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INDAGINE NUMERICA SULLE SOLLECITAZIONI STRUTTURALI DI UN MAGNETE SUPERCONDUTTORE

Il progetto prevede una serie di analisi magneto-termo-strutturali condotte su un modello di magnete superconduttore dalla geometria dettagliata al punto di includere il sistema esterno di contenimento. La ricerca si articola nelle seguenti fasi: 1) test numerici su un modello globale del magnete superconduttore; 2) test numerici sull’isolamento dei cavi superconduttori; 3) modellazione dell’avvolgimento a vari livelli di dettaglio; 4) analisi dei risultati e confronto con dati sperimentali, di letteratura o forniti da aziende del settore; 5) analisi della propagazione di cricche multiple soggette a spettri di carico affaticanti.In particolare, verrà eseguita la progettazione di un magnete di tipo solenoidale, analizzando i differenti casi ottenibili dalla combinazione di:•geometria del cavo;•proprietà di materiale del cavo superconduttore;•modello di materiale adottato per gli isolanti. Successivamente sarà studiata più in dettaglio l’integrità strutturale dell’isolante dei cavi. Ciascun cavo, prima di essere deformato plasticamente per ottenere l’avvolgimento elicoidale di passo desiderato, è avvolto da un nastro in materiale composito resinato. Infatti, il mantenimento di un corretto isolamento tra le spire, a seguito dei carichi magnetici applicati in esercizio, è uno dei parametri critici da rispettare. Simulazioni ad elementi finiti (FEM) 3D saranno pertanto necessarie, seppure saranno svolti confronti tra analisi 2D e 3D al fine di mettere in evidenza le criticità che si riscontrano in fase progettuale con lo sforzo computazionale richiesto per modelli altamente complessi. Una volta valutati gli aspetti strutturali concernenti l’avvolgimento saranno analizzate differenti soluzioni costruttive della struttura di contenimento del magnete stesso, operando sulla base di criteri diffusamente utilizzati oppure emergenti dallo studio, al fine di fornire un valido strumento utile per una eventuale pratica industriale.Ulteriormente, verranno considerati i modelli di materiale reperiti in bibliografia e/o dai più recenti progetti di ricerca quali il PON NAFASSY, al quale il gruppo di ricerca partecipa, ed eventualmente ulteriori verranno sviluppati e sperimentati servendosi di un software FEM per uso generale, in cui saranno attivate procedure di inserimento delle leggi del materiale definite dall’utente. Tali strumenti permettono di modificare ed integrare il codice di calcolo ampliandone le prestazioni in termini di possibilità di utilizzo di materiali non codificati. Infine, saranno condotte indagini sui fenomeni di propagazione di cricche multiple soggette a spettri di carico affaticanti tramite il metodo degli elementi di contorno (BEM) anche in accoppiamento con il FEM. L’utilizzazione combinata delle metodologie ad elementi finiti ed agli elementi di contorno nella formulazione Dual BEM (DBEM) è prevista con l’intenzione di avvantaggiarsi delle proprietà che distinguono ciascuna. Esse consistono nella attitudine del FEM a risolvere con efficienza ed accuratezza problemi non lineari e nella possibilità di trattare problemi di frattura e propagazione del BEM ed in particolare del DBEM specialmente per geometrie complesse ed in presenza di modi misti di frattura.