大型强子对撞机（LHC）High Luminosity（HiLumi）的升级以及其他额外的升级依赖于超导 11T 偶极磁体增大束流亮度，从而扩大物理实验的数据样本。新的偶极磁体由Nb3Sn超导元件制成，在制造阶段经过非常特殊和必要的热处理后变得非常脆。 在 LHC 加速器最终装配和运行期间，微观超导元件（直径约 40 µm）对施加给磁体的应力和应变会非常敏感。理解和调控源于宏观尺度到微观尺度的应力和应变，以及它们导致超导元件的永久性退化对磁体的性能极其重要。 图：LHC隧道（来源：CERN） 基于三维图像建模的 Simpleware 软件在欧洲核子研究中心（CERN）的 HiLumi 项目中，采用先进的材料模型表征代表性的线圈结构，从而预测不同尺度下的性能。这项研究通过考虑真实线圈几何结构的全局应力，在股线和细丝水平上进行逼真的模拟。 图：线圈107的高清光学（像素数：11640 × 6264）图像以及为网格划分和有限元分析将图像分割为不同的部分（来源：CERN） Simpleware 软件为处理三维图像数据提供了一个快速、直观的环境。在这个案例中，首先通过 X 射线 CT 扫描创建铝制部件（包含缺陷）的一组图像。ELEMCA 实验室使用 Simpleware ScanIP 分割组件和处理数据，捕获用于仿真的重要元素。 图：从完整的107线圈几何结构提取子模型，其SEM图像中分割出具有外载荷股线的应力分布。1：纤维/云母/树脂，2：股芯（退火铜），3：不锈钢芯，4：纯树脂，5：股线基体（退火铜），6：超导细丝，7：超导细丝（假设为退火铜）。环形区域显示在细丝之间呈现为高应力区域（来源：CERN） CERN 通过实验测试从线圈材料中获得应力-应变测量值。然而，他们发现有必要增加有限元（FE）模型的细节来进行模拟，以便更好地了解基于材料特性的行为。Simpleware 软件通过分割线圈截面的高清光学图像及同一线圈截面中微观超导细丝的扫描电子显微镜（SEM）图像能够解决这个问题。该方法可以在保留原始原型特征的情况下表征线圈复杂的内部几何结构。 CERN 在 ANSYS 中采用 Simpleware 创建的网格模型对线圈绞线和电缆的复丝进行真实的应力分析。Simpleware生成的精细网格使 CERN 能够提高测量应力的精确性，从而实现更准确和更有价值的模拟。本项目的结果正被用于改善 CERN 大型强子对撞机的线圈特性和长期性能。 CERN 的 Michael Daly 评价 Simpleware 软件对当前研究的重要性： Simpleware ScanIP 软件使我们能够利用光学和扫描电子显微镜的二维图像在多个尺度上分析 11T 偶极线圈的复杂性。偶极线圈的超导电缆内部存在固有变形，使用 CAD […]
