Numerical and experimental characterizations of structural defects in multilayer superconducting tapes by using eddy current thermography - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Numerical and experimental characterizations of structural defects in multilayer superconducting tapes by using eddy current thermography

Caractérisations numérique et expérimentale de défauts structurels dans les rubans supraconducteurs multicouches par thermographie inductive

Abstract

The research work carried out in this thesis concerns the characterization of structural defects, at room temperature, in the second generation superconducting tapes, in a quality control and reliability control approach. First, a two-dimensional magnetothermal model has been developed to study the possibility of applying the eddy current thermography for the control of the 2G-HTS tapes. Then, an experimental bench is built for the control of structural defects in the 2G-HTS tapes where a rotating inductor has been preferred to current supplied inductors in order to avoid the thermal disturbance generated by the latter. The experimental measurements are supported by three-dimensional modeling both for validation purposes and to simulate situations that cannot be reproduced experimentally. The calculation of the eddy currents in the 2G-HTS tapes is based on an integro-differential formulation in terms of electric vector potential, while the source magnetic field, created by the rotating magnetic wheel, is calculated using the magnetic surface charge model. A thermal model, based on the finite difference method, is associated to the electromagnetic model for the calculation of the surface temperature of the inspected samples. Several types of defects are characterized numerically and experimentally. Finally, an evaluation of the mechanical stresses, generated by the rotation of the magnetized wheel in the inspected tapes, is performed.
Les travaux de recherche menés dans le cadre cette thèse concernent la caractérisation de défauts structurels, à température ambiante, dans les rubans supraconducteurs de deuxième génération, dans une démarche contrôle de qualité et de fiabilité. Dans un premier temps, une modélisation magnétothermique bidimensionnel a été développée pour étudier la possibilité d'appliquer le contrôle par thermographie inductive sur les rubans SHT-2G. Par la suite, un banc expérimental est confectionné pour le contrôle des défauts structurels dans les rubans SHT-2G où un inducteur tournant a été préféré aux inducteurs alimentés par des courants afin d'éviter la perturbation thermique générées par ces derniers. Les mesures expérimentales sont soutenues par une modélisation tridimensionnelle à la fois pour des fins de validation mais aussi pour simuler des situations qui ne peuvent pas être reproduites expérimentalement. Le calcul des courants induits dans le ruban SHT-2G, est basé sur une formulation intégro-différentielle en termes de potentiel vecteur électrique, tandis que le champ magnétique source, créé par les aimants tournants, est calculé en utilisant le modèle de charges magnétiques surfaciques. Un modèle thermique, basé sur la méthode des différences finies, est associé au modèle électromagnétique pour le calcul de la température à la surface des échantillons inspectés. Plusieurs types de défauts sont caractérisés numériquement et expérimentalement. Enfin, une évaluation des contraintes mécaniques, générées par la rotation de la roue aimantée dans les rubans inspectés, est effectuée.
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Dates and versions

tel-03994531 , version 1 (17-02-2023)

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  • HAL Id : tel-03994531 , version 1

Cite

Walid Dirahoui. Numerical and experimental characterizations of structural defects in multilayer superconducting tapes by using eddy current thermography. Electric power. Université de Lorraine, 2022. English. ⟨NNT : 2022LORR0124⟩. ⟨tel-03994531⟩
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