学, 工学部, 助教授 (30240146)
• Keywords: 酸化物高温超電導体 / 磁束フロー / 磁束クリープ / 磁気シールド / 電磁界解析 / 有限要素法 / メッシュレス法

Research Abstract

高温超伝導体の工学的応用の中で,磁気浮上と磁気シールドはその実現可能性という観点から近年注目を集めている.磁気浮上システムや磁気シールド装置の設計・開発には,遮蔽電流密度の定量的評価が必要不可欠であるため,遮蔽電流密度の時間発展を解析する様々な方法がこれまで提案されてきた.しかしながら,これらの手法では支配方程式の離散化法として有限要素法が用いられている.
良く知られているように,有限要素法は2つの本質的な問題点を内包している.第1の問題点は要素分割が多大な時間と労力を浪費することであり,第2の問題点は有限要素解の滑らかさに限界があることである.こうした問題点を解決するために,Diffuse Element Method(DE法),Element-Free Galerkin method(EFG法),Meshless Local Petrov-Galerkin method(MLPG法)等のメッシュレス法が提案されている.メッシュレス法では,幾何学的構造を伴った有限要素の情報がもはや不必要となるため,準備すべきデータを極端に簡素化できるという利点がある.
本年度は,EFG法を用いて遮蔽電流密度を解析する3次元数値シミュレーション・コードを開発し,同コードを用いて遮蔽電流密度が生成する磁場のスペクトル解析を行った.本年度を通して得られた結論を要約すると以下のようになる.
1)フロー抵抗率と臨界電流密度の磁場依存性を考慮した場合,印加磁場振幅を増加するに伴い,磁場の第3高調波が急速に励起される.これに対して,フロー抵抗率と臨界電流密度を定数と仮定すると,印加磁場振幅の増加と共に磁場の第3高調波は弱められる.この結果は,第3高調波の突然の励起はフロー抵抗率と臨界電流密度の磁場依存性と密接に関連していることを意味している.
2)EFG法では2回連続微分可能な形状関数を用いているため,滑らかな遮蔽電流密度分布を得ることができる.

Research Products

• [Publications] A.Kamitani: "High Performance Method for Determination of Shielding Current Density in HTS Plate"IEEE Trans. Magn.. Vol.38,No.2. 853-856 (2002)
• [Publications] T.Yokono: "Spectral Analysis of Magnetic Fields Induced by Shielding Current Density in HTS Plate"Physica C. Vol.378-381. 798-802 (2002)
• [Publications] A.Kamitam: "Shielding Current Analysis of HTS Plate by Deaccelerated Newton Method with Variable Relaxation Factor"Physica C. Vol.378-381. 853-857 (2002)
• [Publications] A.Kamitani: "Three-Dimensional Analysis on Time Evolution of Shielding Current Density in HTS"IEEE Trans. Appl. Superconductivity. (印刷中). (2003)
• [Publications] T.Yokono: "Magnetic Shielding Analysis of High-Tc Superconducting Plates by Power Law"IEEE Trans. Appl. Superconductivity. (印刷中). (2003)
• [Publications] A.Kamitani: "Spectral Analysis of Magnetic Fields Generated by Shielding Current Density in HTS"IEEE Trans. Magn.. (印刷中). (2003)
• [Publications] A.Kamitani: "Numerial Simulation Shielding Current Density in HTS by Element-Free Galerkin Method"Physica C. (印刷中). (2003)