Optimisation de la production et de l'utilisation des supraconducteurs

Optimization of production and use superconductor products

• Auteur / Autrice : Natalia Kosheleva
• Direction : Isam Shahrour, German Kolmogorov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 12/10/2015
• Etablissement(s) : Lille 1 en cotutelle avec Permskij Nacional’nyj Issledovatel’skij Politehničeskij Universitet (Russie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Optimisation des structures

Flexion (mécanique)

Contraintes résiduelles

Supraconducteurs à hautes températures

Modèles mathématiques

Propriétés mécaniques

Conception et construction

Supraconducteurs

Mots clés libres

Supraconducteurs à basses températures

Structure multicouche

Résumé

Ce travail de thèse est consacré à l'optimisation du processus de fabrication des supraconducteurs à basse température (SBT) et à haute température (SHT). Le but est l'optimisation de fabrication de ces produits.Le premier chapitre est dédié au processus de production des SBT. La recherche concerne le problème de réchauffement de la surface des fils par les forces de friction lors du processus d’étirage. Le processus de réchauffement/refroidissement génère des contraintes résiduelles. Cet aspect a été traité dans ce chapitre. On y présente également une méthode pour déterminer les angles optimaux des outils utilisés dans la fabrication des supraconducteurs.Le deuxième chapitre donne une présentation générale des SHT. On donne d’abord l’historique de ces produits, ensuite les développements en cours et les perspectives. Il présente aussi le processus de fabrication de ce matériel et ses défis. Le chapitre traite en particulier des SHT de deuxième génération et montre l’intérêt de l’emploi de la modélisation numérique.Le troisième chapitre présente un modèle simplifié pour le comportement mécanique des SHT. Ce modèle est basé sur la théorie classique des poutres associée à une discrétisation de la poutre en sous-couches travaillant en traction-compression. Ce modèle prend en compte le comportement plastique des composantes de la poutre SHT. Le modèle a été implémenté dans un environnement MATLAB. La validation du modèle est effectuée par sa confrontation à des analyses par éléments finis. Le modèle est ensuite utilisé pour l'analyse des configurations industrielles dans un but d’optimisation.Le quatrième chapitre présente la vérification numérique du modèle décrit dans le chapitre précédent sur un essai de flexion effectuée en laboratoire sur une bande «poutre» en SHT. La comparaison entre les résultats numériques et les données expérimentales montre le bon fonctionnement du modèle développé.

This thesis is devoted to the optimization the process of production of low-temperature superconductor (LTS) as well as high-temperature superconductor (HTS) products. The aim of the work is the optimization of the fabrication process. Chapter 1 deals with the process of production of low-temperature superconductors. It provides analysis of the heating/cooling phenomena in the fabrication process. The chapter also proposes a method for determining the optimum angles of tools used in the fabrication of low-temperature superconductor. Chapter 2 provides a general presentation of the high-temperature superconductors (HTS). The history of development of this material is summarized. The chapter gives a particular focus on the 2nd Generation of HTS. After a presentation of the structure of the high-temperature superconductor, the fabrication process and the challenges, we present the need for the use of numerical model on the design and fabrication of HTS.Chapter 3 presents a simplified model for HTS beams. This model is based on the classical beam theory together with the discretization of each layer in small sub-layers working under purely axial stresses. The model takes into consideration the plastic behavior of the HTS constitutive materials. This model was implemented using MATLAB software. It presents also the validation of this model by its confrontation to finite element analyses as well as its use in the optimal design of HTS. Chapter 4 presents the verification of the numerical model presented in the previous chapter for high-temperature multilayer 2G. The verification is carried out on a bending beam test conducted on a high-temperature superconductor tape. The test was presented first. The comparison of the numerical and experimental results allows the validation of the simplified model on experimental tests.