Monitoring fatigue failure in REBCO coated conductors at cryogenic temperatures using advanced optical fiber sensors

材料科学 复合材料 环氧树脂 液氮 导电体 焊接 导线 变形(气象学) 物理 量子力学
作者
P. Zhang,Xingzhe Wang,Mingzhi Guan,Sikan Chen,Yuanzhou Pan,Wei Wu,Xiaohui Lin,Canjie Xin,Jiamin Zhu
出处
期刊:Superconductor Science and Technology [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1361-6668/ad9fa9
摘要

Abstract Fatigue failure from cyclic loading, such as thermal cycles and electromagnetic forces, poses a significant challenge for rare-earth barium copper oxide (REBCO) coated conductor (CC) tape. Addressing this issue requires effective real-time evaluation techniques to enhance our understanding of fatigue properties and predict potential failures. A new method has been developed to detect and locate fatigue damage by reconstructing time-series macro-strain data using Rayleigh scattering-based optical frequency-domain reflectometry distributed optical fiber sensors (DOFSs). These newly developed copper-coated sensors are installed on the surface of REBCO tape, achieving perfect fit and consistency with the deformation of the tape. The strain measurements obtained from welded-DOFS and bonded-DOFS, which used epoxy resin at liquid nitrogen temperature, were compared. A series of cyclic tests at this temperature differentiated mechanical and thermal fatigue using welded-DOFS. A theoretical model for fatigue damage in REBCO, based on accumulated maximum strain data, was established, explaining how mechanical parameters and temperature changes affect fatigue properties. Experimental results show that welded-DOFS outperforms bonded-DOFS under cyclic loading at liquid nitrogen temperature. This provides a reliable measurement method for distinguishing mechanical and thermal fatigue, detecting, localizing damage, predicting fractures and remaining life in REBCO CC tapes.

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