| 而力学界研究人员介入不够更使得这一问题研究进展缓慢．
超导悬浮相关力学特性研究．超导悬浮是伴随着超导现象的发现而很早出现的，但是直到上世纪八十年代中期高温超导材料尤其是YBCO超导陶瓷材料发现之后才真正展开研究的．本文作者依托“教育部长江学者创新团队”的平台曾经做过一些工作，取得了一些实质的研究进展，并获得了国际同行的肯定。作者认为，就超导悬浮系统而言，力学稳定性仍然是困扰其成功走向应用的最为关键的基础问题之一．这种稳定性表现在，由于超导材料独特的非线性电磁本构导致的长期时间效应的不稳定（非线性系统时间长期效应下的复杂现象），和力-电-磁多物理场耦合以及不同自由度之间耦合共同导致的空间上的不稳定（即在外部干扰作用下是否维持平衡状态的稳定性）．本届会议来看，有关超导悬浮系统的研究相比其他研究方向数量有限，而且日本学者保持持续研究．相关的主要研究为，将超导悬浮系统物理模型做不同程度的简化，从而得到便于定量分析的数学方程．问题在于，由于过度的简化，很有可能丢弃了很重要的系统信息，从而使得所得到的研究结果很难反映问题真正的物理本质。截至目前，作者还未见到有关稳定性研究重要进展的研究报道．
超导材料断裂研究．相比常规的导电体而言，超导材料具有非常大的承载电流密度，在稳恒强磁场或比较大的脉冲磁场（外加或自感应场）作用下，其内部的电磁力所引起的应力是非常可观的．另外，如前所述，超导材料多为陶瓷脆性材料（如高温超导材料），在如此高的电磁应力作用下，材料内部很容易从局部有缺陷处产生裂纹，并发展演化直至材料破坏．以前认为，这一问题仅对高温超导大块体材料是重要的，但现在看来，由于电磁力导致的微裂纹对于其它几种主要的超导复合材料同样是不容忽视的．相关实验已经观察到，对于YBCO涂层薄膜复合薄膜，微裂纹不仅存在于YBCO超导材料中，而且有些裂纹可以延伸至YBCO与银基之间形成层间裂纹；不但如此，在B-i2223/Ag带材、Bi-2212线材以及低温超导Nb3Sn复合电缆超导材料中也观察有大量裂纹存在。这类裂纹的产生、扩展，不仅仅对结构强度构成威胁，更为重要的是，这种微裂纹的累积会导致电性能的劣化甚至失效．但遗憾的是，仅有大部分的实验观测图片或数据，这次会议还未见进一步的相关理论研究．
3.所面临的挑战与机遇
超导材料作为一类特殊的电磁固体材料，除了材料强非线性的电磁学本构关系之外，其独特之处还在于，力-电-磁-热等物理场是耦合作用的．当应力、应变或热与电磁行为出现强的交互作用时，不仅仅单纯力学行为（如变形、振动及稳定性），更为重要的是力学量、电磁、热学量的强关联作用规律，对于超导材料与结构设计就变得极端重要．
应用超导研究至少涉及物理、材料、力学等相关学科，学科跨度大并深度交叉．因此，各主要学科领域深入合作、集中攻关方是解决相关科技难题的有效途径．从以上所介绍的主要力学及相关问题研究状况来看，相关实验探索远远多于理论研究；相比超导材料其它材料特性方面的研究，力学及力学相关问题的研究远不够深入、系统．一直以来，有关应用超导的研究主要由物理、材料学科的科学家为主导．专业背景不同，看待问题的视角及解决问题的方法亦会不同．因此，作者认为，力学界科学家应该积极介入，利用力学领域比较成熟或新发展的理论和实验手段，协同攻关．如此，有关超导材料与结构力学的研究前景将是值得期待的．
最后，针对国内电磁材料与结构力学研究，我们的建议是，超导材料的蓬勃发展出现了很多有挑战性的力学研究课题，科学的发展召唤力学尤其是材料固体力学科学家的加入；中国是国际合作项目ITER（国际热核聚变实验反应堆InternationalThermonuclearExperimentalReactor，缩写为ITER）重要成员国之一，这一项目的成功实施，没有对相关力学问题的深刻理解与解决，将是不完全的．国内固体力学专家应该给予充分关注，并积极展开超导材料与结构力学的相关研究．
致谢：
本文作者之一感谢美国能源部（U.S.DepartmentofEnergy）资助及合作者JustinSchwartz教授的热情帮助和支持．
参考文献
1 Noe M. Superconductivity for power applications is getting more and more attractive. Plenarypresentation in ASC 2010
2 Iwasy Y. Case studies in superconducting magnets-design and operational issues [M]. New York:Springer, 2009 2/2 首页 上一页 1 2 |
