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超导体电磁和力学特征研究是推进超导体应用发展的关键课题,弄清超导结构电磁场分布及其演化规律、交流损耗和力学行为才能深入理解它的性能表现,保证超导设备安全稳定地工作。针对超导体中普遍存在应变和缺陷的实际情况以及大型超导结构研发中的迫切需求,本文发展了一系列数值模型对若干典型超导材料和结构中复杂的电磁及力学特征开展了定量研究。首先,结合Maxwell方程和高度非线性的超导E-J电磁本构关系,基于有限差分和伽辽金有限元理论建立了在液氮温区条件下具有普适意义的求解高温超导体时变电磁场一维问题、二维问题以及二维轴对称问题的数值计算方法,并通过实验结果验证了算法与程序的正确性。作为特殊情形,也将热传导方程引入一维问题控制方程用以验证磁热耦合作用的影响。在此基础上,数值调查了交变外磁场或交变电流情形下应变和缺陷对典型高温超导材料诸如超导板、超导圆线及矩形超导块电磁行为和交流损耗的影响,给出了电磁场分布的动态演化过程。模拟结果表明:磁场能否完全穿透超导体是决定其交流损耗应变依赖规律的关键因素;缺陷位置变化对超导体交流损耗的影响规律在外场和自场情形各不相同;采用修正的E-J幂次律关系对准确模拟缝隙尖端电流密度局部提升效应是必要的。其次,提出各向异性块状模型采用已建立的二维轴对称问题数值算法研究了REBCO高温超导高场线圈的电磁场特征和交流损耗。通过定量分析证实了磁屏蔽效应是REBCO高场线圈电磁计算中不可忽略的关键要素。详细调查了线圈交流损耗特征,包括交流损耗在线圈结构内的空间分布特征以及一些关键参量（临界电流、n值和电流加载速率）对交流损耗的影响规律,并进行了实验比较。通过定量计算对现有的一些线圈交流损耗解析估算方法的有效性进行了分析评述。此外,还利用所建立的电磁模型考察了线圈中心磁场性能,并针对中心磁场的漂移和偏差现象提出了优化方案。最后,针对国际热核聚变实验反应堆CICC超导电缆受横向载荷作用的问题,提出了一个等效结构力学模型定量调查了电缆横截面内的二维力学特征。通过比较电缆横向机械压缩位移-力曲线的模拟与实验结果验证了模型的有效性。利用统计手段详细分析了电缆横截面内Nb3Sn股线间的接触力特征,包括子区域内的平均接触力和接触力的大小分布。结果显示接触力分布特征与施加电磁或机械的载荷类型密切相关,不同类型载荷作用下子区域平均接触力的空间分布特征以及电缆内接触力的大小分布特征皆明显不同。此外,在此两类载荷情形中,法向接触力在分布于电缆内的接触力中均扮演主要角色。